CN118188340B - 一种机械液压混合传动型风机传动链及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机械液压混合传动型风机传动链及其控制方法，包括机械传动型传动链，所述机械传动型传动链包括塔筒，塔筒的顶部安装有机箱，机箱的内部安装有齿轮箱，齿轮箱的安装有主轴，主轴的风机主轴端头安装有叶轮，风机主轴通过电磁离合器与一级增速主轴相连，一级增速主轴通过第一直齿传动机构与中间轴啮合传动，中间轴通过第二直齿传动机构与二级增速主轴啮合传动，二级增速主轴和中间轴之间设置有第三直齿传动机构、第四直齿传动机构和第五直齿传动机构，二级增速主轴通过联轴器与第一发电机相连；所述机械传动型传动链的中间轴与液压传动型传动链相连，所述液压传动型传动链安装在塔筒底部。

Description

一种机械液压混合传动型风机传动链及其控制方法

技术领域

本发明涉及风力发电领域，具体为一种机械液压混合传动型风机传动链及其控制方法。

背景技术

随着技术的不断进步和成本的降低，风力发电机的安装和维护成本逐渐减少，越来越多的国家和地区选择使用风力发电来满足能源需求。风力发电机利用风能发电，是一种清洁、可再生的能源，不会产生二氧化碳等温室气体，有助于减少对环境的污染。本文提出一种机械液压混合传动型风机传动链，具有传动稳定、高性能、高效率、高适应性、低风速风能资源可高效利用的风力发电装置，对风力机发展具有非常重要的意义。

目前许多海陆发电装置均采用机械传动，无法根据风速进行相应调速，对风能利用率低，在恶劣环境下，风机无法减小冲击载荷，这种情况下齿轮箱故障率较高。为了解决这个问题，采用液压传动实现了捕能装置与发电机间的柔性链接，同时采用机械传动增加风能传动效率，机械液压混合传动型传动链均可对不同风速下进行调速处理，提高系统传动的平稳性。此外，油路中增设的蓄能器可进一步降低恶劣风况下对发电机的冲击，提高了设备的可靠性，延长了设备的寿命周期。

机械液压混合传动型风机的使用，可将机位数和发电量大幅提升50%以上，大量节省国土资源，机械传动可实现四挡调速，调速更加平稳，液压传动可实现无极调速，调速范围大，对海陆不同风况下适应力很强，应用前景极为广阔。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供一种机械液压混合传动型风机传动链及其控制方法，在机械传动型传动链实现四挡变速，液压传动型传动链实现无极变速，对低风速风况下风能利用率高，系统传动更加平稳，在极端恶劣风况下减小了对发电机的冲击，提高了设备的可靠性，延长了设备的寿命周期。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种机械液压混合传动型风机传动链，包括机械传动型传动链，所述机械传动型传动链包括塔筒，塔筒的顶部安装有机箱，机箱的内部安装有齿轮箱，齿轮箱的安装有主轴，主轴的风机主轴端头安装有叶轮，风机主轴通过电磁离合器与一级增速主轴相连，一级增速主轴通过第一直齿传动机构与中间轴啮合传动，中间轴通过第二直齿传动机构与二级增速主轴啮合传动，二级增速主轴和中间轴之间设置有第三直齿传动机构、第四直齿传动机构和第五直齿传动机构，二级增速主轴通过联轴器与第一发电机相连；

所述机械传动型传动链的中间轴与液压传动型传动链相连，所述液压传动型传动链安装在塔筒底部。

所述主轴包括风机主轴、一级增速主轴、二级增速主轴、中间轴，风机主轴与一级增速主轴由电磁离合器相连，并控制动力的接合和切断；

所述第一直齿传动机构包括相互啮合的第一大齿轮和第一小齿轮，第二直齿传动机构包括相互啮合的第二小齿轮和第二大齿轮，第三直齿传动机构包括相互啮合的第三小齿轮和第三大齿轮，第四直齿传动机构包括相互啮合的第四小齿轮和第四大齿轮，第五直齿传动机构包括相互啮合的第五小齿轮和第五大齿轮；

所述第二大齿轮、第三大齿轮、第四大齿轮和第五大齿轮分别通过花键与中间轴配合相连，第二小齿轮、第三小齿轮、第四小齿轮和第五小齿轮与二级增速主轴相互独立转动；

所述二级增速主轴上还包括同步器，同步器包括一级同步器和二级同步器，一级同步器控制第二小齿轮和第三小齿轮与二级增速主轴的转速同步，二级同步器控制第四小齿轮和第五小齿轮与二级增速主轴的转速同步。

所述机械传动型传动链的动力由叶轮经电磁离合器输入到一级增速主轴，再由第一直齿传动机构的齿轮啮合传动将动力输出至中间轴，中间轴上的齿轮与二级增速主轴上的齿轮相啮合，并借助同步器将动力输出到二级增速主轴上，动力由联轴器输入到第一发电机中，第一发电机开始发电。

所述液压传动型传动链包括中间轴、电涡流传感器、变量泵、定量泵、液压缸、发电回路单向阀、补油回路单向阀、气囊式蓄能器、活塞式蓄能器、液控蓄能器端二位二通电磁阀、液控卸荷端二位二通电磁阀、三位四通电磁比例伺服阀、液控输入端溢流阀、液控输出端溢流阀、补油回路溢流阀、第一油箱、第二油箱、第三油箱、散热器、定量液压马达、第二发电机、电动机和过滤器；

所述液压传动型传动链中液控蓄能器端二位二通电磁阀控制活塞式蓄能器与主回路的接入与断开；液控输入端溢流阀、液控输出端溢流阀分别位于主回路的变量泵输入端、定量液压马达的输入端；补油回路溢流阀位于补油回路输出端；液控输入端溢流阀、液控输出端溢流阀和补油回路溢流阀的输出都与第一油箱或第二油箱相连，用来维持液压回路液压的稳定；液控卸荷端二位二通电磁阀位于定量液压马达的输入端，输出与第一油箱相连，控制主回路的卸荷；定量液压马达与第二发电机相连，液压能转换为机械能；散热器位于定量液压马达的输出端，冷却定量液压马达输出的液压油，散热器的输出的液压油流回到相应液压泵的输入端；定量泵与过滤器相连，过滤器的输入与第三油箱相连，电动机与定量泵相连，驱动定量泵的转动。

所述液压传动型传动链的动力由中间轴提供，电涡流传感器监控转轴转速，变量泵与中间轴相连；在主回路中，液压油首先由变量泵输出到发电回路单向阀，气囊式蓄能器和活塞式蓄能器吸收或释放多余液压油，剩余液压油输入到定量液压马达，再输出至与定量液压马达相连的第二发电机，发电机开始发电，定量液压马达输出的液压油回到主回路的散热器，液压油散热后回到变量泵；在补油回路中，电动机驱动定量泵，将第三油箱中的液压油经过过滤器过滤后，液压油输入到补油回路单向阀，液压油输出到主回路中。

所述风机主轴采用四点支撑，由主轴轴承承担风轮重量、风机主轴与齿轮箱全部重量、风轮弯矩和风轮的部分轴向力；齿轮箱采用两个弹性支撑，来承担风轮的转矩；主轴轴承包括第一主轴轴承和第二主轴轴承；

液压传动型传动链中，除电涡流传感器、变量泵、液压缸布置于塔筒顶部外，剩余液压元件布置于塔筒底部，以减轻塔筒的重量，同时便于维修监控。

所述齿轮箱内部还设置有用于对主轴进行支撑的轴承组件，所述轴承组件包括第一一级增速主轴轴承、第二一级增速主轴轴承、第一中间轴轴承、第二中间轴轴承、第三中间轴轴承、第四中间轴轴承、第五中间轴轴承、第六中间轴轴承、第七中间轴轴承和第八中间轴轴承。

一种机械液压混合传动型风机传动链的控制方法：

机械传动型传动链采用四档变速方法，通过控制同步器与齿轮的接合与断开完成换挡来适应不同的风况；

当风速低于切入风速时，机械传动型传动链启动困难，此时二级同步器都不与二级增速主轴上的齿轮接合，使机械传动型传动链停止工作，第一发电机停止工作，由液压传动型传动链发电，而机械传动型传动链不发电；

当风速高于切入风速而低于额定风速时，设有三挡变速，以适应风速变化，此时，当风速较小时，挡位置于一挡，电磁离合器传递来自风机主轴的动力至第一直齿传动机构，再传递给第二直齿传动机构，一级同步器与第二小齿轮接合，动力传递到二级增速主轴，第一发电机发电；当风速适中时，挡位置于二挡，一级同步器与第三小齿轮接合，动力传递到二级增速主轴，第一发电机发电；当风速较大时，挡位置于三挡，二级同步器与第四小齿轮接合，动力传递到二级增速主轴，第一发电机发电；

当风速高于额定风速时，挡位置于四挡，二级同步器与第五小齿轮接合，动力传递到二级增速主轴，第一发电机发电。

液压传动型传动链采用无极调速的方法，采用三位四通电磁比例伺服阀控制变量泵的排量来适应不同的风况；

当风速低于切入风速时，主回路的油压低，通过增大变量泵的排量，以及气囊式蓄能器、活塞式蓄能器和补油回路提供额外液压油，实现低风速下发电；

当风速高于切入风速而低于额定风速时，液控卸荷端二位二通电磁阀打开，定量液压马达停止工作，第二发电机停止工作，由机械传动型传动链进行发电，而液压传动型传动链不发电，使传动效率更高；

当风速高于额定风速时，液控卸荷端二位二通电磁阀关闭，定量液压马达开始工作，在风机启动过程中，由补油回路提供一定液压油，增大液压回路初始油压，使液压回路响应更快，为使主回路油压稳定，通过减小变量泵的排量以及气囊式蓄能器、活塞式蓄能器的运转，使定量液压马达达到第二发电机所需要的额定转速。

机械传动型传动链能够实现四挡变速，调速范围1/20~1/100，液压传动型传动链能够实现无极调速，调速范围在1~2000，所述第一发电机的功率在5 MW-20 MW之间、第二发电机的功率在1 MW-5 MW之间，所述电动机的功率在5 KW-1 MW之间。

本发明有如下有益效果：

1、本发明采用机械液压混合传动，在机械传动型传动链实现四挡变速，传动效率有效提高，液压传动型传动链实现无极变速，系统传动更加平稳，在极端恶劣风况下，液压传动中的蓄能器可进一步降低恶劣风况下对发电机的冲击，提高了设备的可靠性，延长了设备的寿命周期。

2、本发明中风机对风能利用率大幅提高，在低风速风况下，通过调整蓄能器、变量泵以及补油回路的发电机额外补充旋转所需动力，扩大风机有效发电的风速范围，提升风的风能利用率和发电量。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为机械传动型传动链结构简图。

图2为图1中机械传动型传动链结构简图的详细图。

图3为液压传动型传动链结构简图；

图4为整机传动链布置示意图。

图中：叶轮1、主轴轴承2、第一主轴轴承2a、第二主轴轴承2b、主轴3、风机主轴3a、一级增速主轴3b、二级增速主轴3c、中间轴3d、电磁离合器4、第一直齿传动机构5、第一大齿轮5a、第一小齿轮5b、轴承组件6、第一一级增速主轴轴承6a、第二一级增速主轴轴承6b、第一中间轴轴承6e、第二中间轴轴承6f、第三中间轴轴承6q、第四中间轴轴承6h、第五中间轴轴承6i、第六中间轴轴承6j、第七中间轴轴承6k和第八中间轴轴承6l、第二直齿传动机构7、第二小齿轮7a、第二大齿轮7b、同步器8、一级同步器8a、二级同步器8b、第三直齿传动机构9、第三小齿轮9a、第三大齿轮9b、第四直齿传动机构10、第四小齿轮10a、第四大齿轮10b、第五直齿传动机构11、联轴器12、第一发电机13a、齿轮箱27、机箱28、塔筒29；

电涡流传感器14、变量泵15a、定量泵15b、液压缸16、发电回路单向阀17a、补油回路单向阀17b、气囊式蓄能器18a、活塞式蓄能器18b、液控蓄能器端二位二通电磁阀19a、液控卸荷端二位二通电磁阀19b、三位四通电磁比例伺服阀20、液控输入端溢流阀21a、液控输出端溢流阀21b、补油回路溢流阀21c、第一油箱22a、第二油箱22b、第三油箱22c、散热器23、定量液压马达24、第二发电机13b、电动机25、过滤器26。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

参见图1-4，一种机械液压混合传动型风机传动链，包括机械传动型传动链，所述机械传动型传动链包括塔筒29，塔筒29的顶部安装有机箱28，机箱28的内部安装有齿轮箱27，齿轮箱27的安装有主轴3，主轴3的风机主轴3a端头安装有叶轮1，风机主轴3a通过电磁离合器4与一级增速主轴3b相连，一级增速主轴3b通过第一直齿传动机构5与中间轴3d啮合传动，中间轴3d通过第二直齿传动机构7与二级增速主轴3c啮合传动，二级增速主轴3c和中间轴3d之间设置有第三直齿传动机构9、第四直齿传动机构10和第五直齿传动机构11，二级增速主轴3c通过联轴器12与第一发电机13a相连；所述机械传动型传动链的中间轴3d与液压传动型传动链相连，所述液压传动型传动链安装在塔筒29底部。通过采用本发明的风机传动链，通过机械传动型传动链能够实现四挡变速，通过采用液压传动型传动链能够实现无极变速，对低风速风况下风能利用率高，系统传动更加平稳，在极端恶劣风况下减小了对发电机的冲击，提高了设备的可靠性，延长了设备的寿命周期。

进一步的，所述主轴3包括风机主轴3a、一级增速主轴3b、二级增速主轴3c、中间轴3d，风机主轴3a与一级增速主轴3b由电磁离合器4相连，并控制动力的接合和切断；所述第一直齿传动机构5包括相互啮合的第一大齿轮5a和第一小齿轮5b，第二直齿传动机构7包括相互啮合的第二小齿轮7a和第二大齿轮7b，第三直齿传动机构9包括相互啮合的第三小齿轮9a和第三大齿轮9b，第四直齿传动机构10包括相互啮合的第四小齿轮10a和第四大齿轮10b，第五直齿传动机构11包括相互啮合的第五小齿轮11a和第五大齿轮11b；所述第二大齿轮7b、第三大齿轮9b、第四大齿轮10b和第五大齿轮11b分别通过花键与中间轴3d配合相连，第二小齿轮7a、第三小齿轮9a、第四小齿轮10a和第五小齿轮11a与二级增速主轴3c相互独立转动；还包括同步器8，同步器8包括一级同步器8a和二级同步器8b，一级同步器8a控制第二小齿轮7a和第三小齿轮9a与二级增速主轴3c的转速同步，二级同步器8b控制第四小齿轮10a和第五小齿轮11a与二级增速主轴3c的转速同步。通过采用上述的主轴3与相应的齿轮传动机构能够实现机械传动型传动链的四挡变速。

机械传动型传动链在具体传动过程中，所述机械传动型传动链的动力由叶轮1经电磁离合器4输入到一级增速主轴3b，再由第一直齿传动机构5的齿轮啮合传动将动力输出至中间轴3d，中间轴3d上的齿轮与二级增速主轴3c上的齿轮相啮合，并借助同步器8将动力输出到二级增速主轴3c上，动力由联轴器12输入到第一发电机13a中，第一发电机13a开始发电。

进一步的，所述液压传动型传动链包括中间轴3d、电涡流传感器14、变量泵15a、定量泵15b、液压缸16、发电回路单向阀17a、补油回路单向阀17b、气囊式蓄能器18a、活塞式蓄能器18b、液控蓄能器端二位二通电磁阀19a、液控卸荷端二位二通电磁阀19b、三位四通电磁比例伺服阀20、液控输入端溢流阀21a、液控输出端溢流阀21b、补油回路溢流阀21c、第一油箱22a、第二油箱22b、第三油箱22c、散热器23、定量液压马达24、第二发电机13b、电动机25和过滤器26；液控蓄能器端二位二通电磁阀19a控制活塞式蓄能器18b与主回路的接入与断开；液控输入端溢流阀21a、液控输出端溢流阀21b分别位于主回路的变量泵15a输入端、定量液压马达24的输入端；补油回路溢流阀21c位于补油回路输出端；液控输入端溢流阀21a、液控输出端溢流阀21b和补油回路溢流阀21c的输出都与第一油箱22a或第二油箱22b相连，用来维持液压回路液压的稳定；液控卸荷端二位二通电磁阀19b位于定量液压马达24的输入端，输出与第一油箱22a相连，控制主回路的卸荷；定量液压马达24与第二发电机13b相连，液压能转换为机械能；散热器23位于定量液压马达24的输出端，冷却定量液压马达24输出的液压油，散热器23的输出的液压油流回到相应液压泵的输入端；定量泵15b与过滤器26相连，过滤器26的输入与第三油箱22c相连，电动机25与定量泵15b相连，驱动定量泵15b的转动。通过采用液压传动型传动链能够实现无极变速。

液压传动型传动链在具体工作过程中，所述液压传动型传动链的动力由中间轴3d提供，电涡流传感器14监控转轴转速，变量泵15a与中间轴3d相连，液压油首先由变量泵15a输出到发电回路单向阀17a，气囊式蓄能器18a和活塞式蓄能器18b吸收或释放多余液压油，剩余液压油输入到定量液压马达24，再输出至与定量液压马达24相连的第二发电机13b，发电机开始发电，定量液压马达24输出的液压油回到主回路的散热器23，液压油散热后回到变量泵15a；在补油回路中，电动机25驱动定量泵15b，将第三油箱22c中的液压油经过过滤器26过滤后，液压油输入到补油回路单向阀17b，液压油输出到主回路中。

进一步的，所述风机主轴3a采用四点支撑，由主轴轴承2承担风轮重量、风机主轴3a与齿轮箱27全部重量、风轮弯矩和风轮的部分轴向力；齿轮箱27采用两个弹性支撑，来承担风轮的转矩；主轴轴承2包括第一主轴轴承2a和第二主轴轴承2b。通过采用上述的支撑结构保证了对风机主轴3a的可靠稳定支撑。

进一步的，液压传动型传动链中，除电涡流传感器14、变量泵15a、液压缸16布置于塔筒29顶部外，剩余液压元件布置于塔筒29底部，以减轻塔筒29的重量，同时便于维修监控。通过上述的布置安装结构，保证了整个风机传动链的可靠运行。

进一步的，所述齿轮箱27内部还设置有用于对主轴3进行支撑的轴承组件6，所述轴承组件6包括第一一级增速主轴轴承6a、第二一级增速主轴轴承6b、第一中间轴轴承6e、第二中间轴轴承6f、第三中间轴轴承6q、第四中间轴轴承6h、第五中间轴轴承6i、第六中间轴轴承6j、第七中间轴轴承6k和第八中间轴轴承6l。

实施例2：

机械传动型传动链采用四档变速方法，通过控制同步器8与齿轮的接合与断开完成换挡，以适应不同风况；

一种机械液压混合传动型风机传动链的控制方法：

当风速低于切入风速时，机械传动型传动链启动困难，此时二级同步器8b都不与二级增速主轴3c上的齿轮接合，使机械传动型传动链停止工作，第一发电机13a停止工作，由液压传动型传动链发电，而机械传动型传动链不发电；

当风速高于切入风速而低于额定风速时，设有三挡变速，以适应风速变化，此时，当风速较小时，挡位置于一挡，电磁离合器4传递来自风机主轴3a的动力至第一直齿传动机构5，再传递给第二直齿传动机构7，一级同步器8a与第二小齿轮7a接合，动力传递到二级增速主轴3c，第一发电机13a发电；当风速适中时，挡位置于二挡，一级同步器8a与第三小齿轮9a接合，动力传递到二级增速主轴3c，第一发电机13a发电；当风速较大时，挡位置于三挡，二级同步器8b与第四小齿轮10a接合，动力传递到二级增速主轴3c，第一发电机13a发电；

当风速高于额定风速时，挡位置于四挡，二级同步器8b与第五小齿轮11a接合，动力传递到二级增速主轴3c，第一发电机13a发电。

实施例3：

液压传动型传动链采用无极调速的方法，采用三位四通电磁比例伺服阀20控制变量泵15a的排量来适应不同的风况；

当风速低于切入风速时，主回路的油压低，通过增大变量泵15a的排量，以及气囊式蓄能器18a、活塞式蓄能器18b和补油回路提供额外液压油，实现低风速下发电；

当风速高于切入风速而低于额定风速时，液控卸荷端二位二通电磁阀19b打开，定量液压马达24停止工作，第二发电机13b停止工作，由机械传动型传动链进行发电，而液压传动型传动链不发电，使传动效率更高；

当风速高于额定风速时，液控卸荷端二位二通电磁阀19b关闭，定量液压马达24开始工作，在风机启动过程中，由补油回路提供一定液压油，增大液压回路初始油压，使液压回路响应更快，为使主回路油压稳定，通过减小变量泵15a的排量以及气囊式蓄能器18a、活塞式蓄能器18b的运转，使定量液压马达24达到第二发电机13b所需要的额定转速。

进一步的，机械传动型传动链能够实现四挡变速，调速范围1/20~1/100，液压传动型传动链能够实现无极调速，调速范围在1~2000，所述第一发电机13a的功率在5 MW-20 MW之间、第二发电机13b的功率在1 MW-5 MW之间，所述电动机25的功率在5 KW-1 MW之间。

本发明的具体工作过程和原理：

机械传动型传动链工作模式：

当风速低于切入风速时，电磁离合器4先切离动力来源，同时，一级同步器8a与二级同步器8b都不与二级增速主轴3c上的齿轮接合，然后将电磁离合器4接合后，动力传递到中间轴3d上，此时，机械传动型传动链停止工作，第一发电机13a停止工作，由机压传动型传动链发电。

当风速高于切入风速而低于额定风速时，二级增速设有四挡变速，以适应风速变化。此时，当风速较小时，挡位置于一挡，电磁离合器4先切离动力来源，同时，一级同步器8a与第二小齿轮7a逐渐接合，至完全接合后，电磁离合器4连接动力来源，动力由叶轮1输入到风机主轴3a，第一大齿轮5a接收动力，第一大齿轮5a与第一小齿轮5b相啮合，动力输入到第一小齿轮5b，中间轴3d上的第二大齿轮7b与二级增速主轴3c上的第二小齿轮7a啮合，动力输入到第二小齿轮7a上，由一级同步器8a将动力输入到二级增速主轴3c，联轴器12提供来自二级增速主轴3c输入的动力，第一发电机13a开始发电；当风速适中时，挡位置于二挡，电磁离合器4先切离动力来源，同时，一级同步器8a与第三小齿轮9a逐渐接合，至完全接合后，电磁离合器4连接动力来源，动力由叶轮1输入到风机主轴3a，第一大齿轮5a接收动力，第一大齿轮5a与第一小齿轮5b相啮合，动力输入到第一小齿轮5b，中间轴3d上的第三大齿轮9b与二级增速主轴3c上的第三小齿轮9a啮合，动力输入到第三小齿轮9a上，由一级同步器8a将动力输入到二级增速主轴3c，联轴器12提供来自二级增速主轴3c输入的动力，第一发电机13a开始发电；当风速较大时时，挡位置于三挡，电磁离合器4先切离动力来源，同时，二级同步器8b与第四小齿轮10a逐渐接合，至完全接合后，电磁离合器4连接动力来源，动力由叶轮1输入到风机主轴3a，第一大齿轮5a接收动力，第一大齿轮5a与第一小齿轮5b相啮合，动力输入到第一小齿轮5b，中间轴3d上的第四大齿轮10b与二级增速主轴3c上的第四小齿轮10a啮合，动力输入到第四小齿轮10a上，由二级同步器8b将动力输入到二级增速主轴3c，联轴器12提供来自二级增速主轴3c输入的动力，第一发电机13a开始发电；

当风速高于额定风速时，挡位置于四挡，电磁离合器4先切离动力来源，同时，二级同步器8b与第五小齿轮11a逐渐接合，至完全接合后，电磁离合器4连接动力来源，动力由叶轮1输入到风机主轴3a，第一大齿轮5a接收动力，第一大齿轮5a与第一小齿轮5b相啮合，动力输入到第一小齿轮5b，中间轴3d上的第五大齿轮11b与二级增速主轴3c上的第五小齿轮11a啮合，动力输入到第五小齿轮11a上，由二级同步器8b将动力输入到二级增速主轴3c，联轴器12提供来自二级增速主轴3c输入的动力，第一发电机13a开始发电；

液压传动型传动链工作模式：

当风速低于切入风速时，主回路的油压较低，电涡流传感器14测量中间轴3d的转速情况，当转速满足要求时，将卸荷阀的液控卸荷端二位二通电磁阀19b关闭，由于液压传动启动时需要一定油压，补油回路的电动机25先启动，将第三油箱22c中的液压油压入主回路中，多余液压油经液控输出端溢流阀21b流回第二油箱22b，液压油开始在主回路中完成闭合流动，调整三位四通电磁比例伺服阀20向右移动，推动液压缸16向左移动，变量泵15a的斜盘角度增大使排量增大，并增大主回路油压，第二发电机13b将开始工作，补油回路额外提供主回路所需油压；当主回路液压小于额定液压时，气囊式蓄能器18a提供额外液压油增大主回路油压，需要时可将液控蓄能器端二位二通电磁阀19a打开，活塞式蓄能器18b提供额外液压油增大主回路油压；定量液压马达24带动第二发电机13b发电，定量液压马达24输出的液压油经散热器23散热后回到变量泵15a完成油液循环。

当风速高于切入风速而低于额定风速时，卸荷阀的液控卸荷端二位二通电磁阀19b打开，变量泵15a的液压油全部卸荷，定量液压马达24输入端油压为0，定量液压马达24停止工作，第二发电机13b停止工作，由机械传动型传动链进行发电。

当风速高于额定风速时，主回路的油压较高，卸荷阀的液控卸荷端二位二通电磁阀19b关闭，第二发电机13b开始发电；当主回路液压高于额定液压时，补油回路仅在液压回路启动时开启，主回路达到额定油压后关闭，不在提供额外液压油；通过调整三位四通电磁比例伺服阀20向左移动，液压缸16向右移动，变量泵15a的斜盘角度减小使排量减小，并减小主回路油压，第二发电机13b将开始工作；当主回路液压大于额定液压时，气囊式蓄能器18a储存额外液压油减小主回路油，需要时可将液控卸荷端二位二通电磁阀19b打开，活塞式蓄能器18b储存额外液压油减小主回路油压至额定液压，多余液压油经液控输入端溢流阀21a、液控输出端溢流阀21b流回第一油箱22a；定量液压马达24带动第二发电机13b发电，定量液压马达24输出的液压油经散热器23散热后回到变量泵15a完成油液循环。

Claims (5)

1.一种机械液压混合传动型风机传动链的控制方法，所述机械液压混合传动型风机传动链包括机械传动型传动链，所述机械传动型传动链包括塔筒（29），塔筒（29）的顶部安装有机箱（28），机箱（28）的内部安装有齿轮箱（27），齿轮箱（27）的安装有主轴（3），主轴（3）的风机主轴（3a）端头安装有叶轮（1），风机主轴（3a）通过电磁离合器（4）与一级增速主轴（3b）相连，一级增速主轴（3b）通过第一直齿传动机构（5）与中间轴（3d）啮合传动，中间轴（3d）通过第二直齿传动机构（7）与二级增速主轴（3c）啮合传动，二级增速主轴（3c）和中间轴（3d）之间设置有第三直齿传动机构（9）、第四直齿传动机构（10）和第五直齿传动机构（11），二级增速主轴（3c）通过联轴器（12）与第一发电机（13a）相连；

所述机械传动型传动链的中间轴（3d）与液压传动型传动链相连，所述液压传动型传动链安装在塔筒（29）底部；

所述主轴（3）包括风机主轴（3a）、一级增速主轴（3b）、二级增速主轴（3c）、中间轴（3d），风机主轴（3a）与一级增速主轴（3b）由电磁离合器（4）相连，并控制动力的接合和切断；

所述第一直齿传动机构（5）包括相互啮合的第一大齿轮（5a）和第一小齿轮（5b），第二直齿传动机构（7）包括相互啮合的第二小齿轮（7a）和第二大齿轮（7b），第三直齿传动机构（9）包括相互啮合的第三小齿轮（9a）和第三大齿轮（9b），第四直齿传动机构（10）包括相互啮合的第四小齿轮（10a）和第四大齿轮（10b），第五直齿传动机构（11）包括相互啮合的第五小齿轮（11a）和第五大齿轮（11b）；

所述第二大齿轮（7b）、第三大齿轮（9b）、第四大齿轮（10b）和第五大齿轮（11b）分别通过花键与中间轴（3d）配合相连，第二小齿轮（7a）、第三小齿轮（9a）、第四小齿轮（10a）和第五小齿轮（11a）与二级增速主轴（3c）相互独立转动；

所述二级增速主轴（3c）上还包括同步器（8），同步器（8）包括一级同步器（8a）和二级同步器（8b），一级同步器（8a）控制第二小齿轮（7a）和第三小齿轮（9a）与二级增速主轴（3c）的转速同步，二级同步器（8b）控制第四小齿轮（10a）和第五小齿轮（11a）与二级增速主轴（3c）的转速同步；

所述机械传动型传动链的动力由叶轮（1）经电磁离合器（4）输入到一级增速主轴（3b），再由第一直齿传动机构（5）的齿轮啮合传动将动力输出至中间轴（3d），中间轴（3d）上的齿轮与二级增速主轴（3c）上的齿轮相啮合，并借助同步器（8）将动力输出到二级增速主轴（3c）上，动力由联轴器（12）输入到第一发电机（13a）中，第一发电机（13a）开始发电；

所述液压传动型传动链包括中间轴（3d）、电涡流传感器（14）、变量泵（15a）、定量泵（15b）、液压缸（16）、发电回路单向阀（17a）、补油回路单向阀（17b）、气囊式蓄能器（18a）、活塞式蓄能器（18b）、液控蓄能器端二位二通电磁阀（19a）、液控卸荷端二位二通电磁阀（19b）、三位四通电磁比例伺服阀（20）、液控输入端溢流阀（21a）、液控输出端溢流阀（21b）、补油回路溢流阀（21c）、第一油箱（22a）、第二油箱（22b）、第三油箱（22c）、散热器（23）、定量液压马达（24）、第二发电机（13b）、电动机（25）和过滤器（26）；

液控蓄能器端二位二通电磁阀（19a）控制活塞式蓄能器（18b）与主回路的接入与断开；液控输入端溢流阀（21a）、液控输出端溢流阀（21b）分别位于主回路的变量泵（15a）输入端、定量液压马达（24）的输入端；补油回路溢流阀（21c）位于补油回路输出端；液控输入端溢流阀（21a）、液控输出端溢流阀（21b）和补油回路溢流阀（21c）的输出都与第一油箱（22a）或第二油箱（22b）相连，用来维持液压回路液压的稳定；液控卸荷端二位二通电磁阀（19b）位于定量液压马达（24）的输入端，输出与第一油箱（22a）相连，控制主回路的卸荷；定量液压马达（24）与第二发电机（13b）相连，液压能转换为机械能；散热器（23）位于定量液压马达（24）的输出端，冷却定量液压马达（24）输出的液压油，散热器（23）的输出的液压油流回到相应液压泵的输入端；定量泵（15b）与过滤器（26）相连，过滤器（26）的输入与第三油箱（22c）相连，电动机（25）与定量泵（15b）相连，驱动定量泵（15b）的转动；

所述液压传动型传动链的动力由中间轴（3d）提供，电涡流传感器（14）监控转轴转速，变量泵（15a）与中间轴（3d）相连；在主回路中，液压油首先由变量泵（15a）输出到发电回路单向阀（17a），气囊式蓄能器（18a）和活塞式蓄能器（18b）吸收或释放多余液压油，剩余液压油输入到定量液压马达（24），再输出至与定量液压马达（24）相连的第二发电机（13b），发电机开始发电，定量液压马达（24）输出的液压油回到主回路的散热器（23），液压油散热后回到变量泵（15a）；在补油回路中，电动机（25）驱动定量泵（15b），将第三油箱（22c）中的液压油经过过滤器（26）过滤后，液压油输入到补油回路单向阀（17b），液压油输出到主回路中；

其特征在于，所述控制方法：

机械传动型传动链采用四档变速方法，通过控制同步器（8）与齿轮的接合与断开完成换挡来适应不同风况；

当风速低于切入风速时，机械传动型传动链启动困难，此时二级同步器（8b）都不与二级增速主轴（3c）上的齿轮接合，使机械传动型传动链停止工作，第一发电机（13a）停止工作，由液压传动型传动链发电，而机械传动型传动链不发电；

当风速高于切入风速而低于额定风速时，设有三挡变速，以适应风速变化，此时，当风速较小时，挡位置于一挡，电磁离合器（4）传递来自风机主轴（3a）的动力至第一直齿传动机构（5），再传递给第二直齿传动机构（7），一级同步器（8a）与第二小齿轮（7a）接合，动力传递到二级增速主轴（3c），第一发电机（13a）发电；当风速适中时，挡位置于二挡，一级同步器（8a）与第三小齿轮（9a）接合，动力传递到二级增速主轴（3c），第一发电机（13a）发电；当风速较大时，挡位置于三挡，二级同步器（8b）与第四小齿轮（10a）接合，动力传递到二级增速主轴（3c），第一发电机（13a）发电；

当风速高于额定风速时，挡位置于四挡，二级同步器（8b）与第五小齿轮（11a）接合，动力传递到二级增速主轴（3c），第一发电机（13a）发电。

2.根据权利要求1所述一种机械液压混合传动型风机传动链的控制方法，其特征在于：所述风机主轴（3a）采用四点支撑，由主轴轴承（2）承担风轮重量、风机主轴（3a）与齿轮箱（27）全部重量、风轮弯矩和风轮的部分轴向力；齿轮箱（27）采用两个弹性支撑，来承担风轮的转矩；主轴轴承（2）包括第一主轴轴承（2a）和第二主轴轴承（2b）；

液压传动型传动链中，除电涡流传感器（14）、变量泵（15a）、液压缸（16）布置于塔筒（29）顶部外，剩余液压元件布置于塔筒（29）底部，以减轻塔筒（29）的重量，同时便于维修监控。

3.根据权利要求1所述一种机械液压混合传动型风机传动链的控制方法，其特征在于：所述齿轮箱（27）内部还设置有用于对主轴（3）进行支撑的轴承组件（6），所述轴承组件（6）包括第一一级增速主轴轴承（6a）、第二一级增速主轴轴承（6b）、第一中间轴轴承（6e）、第二中间轴轴承（6f）、第三中间轴轴承（6q）、第四中间轴轴承（6h）、第五中间轴轴承（6i）、第六中间轴轴承（6j）、第七中间轴轴承（6k）和第八中间轴轴承（6l）。

4.根据权利要求1所述一种机械液压混合传动型风机传动链的控制方法，其特征在于：

液压传动型传动链采用无极调速的方法，采用三位四通电磁比例伺服阀（20）控制变量泵（15a）的排量来适应不同的风况；

当风速低于切入风速时，主回路的油压低，通过增大变量泵（15a）的排量，以及气囊式蓄能器（18a）、活塞式蓄能器（18b）和补油回路提供额外液压油，实现低风速下发电；

当风速高于切入风速而低于额定风速时，液控卸荷端二位二通电磁阀（19b）打开，定量液压马达（24）停止工作，第二发电机（13b）停止工作，由机械传动型传动链进行发电，而液压传动型传动链不发电，使传动效率更高；

当风速高于额定风速时，液控卸荷端二位二通电磁阀（19b）关闭，定量液压马达（24）开始工作，在风机启动过程中，由补油回路提供一定液压油，增大液压回路初始油压，使液压回路响应更快，为使主回路油压稳定，通过减小变量泵（15a）的排量以及气囊式蓄能器（18a）、活塞式蓄能器（18b）的运转，使定量液压马达（24）达到第二发电机（13b）所需要的额定转速。

5.根据权利要求1所述一种机械液压混合传动型风机传动链的控制方法，其特征在于：机械传动型传动链能够实现四挡变速，调速范围1/20~1/100，液压传动型传动链能够实现无极调速，调速范围在1~2000，所述第一发电机（13a）的功率在5 MW-20 MW之间、第二发电机（13b）的功率在1 MW-5 MW之间，所述电动机（25）的功率在5 KW-1 MW之间。