CN202659427U - 用于风力发电的液压传动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于风力发电的液压传动系统，包括油箱、液压泵、与液压泵相连的液压马达，所述液压泵包括装于支架上的曲轴、围绕曲轴的偏心段设置的数个双作用油缸，每个双作用油缸的活塞杆均通过可转动的连接结构与曲轴的偏心段相连；每个双作用油缸的两油口之间均通过两组并联的单向阀相连，每组单向阀包括两个单向阀，其中一组单向阀相对设置，另一组单向阀相背设置，所有相背设置的两单向阀的中位均与一出油管相连，该出油管与所有的液压马达相连，所有相对设置的两单向阀的中位均与一进油管相连。本实用新型具有结构和传动关系较为简单、成本和故障率较低、功率采集率和运行效能高、发出的电压一致好、设备利用率较高的优点。

Description

用于风力发电的液压传动系统

技术领域

  本实用新型涉及一种用于风力发电的液压传动系统。

背景技术

  在风力发电系统中，叶轮采集的扭矩需通过传动系统增速后再传递给发电机转化为电能，传动系统有机械式和液压式两种，机械式采用三级齿轮变速，其重量在2000kW级设备中达到约40吨，且机械式传动的故障率较高，耐久性较差，齿轮箱安装在塔顶的狭小空间内，修复非常困难，随着海上风力发电的发展，风力发电的大功率化成为主流，提高输出功率就必须增大齿轮，装置大型化后风险会更高；后来，液压式传动系统因重量轻、耐久性较好得到广泛应用，它包括油箱、液压泵、与液压泵相连的至少一个液压马达，风力发电的叶轮通过液压泵、液压马达驱动发电机发电；但传统的液压泵多采用叶轮式、齿轮式和柱塞式结构，若将其用于风电液压传动系统中，通过风力发电机的桨叶带动叶轮或齿轮旋转或活塞往复移动，但要满足大功率风力发电，液压传动系统需输出高压、大流量的液压油，而风电的特点是叶轮的转速很慢，通常为17-48转/分，显然传统的液压泵在此工况下无法输出高压、大流量的液压油，难以达到后面的液压马达驱动发电机实现高效发电的要求；为满足风力发电的需要，国外公司专门开发出一种外曲线柱塞泵，它包括环形排列的数十个油缸、设于每个油缸活塞底部的轨辊、与轨辊接触的波形部件，波形部件位于所有轨辊的内侧并由桨叶带动旋转，在每个油缸的底部和顶部分别设有低压阀和高压阀；当波形部件转动时，通过轨辊带动活塞做上、下移动，当活塞下移时，低压阀被打开，吸油；活塞上移时，缸内油液被压缩加压，直到冲开高压阀，通过配管将各个活塞产生的油压聚集起来，通过该压力驱动液压马达带动发电机发电；该柱塞泵的缺点为：1）结构复杂、零部件多，成本较高；2）传动关系较为复杂，故障率较高，维修工作量大；3）活塞仅单向做功，功率采集率和运行效能较低；风力发电的另一特点是间隙性和随机性较强，相应地，液压泵输出的流量和压力也不稳定，如连接多台不同功率的液压马达和发电机，但会导致各液压马达的转速不一致，发出的电压不一致，还需通过变压才能上网，增加了附属设备的使用，提高了成本；如连接一台大功率的液压马达和发电机，不仅发出的电压不一致，且设备的利用率较低。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的上述不足，提供一种用于风力发电的液压传动系统，它具有结构和传动关系较为简单、成本和故障率较低、功率采集率和运行效能高、发出的电压一致、设备利用率较高的优点。

为达到上述目的，本实用新型的用于风力发电的液压传动系统，包括油箱、液压泵、与液压泵相连的至少一个液压马达，其特征在于所述液压泵包括支架、通过两端的轴承装于支架上的曲轴，围绕曲轴的偏心段还设有数个均布的双作用油缸，每个双作用油缸的底部均与支架铰接，每个双作用油缸的活塞杆均通过可转动的连接结构与曲轴的偏心段相连，每个双作用油缸活塞杆的行程大于曲轴偏心距的两倍；每个双作用油缸的有杆腔油口和无杆腔油口之间均通过两组并联的单向阀相连，每组单向阀均包括两个单向阀，其中一组的两单向阀相对设置，另一组的两单向阀相背设置，所有相背设置的两单向阀的中位均与一出油管相连，该出油管与所有的液压马达相连，所有相对设置的两单向阀的中位均与一进油管相连，该进油管的一端与所述油箱相连。

上述可转动的连接结构可以是滑动装于曲轴偏心段上的两套板以及与各自活塞杆固联的扣件，每个扣件的前端设有与曲轴偏心段相配合的弧面，所有扣件位于两套板之间，所有扣件与两套板通过连接螺栓相连，扣件与两套板还设有互相扣合的凹槽和凸块。

上述可转动的连接结构也可以是装于曲轴偏心段上的滚动轴承、与各自活塞杆固联的杆头以及装于杆头两侧偏心段上的扣盖，每个杆头的端部设有弧面并与滚动轴承的外圈配合，每个杆头与两侧的扣盖设有相互扣合的台肩，其中至少一曲拐与曲轴偏心段通过紧固件相连，便于滚动轴承和垫圈的安装。

工作时，曲轴由风力发电机的叶轮带动旋转，液压马达与发电机相连；曲轴偏心段的旋转通过可转动的连接结构带动数个双作用油缸的活塞杆做往复的移动，在此过程中，每个活塞一侧的油液被压缩、产生高压，推开相背设置的一单向阀经出油管泵油，同时该活塞另一侧的腔体内产生吸空，相对设置的一单向阀被吸开，油箱内的油液经进油管被补入该腔体内，如此循环，活塞两侧的腔体交替地泵油和吸油，各油缸泵出的油液聚集于出油管内，可形成大流量；出油管内的液压油驱动液压马达、液压马达再带动发电机旋转、发电；本实用新型具有结构和传动关系较为简单、成本和故障率较低的优点，且活塞双向移动均可做功、泵油，功率采集率和运行效能更高；

作为本实用新型的进一步改进，在所述每个扣盖与对应的曲拐之间还设有垫圈，滚动轴承与两端的曲拐之间还设有轴套；轴套采用铜等柔性较好的材料，可避免曲轴和扣盖的磨损，降低故障率；

作为本实用新型的进一步改进，所述液压马达为两个以上，各液压马达的额定功率不同，各液压马达还通过各自的二位二通换向阀与所述液压泵的出油管相连；当液压泵输出的流量有变化时，通过换向阀可以使用不同的液压马达组合进行发电，可适应液压泵流量的变化，并提高设备的利用率，也即提高发电效率；

作为本实用新型的进一步改进，所述二位二通换向阀为二位二通电磁换向阀；便于实现换向阀操作的自动化，可实现传动系统的自动控制；

作为本实用新型的进一步改进，在每个液压马达与对应的二位二通电磁换向阀之间还设有调速阀；可实现供给各液压马达流量的稳定性，也即转速稳定和发出的电压一致；

作为本实用新型的进一步改进，在液压泵的出口与油箱之间设有电磁溢流阀；可避免系统压力过高；

综上所述，本实用新型具有结构和传动关系较为简单、成本和故障率较低、功率采集率和运行效能高、发出的电压一致、设备利用率较高的优点。

附图说明

  图1为本实用新型实施例一的液压原理图。

图2为图1中液压泵的主视图。

  图3为图2的H-H剖视图。

图4为实施例一中液压泵的液压原理图。

  图5为本实用新型实施例二中液压泵的主视图。

  图6为图5的A-A剖视图。

图7为图5中曲轴的主视图。

图8为实施例二中液压泵的液压原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。

实施例一

   如图1、图2、图3和图4所示，该用于风力发电的液压传动系统，包括油箱1、液压泵22、三个额定功率均不同的定量液压马达23、24、25和一个变量液压马达26，四个液压马达均通过通过各自的二位二通电磁换向阀27和调速阀28与液压泵22的出油管相连，在液压泵22的出口与油箱1之间设有电磁溢流阀29；所述液压泵22

包括支架2、通过两端的轴承3装于支架2上的曲轴4，围绕曲轴4的偏心段4a还设有六个均布的双作用油缸5，每个双作用油缸5的底部均通过关节轴承与支架2铰接，每个双作用油缸5的活塞杆6均通过可转动的连接结构与曲轴偏心段4a相连，每个双作用油缸活塞杆6的行程大于曲轴偏心距的两倍；所述可转动的连接结构包括滑动装于曲轴偏心段4a上的两套板7以及与各自活塞杆6固联的扣件8，每个扣件8的前端设有与曲轴偏心段4a相配合的弧面，所有扣件8位于两套板7之间，所有扣件8与两套板7通过连接螺栓相连，扣件8与两套板7还设有互相扣合的凹槽和凸块；每个双作用油缸5的有杆腔油口和无杆腔油口之间均通过两组并联的单向阀相连，每组单向阀均包括两个单向阀，其中一组的两单向阀9和10相对设置，另一组的两单向阀11和12相背设置，所有相背设置的两单向阀11和12的中位均与一出油管13相连，出油管13与四个二位二通电磁换向阀27相连，所有相对设置的两单向阀9和10的中位均与一进油管14相连，该进油管14的一端与所述油箱1相连。

曲轴4的一端设有键槽等传递扭矩的结构，工作时，曲轴4由风力发电机的叶轮带动旋转，各液压马达与各自的发电机相连；曲轴偏心段4a绕曲轴轴线旋转，当曲轴偏心段4a旋转时，可通过两套板7和扣件8带动各油缸5的活塞杆6作伸出和回收的往复移动，同时各扣件8与曲轴偏心段4a外圆面可相对转动，各油缸5绕其关节轴承在一定角度内摆动，可实现运动的连续性；

在此过程中，每个活塞一侧的油液被压缩、产生高压，推开相背设置的一单向阀11或12经出油管泵油，与其相邻一端的单向阀9或10被关闭；同时该活塞另一侧的腔体内产生吸空，相对设置的另一单向阀10或9被吸开，油箱1内的油液经进油管14、单向阀10或9被补入该腔体内，如此循环，活塞两侧的腔体交替地泵油和吸油，各油缸泵出的油液聚集于出油管13内，可形成大流量，同时后端连接的各液压马达及溢流阀29的开启压力决定了泵出的油压，可形成高压；相比于现有结构，本实用新型为开放式结构，既可适用于风电等低速的工况，同时结构和传动关系较为简单，各活塞杆6的移动由曲轴4带动，无运动死点，成本和故障率较低的优点，且活塞双向移动均可做功、泵油，功率采集率和运行效能更高；当风力变化导致液压泵22输出的流量有变化时，通过各二位二通电磁换向阀27可以使用不同功率的定量液压马达23、24、25和一变量液压马达26组合进行发电，可适应液压泵22流量的变化，调速阀28可实现供给各液压马达流量的稳定性，既提高设备的利用率，也即提高发电效率，又保证各液压马达转速稳定，发出的电压一致；供给各定量液压马达后流量的余量被变量液压马达26收集，使得能量被充分利用、发电；二位二通电磁换向阀27便于实现换向阀操作的自动化，可实现传动系统的自动控制。

实施例二

该实施例的用于风力发电的液压传动系统，其液压原理图与实施例一相同，也包括油箱1、液压泵22、三个额定功率均不同的定量液压马达23、24、25和一个变量液压马达26，四个液压马达均通过通过各自的二位二通电磁换向阀27和调速阀28与液压泵22的出油管相连，在液压泵22的出口与油箱1之间设有电磁溢流阀29；其区别仅在于液压泵22的结构有所不同，如图5至图8所示，该液压泵22包括支架2、通过两端的轴承3装于支架2上的曲轴21，曲轴21包括两端的同轴段、曲拐21b和偏心段21a，它们通过螺栓等紧固件相连，围绕曲轴21的偏心段21a还设有五个均布的双作用油缸5，每个双作用油缸5的底部均通过关节轴承与支架2铰接，每个双作用油缸5的活塞杆6均通过可转动的连接结构与曲轴偏心段21a相连，每个双作用油缸活塞杆6的行程大于曲轴偏心距的两倍；所述可转动的连接结构包括装于曲轴偏心段21a上的滚动轴承16、与各自活塞杆6固联的杆头17以及装于杆头17两侧偏心段21a上的扣盖18，每个杆头17的端部设有弧面并与滚动轴承16的外圈配合，每个杆头17与两侧的扣盖18设有相互扣合的台肩，在每个扣盖18与对应的曲拐21b之间还设有垫圈19，所述滚动轴承16与两端的曲拐21b之间还设有铜质的轴套20，曲轴21为组装式结构，便于滚动轴承16、扣盖18和垫圈19的安装；每个双作用油缸5的有杆腔油口和无杆腔油口之间均通过两组并联的单向阀相连，每组单向阀均包括两个单向阀，其中一组的两单向阀9和10相对设置，另一组的两单向阀11和12相背设置，所有相背设置的两单向阀11和12的中位均与一出油管13相连，所有相对设置的两单向阀9和10的中位均与一进油管14相连，该进油管14的一端与所述油箱1相连。

与实施例一相似，本实施例工作时，曲轴21由风力发电机的桨叶等动力装置带动旋转，其偏心段21a绕曲轴轴线旋转，当曲轴偏心段21a旋转时，可通过扣盖18、杆头17和滚动轴承16带动各油缸5的活塞杆6作伸出和回收的往复移动，同时滚动轴承16与曲轴偏心段21a外圆面可相对转动，滚动摩擦的阻力更小，各油缸5绕其关节轴承在一定角度内摆动，可实现运动的连续性；

当每个活塞杆伸出时，活塞内侧的油液被压缩、产生高压，推开相背设置的一单向阀11经出油管14泵油，与其相邻一端的单向阀9承受油压被加固关闭；同时该活塞外侧的腔体内产生吸空，相背设置的另一单向阀12被加固关闭，相对设置的另一单向阀10被吸开，油箱1内的油液经进油管14、单向阀10被补入该腔体内；当每个活塞杆回收时，活塞内侧的油液被压缩、产生高压，推开相背设置的一单向阀12经出油管14泵油，与其相邻一端的单向阀10承受油压被加固关闭；同时该活塞内侧的腔体内产生吸空，相背设置的另一单向阀11被加固关闭，相对设置的另一单向阀9被吸开，油箱1内的油液经进油管14、单向阀9被补入该腔体内；如此循环，活塞两侧的腔体交替地泵油和吸油，各油缸5泵出的油液聚集于出油管13内，可形成大流量，同时后端连接的各液压马达及溢流阀29的开启压力决定了泵出的油压，可形成高压；本实用新型为组装式的开放式结构，既可适用于风电等低速的工况，同时结构和传动关系较为简单，各活塞杆6的移动由曲轴21带动，无运动死点，成本和故障率较低的优点，且活塞双向移动均可做功、泵油，摩擦阻力更小，功率采集率和运行效能更高；其它设备利用率、高发电效率、各液压马达转速的稳定性、发出电压的一致性均与实施例一相同。 

Claims (8)

1.一种用于风力发电的液压传动系统，包括油箱、液压泵、与液压泵相连的至少一个液压马达，其特征在于所述液压泵包括支架、通过两端的轴承装于支架上的曲轴，围绕曲轴的偏心段还设有数个均布的双作用油缸，每个双作用油缸的底部均与支架铰接，每个双作用油缸的活塞杆均通过可转动的连接结构与曲轴的偏心段相连，每个双作用油缸活塞杆的行程大于曲轴偏心距的两倍；每个双作用油缸的有杆腔油口和无杆腔油口之间均通过两组并联的单向阀相连，每组单向阀均包括两个单向阀，其中一组的两单向阀相对设置，另一组的两单向阀相背设置，所有相背设置的两单向阀的中位均与一出油管相连，该出油管与所有的液压马达相连，所有相对设置的两单向阀的中位均与一进油管相连，该进油管的一端与所述油箱相连。

2.如权利要求1所述的用于风力发电的液压传动系统，其特征在于所述可转动的连接结构包括滑动装于曲轴偏心段上的两套板以及与各自活塞杆固联的扣件，每个扣件的前端设有与曲轴偏心段相配合的弧面，所有扣件位于两套板之间，所有扣件与两套板通过连接螺栓相连，扣件与两套板还设有互相扣合的凹槽和凸块。

3. 如权利要求1所述的用于风力发电的液压传动系统，其特征在于所述可转动的连接结构包括装于曲轴偏心段上的滚动轴承、与各自活塞杆固联的杆头以及装于杆头两侧偏心段上的扣盖，每个杆头的端部设有弧面并与滚动轴承的外圈配合，每个杆头与两侧的扣盖设有相互扣合的台肩，其中至少一曲拐与曲轴偏心段通过紧固件相连。

4. 如权利要求3所述的用于风力发电的液压传动系统，其特征在于在所述每个扣盖与对应的曲拐之间还设有垫圈，滚动轴承与两端的曲拐之间还设有轴套。

5. 如权利要求1至4任一所述的用于风力发电的液压传动系统，其特征在于所述液压马达为两个以上，各液压马达的额定功率不同，各液压马达还通过各自的二位二通换向阀与所述液压泵的出油管相连。

6. 如权利要求5所述的用于风力发电的液压传动系统，其特征在于所述二位二通换向阀为二位二通电磁换向阀。

7. 如权利要求6所述的用于风力发电的液压传动系统，其特征在于在每个液压马达与对应的二位二通电磁换向阀之间还设有调速阀。

8. 如权利要求7所述的用于风力发电的液压传动系统，其特征在于在液压泵的出口与油箱之间设有电磁溢流阀。

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