CN203161441U - 风力发电机组的变桨系统以及风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种风力发电机组的变桨系统以及风力发电机组。所述风力发电机组的变桨系统包括空气压缩机、单向阀、压缩空气储罐、电磁阀、气动马达和变桨减速器，其中，空气压缩机通过单向阀将压缩空气传送至压缩空气储罐进行存储；当风力发电机组的外部电源发生故障时，电磁阀打开，从而将存储在压缩空气储罐中的压缩空气传送至气动马达；气动马达在压缩空气的驱动下运转，从而驱动变桨减速器将桨叶转动到顺桨位置。所述风力发电机组的变桨系统可以使变桨系统结构得到大幅简化，从而大幅提高产品的可靠性，并最大限度地减少因变桨系统故障导致的飞车事故。

Description

风力发电机组的变桨系统以及风力发电机组

技术领域

本实用新型涉及一种风力发电机组的变桨系统，更具体地讲，涉及一种以压缩空气作为后备能源的风力发电机组的变桨系统。 

背景技术

随着技术的发展，可再生能源的关注和利用程度日益增加，其中，风力发电是一种已经发展相对成熟的能源技术。风力发电要求有较强的环境适应能力，而变桨系统则是风力发电的核心部件之一。变桨系统的功能主要有以下两个方面。 

第一，按照风力发电机组主控制器的要求实时调节风力发电机组的叶片桨距角，以确保发电机工作在合适的转速范围内，从而在风力发电机组安全的前提下，最大限度吸收风能。第二，在风力发电机组出现故障时，变桨系统调节叶片桨距角至最大，此时叶片不再吸收风能，实现气动刹车停机的功能。这种停机方式是变桨变速型风力发电机组唯一的安全停机方式。 

目前，风力发电机组的变桨系统从执行硬件角度可以分为电动变桨系统和液压变桨系统两大类。液压变桨系统依靠储能器中储存的压力油作为后备能源，电动变桨系统通常依靠电池或者电容作为后备能源。 

液压变桨系统由电动液压泵作为工作动力，液压油作为传递介质，电磁阀作为控制单元，通过将油缸活塞杆的径向运动变为桨叶的圆周运动来实现桨叶的变桨距。液压变桨系统由油箱、液压动力泵、动力单元蓄压器、液压管路、旋转接头、变桨系统蓄压器几个部分组成。液压油的压力在20MPa左右，因此制造工艺要求较高，实现难度较大，而管路也容易产生泄漏现象。液压系统由于受液压油黏温特性的影响，对环境温度的要求比较高，对于在不同纬度使用的风力发电机组，液压油需增加加热或冷却装置。液压变桨系统受限于其机械结构，最大变桨速度比电动变桨系统慢。 

电动变桨系统由风力机组内部市电作为动力源，通过电动伺服系统经由减速机构传动之后驱动叶片完成桨距角调节。电动变桨系统通常由驱动单元、 电动机、储能单元（电池或者电容）、逻辑控制单元、外部传感器组成 。电动变桨系统使用电池或者电容作为电源。在外部能源中断时，驱动单元使用储能单元中储存的能量将叶片驱动至顺桨位置。电动变桨系统由于备用电源的限制，驱动单元和电动机都需要特别设计，无法使用通用产品。这些特别设计的产品结构复杂，使用维护的成本都非常高。电池或者电容充电、检测、放电技术都比较复杂，且电池的寿命较短，需要经常更换。使用交流电动机的电动变桨系统在驱动器发生故障时，无论备电是否正常都无法完成顺桨动作。 

实用新型内容

因此，本实用新型的目的在于提供一种能够降低故障率和成本的风力发电机组的变桨系统。 

根据本实用新型的一方面，提供一种风力发电机组的变桨系统，包括空气压缩机、单向阀、压缩空气储罐、电磁阀、气动马达和变桨减速器，其中，空气压缩机通过单向阀将压缩空气传送至压缩空气储罐进行存储；当风力发电机组的外部电源发生故障时，电磁阀打开，从而将存储在压缩空气储罐中的压缩空气传送至气动马达；气动马达在压缩空气的驱动下运转，从而驱动变桨减速器将桨叶转动到顺桨位置。 

此外，所述风力发电机组的变桨系统还包括滑环、变桨驱动器和变桨电机，其中，当在风力发电机组的外部电源正常的情况下需要执行变桨操作时，滑环将外部电源提供给变桨驱动器，变桨驱动器使用通过滑环接收的电源驱动变桨电机运转，从而驱动变桨减速器将桨叶转动到顺桨位置。 

此外，所述风力发电机组的变桨系统还包括不间断电源，其中，不间断电源在风力发电机组的外部电源发生故障时，支持变桨驱动器在短时间内运转。 

此外，所述风力发电机组的变桨系统还包括安全阀和放空阀，其中，安全阀在压缩空气储罐的压力超出安全范围时打开，将多余的压缩气体排出，放空阀在变桨系统维护过程中人工开启，放空压缩空气储罐内储存的压缩空气。 

此外，空气压缩机设置在风力发电机组的机舱内，单向阀、压缩空气储罐、电磁阀、气动马达和变桨减速器设置在风力发电机组的轮毂内。 

此外，空气压缩机设置在风力发电机组的机舱内，单向阀、压缩空气储罐、电磁阀、气动马达、变桨驱动器、变桨电机和变桨减速器设置在风力发电机组的轮毂内。 

此外，空气压缩机和不间断电源设置在风力发电机组的机舱内，单向阀、压缩空气储罐、电磁阀、气动马达、变桨驱动器、变桨电机和变桨减速器设置在风力发电机组的轮毂内。 

根据本实用新型的另一方面，提供一种包括如上所述的风力发电机组的变桨系统的风力发电机组。 

根据本实用新型的实施例的风力发电机组的变桨系统可以使变桨系统结构得到大幅简化，从而大幅提高产品的可靠性，并最大限度地减少因变桨系统故障导致的飞车事故。 

附图说明

通过下面结合附图对实施例进行的描述，本实用新型的这些和/或其他方面和优点将会变得清楚和更易于理解，其中： 

图1是示意性地示出根据本实用新型的实施例的风力发电机组的变桨系统的示意图。 

具体实施方式

现在对本实用新型的实施例进行详细的描述，其示例表示在附图中，其中，相同的标号始终表示相同的部件。下面通过参照附图对实施例进行描述以解释本实用新型。 

图1是示意性地示出根据本实用新型的实施例的风力发电机组的变桨系统的示图。参照图1，根据本实用新型的实施例的风力发电机组的变桨系统包括空气压缩机10、单向阀20、压缩空气储罐30、电磁阀40、气动马达50和变桨减速器60。 

空气压缩机10作为压缩空气源，用于为压缩空气储罐30充气。即，空气压缩机10可将压缩空气传送至压缩空气储罐30进行存储。根据本实用新型的实施例，空气压缩机10可设置在风力发电机组的机舱内。空气压缩机10可在检测到管路内压力降低后开始工作，在检测到管路内压力达到设定压力后停止工作。 

单向阀20设置在空气压缩机10和压缩空气储罐30之间。单向阀20可将压缩空气从空气压缩机10传送至压缩空气储罐30，并可防止压缩空气反向流动。电磁阀40设置在缩空气储罐30和气动马达50之间。电磁阀40为失电动做，可实现气动马达50的开关控制功能。具体地讲，当风力发电机组的外部电源发生故障时，电磁阀40动作（即，打开），从而将存储在压缩空气储罐30中的压缩空气传送至气动马达50。气动马达50是一种将气体流动的动能转换为旋转运动的机械能的装置。具体地讲，当电磁阀40打开而将存储在压缩空气储罐30中的压缩空气传送至气动马达50时，气动马达50在压缩空气的驱动下运转。变桨减速器60连接到桨叶。当气动马达50在压缩空气的驱动下运转时，可驱动变桨减速器60将桨叶转动到顺桨位置。根据本实用新型的实施例，单向阀20、压缩空气储罐30、电磁阀40、气动马达50和变桨减速器60可设置在风力发电机组的轮毂内。 

再次参照图1，根据实用新型的实施例的风力发电机组的变桨系统还可包括不间断电源（UPS）70、滑环80、变桨驱动器90、变桨电机95、安全阀（未示出）和放空阀（未示出）。 

UPS70可在风力发电机组的外部电源发生故障时支持变桨驱动器90在短时间内运转。根据本实用新型的实施例，UPS70的容量可满足变桨系统低电压穿越和高电压穿越运行的需要。 

滑环80用于将外部电源提供给变桨驱动器90。具体地讲，当在风力发电机组的外部电源正常的情况下需要执行变桨操作时，滑环80将外部电源（例如但不限于市电）提供给变桨驱动器90，变桨驱动器90使用通过滑环80接收的电源驱动变桨电机95运转，从而可驱动变桨减速器60将桨叶转动到顺桨位置。 

安全阀和放空阀设置在压缩空气储罐30上。安全阀在压缩空气储罐30的压力超出安全范围时打开，将多余的压缩气体排出，放空阀在变桨系统维护过程中人工开启，放空压缩空气储罐30内储存的压缩空气。 

根据本实用新型的实施例，UPS70、滑环80、变桨驱动器90、变桨电机95、安全阀和放空阀设置在风力发电机组的轮毂内。 

根据本实用新型的实施例的风力发电机组的变桨系统可以应用到现有技术中的各种风力发电机组中。 

相对于电动变桨系统，根据本实用新型的实施例的风力发电机组的变桨 系统省去了备电装置，系统结构大幅简化。同时可以使用标准的通用驱动设备。相对液压变桨系统，根据本实用新型的实施例的风力发电机组的变桨系统不存在漏油隐患。当液压油泄漏后，液压系统将无法动做，而根据本实用新型的实施例的风力发电机组的变桨系统使用压缩空气，即使泄漏也可通过空气压缩机及时补充。此外，压缩空气可以作为变桨系统的冷却用气源，简化变桨系统的散热结构，提高变桨系统的高温适用性。因此，根据本实用新型的实施例的风力发电机组的变桨系统可以使变桨系统结构得到大幅简化，从而大幅提高产品的可靠性，并最大限度地减少因变桨系统故障导致的飞车事故。 

虽然已经描述了本实用新型的实施例，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下，可以对描述的实施例进行修改，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。 

Claims (8)

1.一种风力发电机组的变桨系统，包括空气压缩机、单向阀、压缩空气储罐、电磁阀、气动马达和变桨减速器，其特征在于：

空气压缩机通过单向阀将压缩空气传送至压缩空气储罐进行存储；当风力发电机组的外部电源发生故障时，电磁阀打开，从而将存储在压缩空气储罐中的压缩空气传送至气动马达；气动马达在压缩空气的驱动下运转，从而驱动变桨减速器将桨叶转动到顺桨位置。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组的变桨系统，其特征在于：所述风力发电机组的变桨系统还包括滑环、变桨驱动器和变桨电机，其中，当在风力发电机组的外部电源正常的情况下需要执行变桨操作时，滑环将外部电源提供给变桨驱动器，变桨驱动器使用通过滑环接收的电源驱动变桨电机运转，从而驱动变桨减速器将桨叶转动到顺桨位置。

3.根据权利要求2所述的风力发电机组的变桨系统，其特征在于：所述风力发电机组的变桨系统还包括不间断电源，其中，不间断电源在风力发电机组的外部电源发生故障时，支持变桨驱动器在短时间内运转。

4.根据权利要求1所述的风力发电机组的变桨系统，其特征在于：所述风力发电机组的变桨系统还包括安全阀和放空阀，其中，安全阀在压缩空气储罐的压力超出安全范围时打开，将多余的压缩气体排出，放空阀在变桨系统维护过程中人工开启，放空压缩空气储罐内储存的压缩空气。

5.根据权利要求1所述的风力发电机组的变桨系统，其特征在于：空气压缩机设置在风力发电机组的机舱内，单向阀、压缩空气储罐、电磁阀、气动马达和变桨减速器设置在风力发电机组的轮毂内。

6.根据权利要求2所述的风力发电机组的变桨系统，其特征在于：空气压缩机设置在风力发电机组的机舱内，单向阀、压缩空气储罐、电磁阀、气动马达、变桨驱动器、变桨电机和变桨减速器设置在风力发电机组的轮毂内。

7.根据权利要求2所述的风力发电机组的变桨系统，其特征在于：空气压缩机和不间断电源设置在风力发电机组的机舱内，单向阀、压缩空气储罐、电磁阀、气动马达、变桨驱动器、变桨电机和变桨减速器设置在风力发电机组的轮毂内。

8.一种包括权利要求1至7中任意一项权利要求所述的风力发电机组的变桨系统的风力发电机组。

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