專利名稱：用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的直驅(qū)式液壓變槳距控制機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)液壓變槳距控 制機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)有定槳距和變槳距兩種。定槳距風(fēng)機(jī)就是槳葉的迎風(fēng)角固 定，風(fēng)力大于一定值時，會造成轉(zhuǎn)速過高，機(jī)組無法正常工作；變槳距風(fēng)機(jī)的 槳葉迎風(fēng)角可調(diào)節(jié)，在額定風(fēng)速附近，依據(jù)風(fēng)速的變化隨時調(diào)節(jié)槳距角，控制 吸收的機(jī)械能， 一方面保證獲取最大的能量(與額定功率對應(yīng))，同時減少風(fēng)力 對風(fēng)力機(jī)的沖擊。在并網(wǎng)過程中，變槳距控制還可實現(xiàn)快速無沖擊并網(wǎng)。變槳 距控制系統(tǒng)與變速恒頻技術(shù)相配合，最終提高了整個風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率 和電能質(zhì)量。為了使葉輪對電機(jī)的驅(qū)動功率能夠滿足電機(jī)的所能承受的狀態(tài)， 需要在不同的風(fēng)速條件下設(shè)定其合適的變槳角度，以滿足發(fā)電機(jī)所處的工作狀 態(tài)在最優(yōu)狀態(tài)。通過變槳距的調(diào)節(jié)，能夠有效的改善風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的氣動性能。 特別地，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)遇到像臺風(fēng)等強(qiáng)風(fēng)力時，機(jī)組能立即停止運(yùn)行，以使電 源中斷，而此時的槳葉需要控制在和風(fēng)向相平行的位置上，確保槳葉不再轉(zhuǎn)動， 此時槳葉變距起到氣動剎車的作用。
圖1為風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳距控制系統(tǒng)的示意圖，控制系統(tǒng)傳遞槳距角給定信 號和功率給定信號至變槳距控制器，變槳距控制器通過將給定值與槳葉現(xiàn)槳距 角和功率值進(jìn)行比較并計算出所需的驅(qū)動信號給變距控制機(jī)構(gòu)，變距控制機(jī)構(gòu) 改變槳葉槳距角，以滿足發(fā)電機(jī)所處的工作狀態(tài)在最優(yōu)狀態(tài)。
圖2為現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)上使用的典型的液壓變距控制機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。該液 壓變槳距控制機(jī)構(gòu)屬于電液伺服系統(tǒng)。從現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)上使用的典型的液壓變 距控制機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析我們可以看出，現(xiàn)有的變槳距控制機(jī)構(gòu)液壓回路復(fù)雜， 回路中安裝有三個電磁換向閥和一個電液比例換向閥進(jìn)行控制。由于變距機(jī)構(gòu) 需要連續(xù)調(diào)整節(jié)距角，三個電磁換向閥的電磁鐵是一直帶電的，電液比例換向 閥的電磁鐵則是頻繁動作的，如果其中任意一個電磁鐵發(fā)生故障，則該變槳距 控制機(jī)構(gòu)就無法正常工作，另外，比例換向閥和電磁換向閥的滑閥閥芯的卡滯也是液壓變槳距控制機(jī)構(gòu)故障的主要原因之一。所以說現(xiàn)有液壓變距控制機(jī)構(gòu) 可靠性不高。另一方面，液壓變距控制機(jī)構(gòu)沒有冗余控制， 一旦該液壓變距控 制機(jī)構(gòu)發(fā)生故障，必將造成停機(jī)事故。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機(jī)液壓變槳距控制機(jī)構(gòu)液壓回路復(fù)雜和可靠性 不高不足，以及沒有冗余控制的缺陷，而提出了一種用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的直驅(qū)式 液壓變槳距控制機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明的直驅(qū)式液壓變槳距控制機(jī)構(gòu)包括閉式油罐、交流伺服電機(jī)、雙向 定量泵、補(bǔ)油閥、雙向液壓鎖和變槳距液壓缸；交流伺服電機(jī)動力輸出軸與雙 向定量泵動力輸入軸連接，雙向定量泵通過雙向液壓鎖與變槳距液壓缸連接， 雙向定量泵與變槳距液壓缸之間的兩條油路組成閉式回路，補(bǔ)油閥的兩個進(jìn)出 油口分別連接在雙向定量泵與變槳距液壓缸之間的兩條油路上，補(bǔ)油閥的第三 進(jìn)出油口連接閉式油罐的進(jìn)出油口 。
本發(fā)明的直驅(qū)式液壓變槳距控制機(jī)構(gòu)采用閉式回路，本發(fā)明的有益效果 是相對于傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳距控制機(jī)構(gòu)，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、控制可 靠、重量輕、占地面積小等優(yōu)點。本發(fā)明的具體優(yōu)點主要表現(xiàn)在以下幾個方面 直驅(qū)式液壓變漿機(jī)構(gòu)通過控制交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速和運(yùn)轉(zhuǎn)時間來控制變 槳距液壓缸的方向、速度和位移，去除了對油液顆粒度敏感的電液比例閥和容 易發(fā)生故障的電磁換向閥，簡化了液壓回路，減少了發(fā)生故障的幾率。直驅(qū)式 液壓變漿機(jī)構(gòu)液壓驅(qū)動回路可以采用冗余配置，控制系統(tǒng)能自動檢測直驅(qū)式液 壓變漿機(jī)構(gòu)的工況，當(dāng)一套直驅(qū)式液壓變槳機(jī)構(gòu)的液壓回路發(fā)生故障失壓時， 控制系統(tǒng)自動切換到第二套變槳液壓回路，使得液壓變漿機(jī)構(gòu)的可靠性大大提 高。在突發(fā)情況需要快速停機(jī)時，可以控制兩套液壓回路同時工作，加快變槳 距液壓缸的速度，在最短時間內(nèi)使槳葉運(yùn)動到和風(fēng)向相平行的位置上，確保槳 葉不再轉(zhuǎn)動。


圖1為風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳距控制系統(tǒng)的示意圖；圖2為現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)上使用 的典型的液壓變距控制機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的直驅(qū)式液壓變槳距控 制機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為具體實施方式
二中的考慮失電安全時的直驅(qū)式液壓變槳距控制機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一結(jié)合圖3說明本實施方式，本實施方式中的直驅(qū)式液
壓變槳距控制機(jī)構(gòu)由閉式油罐20、交流伺服電機(jī)21、聯(lián)軸器22、雙向定量泵 23、補(bǔ)油閥24、雙向液壓鎖25和變槳距液壓缸26組成；交流伺服電機(jī)21動 力輸出軸通過聯(lián)軸器22與雙向定量泵23動力輸入軸連接，交流伺服電機(jī)21 接收變槳距控制器的電壓信號后后順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)，帶動雙向定量泵23 轉(zhuǎn)動，向變距液壓缸26輸出壓力油，推動液壓缸活塞桿運(yùn)動，進(jìn)而調(diào)節(jié)槳葉 槳距角，以滿足發(fā)電機(jī)所處的工作狀態(tài)在最優(yōu)狀態(tài)；當(dāng)反饋信號與給定的變槳 距信號相等時，變槳距控制器輸出給交流伺服電機(jī)21的的電壓為零，交流伺 服電機(jī)21停止運(yùn)轉(zhuǎn)，使變槳距液壓缸26活塞桿穩(wěn)定在預(yù)設(shè)位置上；雙向定量 泵23通過雙向液壓鎖25與變槳距液壓缸26連接，雙向定量泵23與變槳距液 壓缸26之間的兩條油路組成閉式回路，雙向液壓鎖25的功用是當(dāng)變槳距液壓 缸26達(dá)到指定位移時，交流伺服電機(jī)21停止運(yùn)轉(zhuǎn)，雙向液壓鎖25能使變距 液壓缸26的活塞桿穩(wěn)定在預(yù)設(shè)位置上。此時，交流伺服電機(jī)21停止運(yùn)轉(zhuǎn)，等 待下一個變槳距命令，因此可收到顯著的節(jié)能效果。補(bǔ)油閥24的兩個進(jìn)出油 口分別連接在雙向定量泵23與變槳距液壓缸26之間的兩條油路上，補(bǔ)油閥 24的第三進(jìn)出油口連接閉式油罐20的進(jìn)出油口。補(bǔ)油閥24的作用是閉式回 路中油液不足時從閉式油罐20中向閉式回路中補(bǔ)充油液和將閉式回路中多余 的油液排回閉式油罐20。閉式油罐20、交流伺服電機(jī)21、聯(lián)軸器22、雙向定 量泵23、補(bǔ)油閥24和雙向液壓鎖25組成一套電液伺服動力源。
具體實施方式
二結(jié)合圖4說明本實施方式，本實施方式與具體實施方 式一不同點在于增加了常開兩位兩通電磁閥28、常閉兩位兩通電磁閥29和液 壓蓄能器31;變槳距液壓缸26的有桿腔通過常開兩位兩通電磁閥28與閉式 油罐20連通；變槳距液壓缸26的無桿腔通過常閉兩位兩通電磁閥29與液壓 蓄能器31連通；常開兩位兩通電磁閥28和常閉兩位兩通電磁閥29在變槳距 調(diào)節(jié)時均通電，保持閉合狀態(tài)，此時直驅(qū)式液壓變槳距控制機(jī)構(gòu)的其他部分工 作方式同具體實施方案一。當(dāng)直驅(qū)式液壓變槳距控制機(jī)構(gòu)失電時，即遇臺風(fēng)緊 急關(guān)閉或者兩路變槳距控制機(jī)構(gòu)均出現(xiàn)故障時，常開兩位兩通電磁閥28和常閉兩位兩通電磁閥29均失電，液壓油從液壓蓄能器31通過常閉兩位兩通電磁 閥29進(jìn)入變槳距液壓缸26的無桿腔，變槳距液壓缸26的有桿腔的液壓油通 過常開兩位兩通電磁閥28排放到閉式油罐20，葉片變距到+ 88。機(jī)械端點。 其它組成和連接方式與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三結(jié)合圖4說明本實施方式，本實施方式與具體實施方 式一或二不同點在于增加了手動截止閥27，手動截止閥27的三個油口分別與 閉式油罐20的進(jìn)出油口 、變槳距液壓缸26的有桿腔和無桿腔的進(jìn)出油口連接。 手動截止閥27平時是關(guān)閉的，變槳距液壓缸26的兩腔、閉式油罐20之間是 閉鎖的。當(dāng)需要對直驅(qū)式液壓變槳距機(jī)構(gòu)維護(hù)時，可以通過打開手動截止閥 27，使變槳距液壓缸26兩腔與閉式油罐20相通，卸掉變槳距液壓缸26內(nèi)的 壓力，才可以對變槳距液壓缸26進(jìn)行維護(hù)。其它組成和連接方式與具體實施 方式一或二相同。
具體實施方式
四結(jié)合圖3或圖4說明本實施方式，本實施方式與具體 實施方式三不同點在于補(bǔ)油閥24由兩個液控單向閥組成，兩個液控單向閥分 別為第一液控單向閥和第二液控單向閥；第一液控單向閥的一個油口和控制油 口分別與雙向定量泵23與變槳距液壓缸26之間的兩條油路連接，第二液控單 向閥的一個油口與第一液控單向閥的的控制油口所連接的油路相連，第二液控 單向閥的控制油口與第一液控單向閥的的一個油口所連接的油路相連，第一液 控單向闊的另一個油口和第二液控單向閥的另一個油口同時與閉式油罐20的 進(jìn)出油口連接，第二液控單向閥的一個油口和控制油口與第一液控單向閥的的 一個油口和控制油口連接方式相同、連接油路相反，第一液控單向閥的另一個 油口和第二液控單向闊的另一個油口同時與閉式油罐20的進(jìn)出油口連接。由 兩個液控單向閥構(gòu)成的補(bǔ)油閥24連接在閉式回路中，能可靠地保證雙向定量 泵23的油口與閉式油罐20內(nèi)液壓油相通，補(bǔ)償雙向定量泵23和變槳距液壓 缸26的泄漏，保證油管內(nèi)的壓力大于空氣分離壓，防止氣穴現(xiàn)象和空氣滲入。 雙向液壓鎖25由兩個液控單向閥組成，兩個液控單向閥分別為第三液控單向 闊和第四液控單向閥；第三液控單向閥的一個油口與變槳距液壓缸26的有桿 腔油口連接，第三液控單向閥的另一個油口與雙向定量泵23的一個油口連接； 第四液控單向閥的一個油口與變槳距液壓缸26的無桿腔油口連接，第四液控單向閥的另一個油口與雙向定量泵23的另一個油口連接；第三液控單向閥的
控制油口與雙向定量泵23與變槳距液壓缸26之間的連接第四液控單向閥的油 路連接；第四液控單向閥的控制油口與雙向定量泵23與變槳距液壓缸26之間 的連接第三液控單向閥的油路連接；其它組成和連接方式與具體實施方式
三相 同。
具體實施方式
五結(jié)合圖3或4說明本實施方式，本實施方式與具體實 施方式四不同點在于所述的變槳距液壓缸26的進(jìn)出口處連接至少采用兩套電 液伺服動力源，實現(xiàn)冗余配置。控制系統(tǒng)能自動檢測直驅(qū)式液壓變槳距控制機(jī) 構(gòu)的工況，當(dāng)一套直驅(qū)式液壓變槳距控制機(jī)構(gòu)的液壓回路發(fā)生故障失壓時，控 制系統(tǒng)自動切換到第二套直驅(qū)式液壓變槳距控制機(jī)構(gòu)的回路，使得直驅(qū)式液壓 變槳距控制機(jī)構(gòu)的可靠性大大提高。在突發(fā)情況需要快速停機(jī)時，可以控制冗 余液壓回路同時工作，加快變槳距液壓缸的速度，在最短時間內(nèi)使槳葉運(yùn)動到 和風(fēng)向相平行的位置上，確保槳葉不再轉(zhuǎn)動。其它組成和連接方式與具體實施 方式四相同。
本發(fā)明內(nèi)容不僅限于上述各實施方式的內(nèi)容，其中一個或幾個具體實施方 式的組合同樣也可以實現(xiàn)發(fā)明的目的。
權(quán)利要求
1、用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的直驅(qū)式液壓變槳距控制機(jī)構(gòu)，其特征在于它包括閉式油罐(20)、交流伺服電機(jī)(21)、雙向定量泵(23)、補(bǔ)油閥(24)、雙向液壓鎖(25)和變槳距液壓缸(26)；交流伺服電機(jī)(21)動力輸出軸與雙向定量泵(23)動力輸入軸連接，雙向定量泵(23)通過雙向液壓鎖(25)與變槳距液壓缸(26)連接，雙向定量泵(23)與變槳距液壓缸(26)之間的兩條油路組成閉式回路，補(bǔ)油閥(24)的兩個進(jìn)出油口分別連接在雙向定量泵(23)與變槳距液壓缸(26)之間的兩條油路上，補(bǔ)油閥(24)的第三進(jìn)出油口連接閉式油罐(20)的進(jìn)出油口。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的直驅(qū)式液壓變槳距控制機(jī)構(gòu)， 其特征在于閉式油罐(20)、交流伺服電機(jī)(21)、雙向定量泵(23)、補(bǔ)油閥(24)和 雙向液壓鎖(25)組成一套電液伺服動力源，所述的變槳距液壓缸(26)至少連接 兩套電液伺服動力源。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的直驅(qū)式液壓變槳距控制 機(jī)構(gòu)，其特征在于還包括常開兩位兩通電磁閥(28)、常閉兩位兩通電磁閥(29) 和液壓蓄能器(31);變槳距液壓缸(26)的有桿腔通過常開兩位兩通電磁閥(28) 與閉式油罐(20)連通；變槳距液壓缸(26)的無桿腔通過常閉兩位兩通電磁閥(29) 與液壓蓄能器(31)連通。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的直驅(qū)式液壓變槳距控制機(jī)構(gòu)， 其特征在于還包括聯(lián)軸器(22)，交流伺服電機(jī)(21)動力輸出軸通過聯(lián)軸器(22) 與雙向定量泵(23)動力輸入軸連接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的直驅(qū)式液壓變槳距控制 機(jī)構(gòu)，其特征在于還包括手動截止闊27，手動截止閥27的三個油口分別與閉 式油罐(20)的進(jìn)出油口 、變槳距液壓缸(26)的有桿腔和無桿腔的進(jìn)出油口連接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的直驅(qū)式液壓變槳距控制機(jī)構(gòu)， 其特征在于補(bǔ)油閥(24)由兩個液控單向閥組成，兩個液控單向閥分別為第一液 控單向閥和第二液控單向閥；第一液控單向閥的一個油口和控制油口分別與雙 向定量泵(23)與變槳距液壓缸(26)之間的兩條油路連接，第二液控單向閥的一 個油口與第一液控單向閥的的控制油口所連接的油路相連，第二液控單向閥的 控制油口與第一液控單向閥的的一個油口所連接的油路相連，第一液控單向閥 的另一個油口和第二液控單向閥的另一個油口同時與閉式油罐(20)的進(jìn)出油口連接。
7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的直驅(qū)式液壓變槳距控制機(jī)構(gòu)，其特征在于雙向液壓鎖(25)由兩個液控單向閥組成，兩個液控單向閥分別為第 三液控單向閥和第四液控單向閥；第三液控單向閥的一個油口與變槳距液壓缸 (26)的有桿腔油口連接，第三液控單向閥的另一個油口與雙向定量泵(23)的一 個油口連接；第四液控單向閥的一個油口與變槳距液壓缸(26)的無桿腔油口連 接，第四液控單向閥的另一個油口與雙向定量泵(23)的另一個油口連接；第三 液控單向閥的控制油口與雙向定量泵(23)與變槳距液壓缸(26)之間的連接第四 液控單向閥的油路連接；第四液控單向閥的控制油口與雙向定量泵(23)與變槳 距液壓缸(26)之間的連接第三液控單向閥的油路連接。
全文摘要
用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的直驅(qū)式液壓變槳距控制機(jī)構(gòu)，本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域，它針對現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機(jī)液壓變槳距控制機(jī)構(gòu)液壓回路復(fù)雜和可靠性不高的問題，以及沒有冗余控制的缺陷，提出了包括閉式油罐、交流伺服電機(jī)、雙向定量泵、補(bǔ)油閥、液壓鎖和變槳距液壓缸的直驅(qū)式液壓變槳距控制機(jī)構(gòu)；交流伺服電機(jī)動力輸出軸與雙向定量泵動力輸入軸連接，雙向定量泵通過液壓鎖與變槳距液壓缸連接，雙向定量泵與變槳距液壓缸之間的兩條油路組成閉式回路，補(bǔ)油閥的兩個進(jìn)出油口分別連接在雙向定量泵與變槳距液壓缸之間的兩條油路上，補(bǔ)油閥的第三進(jìn)出油口連接閉式油罐的進(jìn)出油口。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、控制可靠、重量輕、占地面積小等優(yōu)點。
文檔編號F15B15/18GK101498281SQ20091007142
公開日2009年8月5日 申請日期2009年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月20日
發(fā)明者劉慶和, 姜繼海, 蘇文海, 歡 連 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)