專利名稱：用于風力發(fā)電機上的無偏航齒輪的偏航驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種偏航驅(qū)動裝置，具體涉及一種用于風力發(fā)電機上的無偏航 齒輪的偏航驅(qū)動裝置，屬于風力發(fā)電設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前商用大型風力發(fā)電機組一般為水平軸風力發(fā)電機，如圖1所示，它由
風輪l、增速齒輪箱2、發(fā)電機3、機艙4、偏航裝置5、控制系統(tǒng)6和塔架7 等部件所組成。風輪的作用是將風能轉(zhuǎn)換為機械能，它由氣動性能優(yōu)異的葉片
(目前商業(yè)機組一般為2 3個葉片)裝在輪轂上所組成，低速轉(zhuǎn)動的風輪通 過傳動系統(tǒng)由增速齒輪箱增速，將動力傳遞給發(fā)電機。上述這些部件都安裝在 機艙平面上，整個機艙由高大的搭架舉起，由于風向經(jīng)常變化，為了有效地利 用風能，必須要有偏航系統(tǒng)。偏航系統(tǒng)是水平軸式風力發(fā)電機組必不可少的組 成系統(tǒng)之一。偏航系統(tǒng)的主要作用有兩個其一是與風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng) 相互配合，使風力發(fā)電機組的風輪始終處于迎風狀態(tài)，充分利用風能，提高風 力發(fā)電機組的發(fā)電效率；其二是提供必要的鎖緊力矩，以保障風力發(fā)電機組的 安全運行。風力發(fā)電機組的偏航系統(tǒng)一般分為主動偏航系統(tǒng)和被動偏航系統(tǒng)。 被動偏航指的是依靠風力通過相關(guān)機構(gòu)完成機組風輪對風動作的偏航方式，常 見的有尾舵、舵輪和下風向三種；主動偏航指的是采用電力或液壓拖動來完成 對風動作的偏航方式，常見的有齒輪驅(qū)動和滑動兩種形式。對于并網(wǎng)型風力發(fā) 電機組來說，通常都采用主動偏航的齒輪驅(qū)動形式。
如圖2a、圖2b所示，采用主動偏航齒輪驅(qū)動的偏航系統(tǒng)一般包括感應(yīng)風 向的風向標(圖2a和圖2b中未標出)、偏航計數(shù)器ll、摩擦盤12、偏航馬達
(異步電機或液壓馬達)15、偏航減速器10、偏航齒盤13 (偏航齒盤的結(jié)構(gòu) 如圖3a和3b所示)和偏航制動裝置14等。其工作原理如下風向標作為感 應(yīng)元件將風向的變化用電信號傳遞到偏航馬達的控制回路的處理器里，經(jīng)過比 較后處理器給偏航馬達發(fā)出順時針或逆時針的偏航命令，為了減少偏航時的陀螺力矩，偏航馬達轉(zhuǎn)速將通過同軸聯(lián)接的減速器減速后，將偏航力矩作用在偏 航齒盤上，帶動風輪偏航對風，當對風完成后，風向標失去電信號，電機停止 工作，偏航過程結(jié)束。偏航裝置上配備偏航制動器，當偏航裝置轉(zhuǎn)動的時候， 偏航制動器處于松開狀態(tài)，當偏航裝置停止轉(zhuǎn)動時，制動裝置處于制動狀態(tài)， 將機艙固定在相應(yīng)的位置上。
現(xiàn)有的大中型風力發(fā)電機偏航系統(tǒng)的驅(qū)動裝置由于驅(qū)動偏航齒盤的主動 小齒輪的強度不能滿足要求，通常選用兩到三套偏航馬達一行星齒輪減速器分
置于偏航齒盤的兩側(cè)對稱布置，如圖2a和2b所示，這樣必然增加成本和安裝 難度，而且執(zhí)行元件增多，系統(tǒng)的可靠性也會降低?，F(xiàn)有偏航驅(qū)動裝置采用齒 輪嚙合的驅(qū)動方式。由于受齒輪齒數(shù)的限制，偏航精度不高，降低其發(fā)電效率；
同時減速箱、偏航齒盤等元件在交變載荷長時間作用下可能齒面腐蝕甚至斷 齒，增加維修成本?，F(xiàn)有的偏航驅(qū)動裝置上的偏航制動器多采用常閉式鉗盤式 制動器，采用彈簧夾緊，液壓拖動松閘來實現(xiàn)阻尼偏航和失效安全。該制動器
的缺點主要有1、制動環(huán)必須保持干凈。由于嚴酷的自然環(huán)境以及液壓油、 潤滑油等難以實現(xiàn)完全避免泄漏，將導(dǎo)致摩擦系數(shù)大幅度下降，降低了制動的 可靠性。2、制動環(huán)可能發(fā)生變形，造成不需要制動時的額外摩擦，增加了偏
航驅(qū)動的阻力。3、制動環(huán)由于摩擦會產(chǎn)生磨損和裂紋，因此需要定期檢查和 更換。4、由于液壓系統(tǒng)同時為偏航驅(qū)動裝置和偏航制動器提供動力，液壓系 統(tǒng)相對復(fù)雜，電液閥數(shù)目較多，造價高且可靠性降低。5、從液壓泵站出來的
管路較長，數(shù)目多，部分管路破裂就會導(dǎo)致整個偏航系統(tǒng)無法正常工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的風力發(fā)電機上的偏航驅(qū)動裝置存在執(zhí)行元件較多、 可靠性差、偏航精度低致使發(fā)電效率降低的問題，進而提供了一種用于風力發(fā) 電機上的無偏航齒輪的偏航驅(qū)動裝置。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是用于風力發(fā)電機上的無偏航
齒輪的偏航驅(qū)動裝置包括偏航主軸，所述偏航驅(qū)動裝置還包括閉式油罐、變頻 電機、聯(lián)軸器、雙向定量泵、補油閥總成、雙向液壓鎖、低速大扭矩液壓馬達 和手動截止閥，變頻電機通過聯(lián)軸器與雙向定量泵連接，雙向定量泵與低速大
4扭矩液壓馬達之間構(gòu)成閉式回路，補油閥總成并聯(lián)在閉式回路上并與閉式油罐 連通，雙向液壓鎖串聯(lián)在閉式回路上，手動截止閥連通低速大扭矩液壓馬達的
高低壓腔和閉式油罐；低速大扭矩液壓馬達上的馬達轉(zhuǎn)子固裝在所述偏航主軸上。
本發(fā)明的有益效果是相對于傳統(tǒng)的風力發(fā)電機偏航驅(qū)動裝置，本發(fā)明具 有可靠性好、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉和偏航速度可以無級調(diào)節(jié)等優(yōu)點。本發(fā)明的 具體優(yōu)點主要表現(xiàn)在以下幾個方面偏航驅(qū)動裝置中去除了容易損壞的減速 器、偏航齒盤和齒輪，結(jié)構(gòu)簡化，偏航精確大幅提高。去除齒輪傳動機構(gòu)使得 系統(tǒng)可靠性提高，同時降低了風力發(fā)電機偏航時產(chǎn)生的噪音。本發(fā)明(直驅(qū)式 電液伺服低速大扭矩液壓馬達)采用閉式系統(tǒng)，油液不易污染，去除了電磁換 向閥和調(diào)速閥，減少了發(fā)生故障的幾率，可靠性增加?？煽啃缘奶岣呓档土孙L 力發(fā)電機組的運行維護成本。本發(fā)明(直驅(qū)式電液伺服低速大扭矩液壓馬達) 通過調(diào)整變頻電機轉(zhuǎn)速控制偏航系統(tǒng)的速度，這樣在不同的氣候條件下可以采 用不同的偏航速度，在保證風力發(fā)電機安全的同時提高了發(fā)電效率。本發(fā)明采 用集成化設(shè)計，將電機和整個液壓油罐直接背在低速大扭矩液壓馬達上，去除 液壓泵站和長的液壓管路，占地小，安裝容易，同時也避免了因管路破裂導(dǎo)致 偏航系統(tǒng)的失靈事故。本發(fā)明中，偏航制動是依靠閉式液壓系統(tǒng)中的液壓鎖鎖 定馬達位置來實現(xiàn)的，低速大扭矩液壓馬達在偏航驅(qū)動到位后停止轉(zhuǎn)動，此時 變頻電機停止運轉(zhuǎn)，雙向液壓鎖可鎖定液壓馬達位置保持不變，起到偏航制動 的作用。這樣就避免了使用鉗盤式制動器所帶來的弊端，同時由于去掉偏航軸 承上的偏航齒盤和制動盤，使得偏航軸承的制造工藝大大簡化，降低生產(chǎn)成本 和運行維護費用。


圖1是現(xiàn)有的風力發(fā)電機結(jié)構(gòu)簡圖；圖2a是外齒驅(qū)動形式的偏航系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)簡圖，圖2b是內(nèi)齒驅(qū)動形式的偏航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖；圖3a是外齒圈形式的偏 航齒盤結(jié)構(gòu)簡圖，圖3b為內(nèi)齒圈形式的偏航齒盤結(jié)構(gòu)簡圖；圖4是本發(fā)明所 述的無偏航齒輪的偏航驅(qū)動裝置在使用時的安裝示意圖(圖中沒畫出除低速大 扭矩液壓馬達和偏航主軸以外的其它液壓元件)；圖5是本發(fā)明的液壓原理5圖6是采用冗余控制的偏航驅(qū)動裝置的液壓原理圖(為清晰起見，圖中沒有畫
出偏航阻尼器)。
具體實施例方式
具體實施方式
一如圖4 5所示，本實施方式所述的用于風力發(fā)電機上
的無偏航齒輪的偏航驅(qū)動裝置包括偏航主軸40，所述偏航驅(qū)動裝置還包括閉 式油罐20、變頻電機21、聯(lián)軸器22、雙向定量泵23、補油閥總成24、雙向 液壓鎖25、低速大扭矩液壓馬達26和手動截止閥27，變頻電機21通過聯(lián)軸 器22與雙向定量泵23連接，雙向定量泵23與低速大扭矩液壓馬達26之間構(gòu) 成閉式回路30，補油閥總成24并聯(lián)在閉式回路30上并與閉式油罐20連通， 雙向液壓鎖25串聯(lián)在閉式回路30上，手動截止閥27連通低速大扭矩液壓馬 達26的高低壓腔和閉式油罐20;低速大扭矩液壓馬達26上的馬達轉(zhuǎn)子26-1 (馬達轉(zhuǎn)子是中空的)通過漲套41固裝在所述偏航主軸40上。將低速大扭矩 液壓馬達26與由閉式油罐20、變頻電機21、聯(lián)軸器22、雙向定量泵23、補 油閥總成24、雙向液壓鎖25和手動截止閥27構(gòu)成的電液伺服液壓系統(tǒng)(液 壓油源)集成在一起稱為"直驅(qū)式電液伺服低速大扭矩液壓馬達"，即本發(fā)明 所述的偏航驅(qū)動裝置。
具體實施方式
二如圖5所示，本實施方式所述偏航驅(qū)動裝置還包括偏航 阻尼器，所述偏航阻尼器由液壓離合器34、泵32、電機33、比例溢流閥31 和油箱35構(gòu)成，液壓離合器34安裝在低速大扭矩液壓馬達26的軸上，泵32 的入口端與油箱35連通，液壓離合器34與泵32的出口端連接，泵32與電機 33連接，比例溢流閥31設(shè)置在泵32與液壓離合器34之間的油路上。為了滿 足失電安全的規(guī)范，在低速大扭矩液壓馬達軸上安裝液壓離合器作為緊急制動 裝置，當液壓系統(tǒng)失壓時，液壓離合器動作，抱緊液壓馬達軸，實現(xiàn)失電安全。 安裝在低速大扭矩液壓馬達軸上的液壓離合器采用獨立于偏航驅(qū)動裝置的液 壓回路單獨供油，其功能有二 一是在偏航時提供偏航阻尼。通過調(diào)整輸入離 合器的液壓油壓力來調(diào)整離合器對馬達軸的夾緊力，實現(xiàn)偏航阻尼的控制；二 是在偏航液壓系統(tǒng)失壓時，可以通過離合器加壓抱緊液壓馬達軸，實現(xiàn)緊急偏 航制動。通過對低速大扭矩液壓馬達軸的抱緊和松開實現(xiàn)偏航阻尼。偏航阻尼器有獨立于低速大扭矩液壓馬達26的液壓源，這樣可以保證液壓阻尼器能獨
立于低速大扭矩液壓馬達26及其上的電液伺服液壓系統(tǒng)單獨工作。風力發(fā)電 機上的控制器根據(jù)風速、風向及偏航速度計算所需阻尼力矩的大小，然后調(diào)節(jié) 比例溢流閥31的溢流壓力，實現(xiàn)對作用在偏航阻尼器上的液壓力的調(diào)整，進 而調(diào)整偏航阻尼。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三如圖5所示，本實施方式所述補油閥總成24由兩個插 裝式液控單向閥24-1構(gòu)成。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四如圖5所示，本實施方式所述雙向液壓鎖25由兩個液 控單向閥25-l組成，兩個液控單向闊25-l對稱串聯(lián)在閉式回路30上。其它 組成及連接關(guān)系與具體實施方式
三相同。
具體實施方式
五如圖6所示，本實施方式所述的偏航驅(qū)動裝置包括偏航 主軸40、低速大扭矩液壓馬達26和兩套由閉式油罐20、變頻電機21、聯(lián)軸 器22、雙向定量泵23、補油閥總成24、雙向液壓鎖25和手動截止閥27構(gòu)成 的電液伺服液壓系統(tǒng)，兩套電液伺服液壓系統(tǒng)并聯(lián)在低速大扭矩液壓馬達26 的進出口處。如此設(shè)置實現(xiàn)冗余配置。風力發(fā)電機上的控制系統(tǒng)能自動檢測偏 航驅(qū)動裝置的工況，當其中一套發(fā)生故障失壓時，控制系統(tǒng)自動切換到第二套 電液伺服液壓系統(tǒng)，使偏航驅(qū)動裝置正常工作，大大提高了偏航驅(qū)動裝置的可 靠性。
具體實施方式
六在使用時，可將至少兩套由閉式油罐20、變頻電機21、 聯(lián)軸器22、雙向定量泵23、補油閥總成24、雙向液壓鎖25、低速大扭矩液壓 馬達26和手動截止閥27構(gòu)成的偏航驅(qū)動液壓系統(tǒng)均安裝在偏航主軸40上， 實現(xiàn)了冗余配置，以提高偏航驅(qū)動的可靠性。
以上僅是本發(fā)明的具體應(yīng)用范例，對本發(fā)明的保護范圍不構(gòu)成任何限制， 凡采用等同變換或者是等效替換而形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明權(quán)利保護范 圍之內(nèi)。
工作原理
在使時，將本發(fā)明設(shè)置在機艙4內(nèi)，低速大扭矩液壓馬達26的馬達殼體 26-2 (馬達定子)固定在機艙底座4-l上，固裝有馬達轉(zhuǎn)子26-1的偏航主軸40與塔架7的上端固接，塔架7的下端與基礎(chǔ)8固接，機艙4與塔架7之間 通過偏航主軸40支撐，低速大扭矩液壓馬達26直接驅(qū)動機艙底座4-1轉(zhuǎn)動， 進而帶動風力發(fā)電機上的風輪1偏航對風，完成偏航動作。變頻電機21接收 控制系統(tǒng)的控制信號后順時針或逆時針以可變的速度旋轉(zhuǎn)，帶動雙向定量泵 23轉(zhuǎn)動，向低速大扭矩液壓馬達26輸出壓力油，推動低速大扭矩液壓馬達26 運動，從而控制偏航的方向、速度和偏航角度。補油閥總成24的作用是閉式 回路30中油液不足時從閉式油罐20中向閉式回路中補充油液。雙向液壓鎖 25的作用是當偏航系統(tǒng)達到指定偏航角時，變頻電機21停止運轉(zhuǎn)，雙向液壓 鎖25能保持液壓馬達的位置，鎖定偏航角，實現(xiàn)偏航制動，手動截止閥27主 要功能是在偏航驅(qū)動裝置檢修時，連通馬達高低壓腔和閉式油罐20，使馬達 兩腔的壓力得到釋放，才能進行偏航裝置的維修(參見圖4 5)。
權(quán)利要求
1、用于風力發(fā)電機上的無偏航齒輪的偏航驅(qū)動裝置，所述偏航驅(qū)動裝置包括偏航主軸(40)，其特征在于所述偏航驅(qū)動裝置還包括閉式油罐(20)、變頻電機(21)、聯(lián)軸器(22)、雙向定量泵(23)、補油閥總成(24)、雙向液壓鎖(25)、低速大扭矩液壓馬達(26)和手動截止閥(27)，變頻電機(21)通過聯(lián)軸器(22)與雙向定量泵(23)連接，雙向定量泵(23)與低速大扭矩液壓馬達(26)之間構(gòu)成閉式回路(30)，補油閥總成(24)并聯(lián)在閉式回路(30)上并與閉式油罐(20)連通，雙向液壓鎖(25)串聯(lián)在閉式回路(30)上，手動截止閥(27)連通低速大扭矩液壓馬達26的高低壓腔和閉式油罐(20)；低速大扭矩液壓馬達(26)上的馬達轉(zhuǎn)子(26-1)固裝在所述偏航主軸(40)上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于風力發(fā)電機上的無偏航齒輪的偏航驅(qū)動裝 置，其特征在于所述偏航驅(qū)動裝置還包括偏航阻尼器，所述偏航阻尼器由液 壓離合器(34)、泵(32)、電機(33)、比例溢流閥(31)和油箱(35)構(gòu)成， 液壓離合器(34)安裝在低速大扭矩液壓馬達(26)的軸上，泵(32)的入口 端與油箱(35)連通，液壓離合器(34)與泵(32)的出口端連接，泵(32) 與電機(33)連接，比例溢流閥(31)設(shè)置在泵(32)與液壓離合器(34)之 間的油路上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于風力發(fā)電機上的無偏航齒輪的偏航驅(qū) 動裝置，其特征在于所述補油閥總成(24)由兩個插裝式液控單向閥(24-1) 構(gòu)成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于風力發(fā)電機上的無偏航齒輪的偏航驅(qū)動裝 置，其特征在于所述雙向液壓鎖(25)由兩個液控單向閥(25-1)組成，兩 個液控單向闊(25-1)對稱串聯(lián)在閉式回路(30)上。
全文摘要
用于風力發(fā)電機上的無偏航齒輪的偏航驅(qū)動裝置，它涉及一種偏航驅(qū)動裝置。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的風力發(fā)電機上的偏航驅(qū)動裝置存在執(zhí)行元件較多、可靠性差、偏航精度低致使發(fā)電效率降低的問題。變頻電機(21)通過聯(lián)軸器(22)與雙向定量泵(23)連接，雙向定量泵(23)與低速大扭矩液壓馬達(26)之間構(gòu)成閉式回路(30)，補油閥總成(24)并聯(lián)在閉式回路(30)上并與閉式油罐(20)連通，雙向液壓鎖(25)串聯(lián)在閉式回路(30)上，手動截止閥(27)連通低速大扭矩液壓馬達26的高低壓腔和閉式油罐(20)；低速大扭矩液壓馬達(26)上的馬達轉(zhuǎn)子(26-1)固裝在所述偏航主軸(40)上。本發(fā)明具有可靠性好、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉和偏航速度可以無級調(diào)節(jié)等優(yōu)點。
文檔編號F03D7/02GK101476543SQ20091007136
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月24日
發(fā)明者萬保中, 劉慶和, 姜繼海, 亮 朱, 蘇文海, 陳建華 申請人:哈爾濱工業(yè)大學;上海匯益液壓控制系統(tǒng)工程有限公司