專利名稱：一種風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，具體是一種具有失效安全保護(hù)功能的風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最常見的控制方式有定速定槳、定速變槳、變速定槳和變速變槳等四種控制方式，不同的控制方式之間的區(qū)別主要體現(xiàn)在對(duì)葉片槳距角和電機(jī)轉(zhuǎn)速控制的不同方式。其中變速變槳控制方式由于具有最優(yōu)風(fēng)能捕獲、恒功率輸出、可以減輕風(fēng)機(jī)載荷等優(yōu)點(diǎn)，獲得廣泛的應(yīng)用，成為現(xiàn)代大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主流的控制方式。其基本工作原理是使風(fēng)機(jī)在額定風(fēng)速以下，控制風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)對(duì)風(fēng)能的最大功率捕獲；在額定風(fēng)速以上，控制葉片的變槳角，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出功率的控制，達(dá)到恒功率輸出的目的；同時(shí)在某些故障情況下，保證葉片迅速順槳，實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)剎車的功能。如圖1、圖2所示，在現(xiàn)代風(fēng)機(jī)中，每個(gè)葉片4都要有相對(duì)獨(dú)立卻又協(xié)同配合的變槳系統(tǒng)，變槳系統(tǒng)包括變槳軸承5、變槳連接盤3、變槳驅(qū)動(dòng)裝置和控制裝置構(gòu)成。每個(gè)葉片4的根部通過變槳軸承5與輪轂相連，變槳軸承5直接連接每一個(gè)葉片4的變槳驅(qū)動(dòng)裝置的輸出端，或者并聯(lián)起來連接一個(gè)主變槳驅(qū)動(dòng)裝置。通過風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)發(fā)出變槳信號(hào)，使得上述裝置傳遞執(zhí)行動(dòng)作，使得葉片4的變槳角改變，完成變槳的動(dòng)作。變槳系統(tǒng)的效率和可靠性直接與風(fēng)機(jī)的性能和安全相關(guān)，是風(fēng)機(jī)的一個(gè)重要組成部件。目前，風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)根據(jù)所采用的動(dòng)力來源的不同，可以分為液壓變槳和電氣變槳兩類，兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)。但近年來，隨著電氣變槳在變槳效率、動(dòng)作響應(yīng)速度和可靠性等方面的優(yōu)勢不斷體現(xiàn)，大多數(shù)風(fēng)機(jī)采用的都是電氣變槳系統(tǒng)。液壓變槳系統(tǒng)在正常工作時(shí)，其工作動(dòng)力來自液壓泵，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示通過一個(gè)液壓變槳驅(qū)動(dòng)裝置和控制裝置驅(qū)動(dòng)，再通過特殊設(shè)計(jì)的變槳連接盤3，將所有葉片4 的上設(shè)置的變槳軸承5連接在一起，如此將協(xié)同完成每一個(gè)葉片4的變槳?jiǎng)幼?。液壓變槳?qū)動(dòng)裝置是液壓缸9及其活塞桿7，控制裝置是液壓泵，活塞桿7末端通過變槳連接盤3連接各變槳軸承5，變槳連接盤3將活塞桿7的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為變槳軸承5的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此，在液壓變槳系統(tǒng)工作時(shí)，液壓泵接收控制裝置的信號(hào)，即主控調(diào)節(jié)液壓變槳系統(tǒng)的比例電磁閥，驅(qū)動(dòng)活塞桿7在液壓缸9內(nèi)作軸向運(yùn)動(dòng)，拉動(dòng)輪轂內(nèi)的變槳連接盤3，使得變槳連接盤3帶動(dòng)變槳軸承5轉(zhuǎn)動(dòng)，從而改變?nèi)~片4的變槳角，使其作變槳運(yùn)動(dòng)。液壓變槳工作結(jié)構(gòu)簡單，元器件壽命較長，只需要油壓就能工作；但是，在實(shí)際應(yīng)用中，液壓變槳系統(tǒng)存在著漏油、動(dòng)作響應(yīng)慢、工作溫度范圍有限等問題；另外，液壓油、過濾器需定期檢測、更換，液壓油易泄漏、容易造成污染，液壓泵動(dòng)作頻繁耗能大、噪音大。電氣變槳系統(tǒng)在正常工作時(shí)，其工作動(dòng)力來自電網(wǎng)供電，其基本結(jié)構(gòu)如圖2所示 每一個(gè)葉片4通過一套變槳電機(jī)及變槳齒輪箱11驅(qū)動(dòng)，其電池柜和控制柜10都直接設(shè)置在輪轂內(nèi)部，電池柜內(nèi)設(shè)置有備用電池，變槳齒輪箱輸出端通過變槳小齒輪連接變槳軸承5 的內(nèi)齒圈，控制柜通過滑環(huán)12與主控通信。因此，在電氣變槳系統(tǒng)正常工作時(shí)，控制柜接受變槳控制信號(hào)、向變槳電機(jī)及變槳齒輪箱11發(fā)出變槳執(zhí)行信號(hào)，變槳電機(jī)工作，輸出軸通過變槳齒輪箱連接變槳小齒輪，帶動(dòng)變槳軸承5旋轉(zhuǎn)，從而改變?nèi)~片4的變槳角，使其作變槳運(yùn)動(dòng)。當(dāng)電網(wǎng)失效時(shí)，電氣變槳系統(tǒng)從備用電池中獲取動(dòng)力，使葉片4處于順槳位置，以保證風(fēng)機(jī)安全。電氣變槳系統(tǒng)的電動(dòng)變槳技術(shù)成熟，數(shù)控驅(qū)動(dòng)容易，控制簡單；但是，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，元器件壽命較短，需要經(jīng)常檢修和更換；必須依賴電網(wǎng)、電池等電氣資源；變槳軸承5 的內(nèi)齒圈容易局部磨損，將電池柜和控制柜10設(shè)置在輪轂內(nèi)，每一片葉片4對(duì)應(yīng)一套驅(qū)動(dòng)裝置，使其內(nèi)部可維護(hù)的空間很小，成本高昂。如果斷電后，備用電池柜失效，變槳系統(tǒng)失電、使其失效，無法使葉片4順槳，情況嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐娠L(fēng)機(jī)破壞。從原理和結(jié)構(gòu)上，無論液壓變槳系統(tǒng)或電氣變槳系統(tǒng)都能完成風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行和故障時(shí)所需的葉片變槳?jiǎng)幼饕?，但其可靠性還存在一些問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種安全可靠的風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是
一種風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)，是集中變槳系統(tǒng)，包括變槳驅(qū)動(dòng)裝置、同步傳動(dòng)裝置和變槳軸承， 所述變槳軸承設(shè)置在風(fēng)機(jī)的輪轂表面、其外圈上對(duì)應(yīng)安裝葉片，同步傳動(dòng)裝置一端連接變槳驅(qū)動(dòng)裝置的輸出軸，另一端設(shè)置有若干根同步回轉(zhuǎn)軸、對(duì)應(yīng)變槳軸承的內(nèi)圈設(shè)置；所述變槳驅(qū)動(dòng)裝置的輸出軸與風(fēng)機(jī)齒輪箱的輸出軸上設(shè)置有一個(gè)常開的離合器，當(dāng)變槳驅(qū)動(dòng)裝置失效時(shí)，該離合器閉合。所述同步傳動(dòng)裝置是齒輪傳動(dòng)裝置，包括相互嚙合的主動(dòng)齒輪和若干個(gè)從動(dòng)齒輪，主動(dòng)齒輪與變槳驅(qū)動(dòng)裝置的輸出軸同步旋轉(zhuǎn)，從動(dòng)齒輪與變槳軸承同步旋轉(zhuǎn)。所述變槳驅(qū)動(dòng)裝置的輸出軸末端連接一個(gè)主動(dòng)錐齒輪，且該輸出軸垂直于該主動(dòng)軸齒輪的端面固定連接，主動(dòng)錐齒輪上嚙合有若干個(gè)從動(dòng)錐齒輪，且這些從動(dòng)錐齒輪的端面對(duì)應(yīng)變槳軸承的端面固定連接。所述同步傳動(dòng)裝置包括絲桿、變槳驅(qū)動(dòng)桿和變槳連接盤，絲桿連接變槳驅(qū)動(dòng)裝置的輸出軸和變槳驅(qū)動(dòng)桿，變槳驅(qū)動(dòng)桿末端垂直于該變槳連接盤設(shè)置，該變槳連接盤鉸接變槳軸承。所述變槳驅(qū)動(dòng)裝置是變槳電機(jī)。所述離合器上設(shè)置有對(duì)應(yīng)葉片變槳角的限位開關(guān)。本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果是
本發(fā)明針對(duì)液壓變槳系統(tǒng)和電氣變槳系統(tǒng)在風(fēng)機(jī)故障時(shí)，存在無法使葉片可靠順槳的問題，提出了一種風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)。該風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)，對(duì)于大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具有良好的適用性，可以應(yīng)用于多種功率等級(jí)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，在滿足正常變槳要求的情況下，可以有效地提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在失效情況下的安全性。它不但可以完成風(fēng)機(jī)正常工作狀態(tài)下的葉片變槳?jiǎng)幼?，還能在風(fēng)機(jī)故障時(shí)，可靠地使葉片回到順槳位置，保證風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行。本發(fā)明的兩種具體結(jié)構(gòu)形式，相較于液壓變槳系統(tǒng)和電氣變槳系統(tǒng)具有以下的優(yōu)勢
1.變槳系統(tǒng)在風(fēng)機(jī)故障時(shí)的后備動(dòng)力直接來源于風(fēng)機(jī)傳動(dòng)鏈本身，形成了動(dòng)力回路， 無需額外的后備動(dòng)力，提高了變槳系統(tǒng)在風(fēng)機(jī)故障情況下的可靠性；
2.屬于機(jī)電傳動(dòng)，效率高，不存在液壓漏油問題；3.適用于具有集中變槳控制系統(tǒng)的變速變槳風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)風(fēng)機(jī)的液壓變槳系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是現(xiàn)有技術(shù)風(fēng)機(jī)的電氣變槳系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明的變槳系統(tǒng)的第一種結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明的變槳系統(tǒng)的第二種結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號(hào)表示1-聯(lián)軸器、2-齒輪箱輸出軸、3-變槳連接盤、4-葉片、5-變槳軸承、6-主軸、7-活塞桿、8-齒輪箱、9-液壓缸、10-電池柜和電控柜、11-變槳電機(jī)和齒輪箱、 12-滑環(huán)、13-錐齒輪、14-變槳驅(qū)動(dòng)軸、15-離合器、16-變槳電機(jī)、17-變槳驅(qū)動(dòng)桿、18-絲桿。
具體實(shí)施例方式如圖3、圖4所示，本發(fā)明是一種風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)，是集中變槳系統(tǒng)，包括變槳驅(qū)動(dòng)裝置、同步傳動(dòng)裝置和變槳軸承5。本具體實(shí)施方式
中，變槳驅(qū)動(dòng)裝是變槳電機(jī)16，變槳軸承 5設(shè)置在風(fēng)機(jī)的輪轂表面、其外圈上對(duì)應(yīng)安裝葉片4，同步傳動(dòng)裝置一端連接變槳電機(jī)16的輸出軸，另一端設(shè)置有若干根同步回轉(zhuǎn)軸、對(duì)應(yīng)變槳軸承5的內(nèi)圈設(shè)置。該變槳電機(jī)16的輸出軸與齒輪箱輸出軸2上設(shè)置有一個(gè)常開的離合器15，當(dāng)變槳電機(jī)16失效時(shí)，該離合器 15閉合。同步傳動(dòng)裝置具有兩種具體的結(jié)構(gòu)性形式
如圖3所示，第一種結(jié)構(gòu)形式的同步傳動(dòng)裝置是齒輪傳動(dòng)裝置，包括相互嚙合的主動(dòng)齒輪和若干個(gè)從動(dòng)齒輪，主動(dòng)齒輪與變槳驅(qū)動(dòng)裝置的輸出軸同步旋轉(zhuǎn)，從動(dòng)齒輪與變槳軸承5同步旋轉(zhuǎn)。本具體實(shí)施方式
中變槳電機(jī)16的輸出軸通過聯(lián)軸器1連接一根變槳驅(qū)動(dòng)軸14，該變槳驅(qū)動(dòng)軸14貫穿齒輪箱8的兩端。變槳驅(qū)動(dòng)軸14的末端連接有與其同步轉(zhuǎn)動(dòng)的錐齒輪13，該錐齒輪13垂直于變槳驅(qū)動(dòng)軸14設(shè)置、套接在變槳驅(qū)動(dòng)軸14周面上。這個(gè)主動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的錐齒輪13上嚙合有若干個(gè)從動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的錐齒輪13，且這些從動(dòng)錐齒輪13的端面對(duì)應(yīng)變槳軸承5的端面固定連接，使得兩者同步旋轉(zhuǎn)。值得注意的是在變槳驅(qū)動(dòng)軸14與齒輪箱輸出軸2之間設(shè)置有一個(gè)常開的離合器 15，當(dāng)變槳電機(jī)16失效時(shí)，該離合器15閉合、由齒輪箱輸出軸2驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)。而且， 離合器15上設(shè)置有對(duì)應(yīng)葉片4變槳角的限位開關(guān)。這種具體結(jié)構(gòu)的風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)的工作方式為
當(dāng)風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，離合器15斷開，風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)由變槳電機(jī)16帶動(dòng)變槳驅(qū)動(dòng)軸14， 驅(qū)動(dòng)齒輪傳動(dòng)裝置旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)變槳軸承5轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)葉片4的變槳。當(dāng)風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，如電網(wǎng)掉電，或變槳電機(jī)16出現(xiàn)故障等情況，葉片4不能順利順槳時(shí)，離合器15閉合，使得齒輪箱輸出軸2的動(dòng)力分流到變槳驅(qū)動(dòng)軸14，從而依次帶動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)和變槳軸承5，實(shí)現(xiàn)順槳的動(dòng)作。為了避免順槳?jiǎng)幼鞒^允許的變槳角，在離合器 15中，設(shè)計(jì)有對(duì)應(yīng)的限位開關(guān)，當(dāng)達(dá)到順槳位置后，離合器15可以自動(dòng)斷開，切斷齒輪箱輸出軸2到變槳驅(qū)動(dòng)軸14的動(dòng)力。該變槳系統(tǒng)的關(guān)鍵在于離合器15，它為風(fēng)機(jī)故障提供了一種失效保護(hù)機(jī)制，即只要風(fēng)輪還在旋轉(zhuǎn)，就能保證風(fēng)機(jī)能可靠順槳；而當(dāng)風(fēng)輪停止旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以將風(fēng)機(jī)視為處于安全狀態(tài)。此外，失效保護(hù)離合器15的動(dòng)作與高速軸的機(jī)械剎車動(dòng)作無相互沖突，可以一起工作。如圖4所示，第二種結(jié)構(gòu)形式的同步傳動(dòng)裝置包括絲桿18、變槳驅(qū)動(dòng)桿17和變槳連接盤3。絲桿18連接變槳電機(jī)16的輸出軸和變槳驅(qū)動(dòng)桿17，將變槳電機(jī)16的輸出軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為變槳驅(qū)動(dòng)桿17的軸向直線運(yùn)動(dòng)。變槳驅(qū)動(dòng)桿17末端垂直于該變槳連接盤 3設(shè)置，該變槳連接盤3鉸接變槳軸承5。本具體實(shí)施方式
中，同步傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)與液壓變槳系統(tǒng)十分類似，其中從運(yùn)動(dòng)狀態(tài)上來說，變槳驅(qū)動(dòng)桿17相當(dāng)于活塞桿7，只不過變槳驅(qū)動(dòng)桿17是通過絲桿18連接變槳電機(jī)16驅(qū)動(dòng)、活塞桿7是有液壓泵驅(qū)動(dòng)；輪轂內(nèi)的變槳連接盤3的結(jié)構(gòu)與連接方式更是與液壓變槳系統(tǒng)一模一樣，這里就不再繁述。值得注意的是在變槳驅(qū)動(dòng)桿17與齒輪箱輸出軸2之間設(shè)置有一個(gè)常開的離合器 15，當(dāng)變槳電機(jī)16失效時(shí)，該離合器15閉合、由齒輪箱輸出軸2驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)。而且， 離合器15上設(shè)置有對(duì)應(yīng)葉片4變槳角的限位開關(guān)。這種具體結(jié)構(gòu)的風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)的工作方式為
在正常工作狀態(tài)，變槳電機(jī)16帶動(dòng)絲桿18轉(zhuǎn)動(dòng)，拉動(dòng)變槳驅(qū)動(dòng)桿17前后運(yùn)動(dòng)，使葉片 4進(jìn)行變槳?jiǎng)幼?，此時(shí)絲桿18與齒輪箱輸出軸2脫開，齒輪箱8輸出動(dòng)力不帶動(dòng)變槳驅(qū)動(dòng)桿 17的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)出現(xiàn)電網(wǎng)掉電，或變槳電機(jī)16出現(xiàn)故障等情況，齒輪箱輸出軸2帶動(dòng)絲桿18轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)變槳驅(qū)動(dòng)桿17前后運(yùn)動(dòng)，保證葉片4的順槳?jiǎng)幼?，此時(shí)變槳電機(jī)16無動(dòng)力輸出，處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)。該變槳系統(tǒng)同樣提供了一種失效保護(hù)機(jī)制，且由于不采用錐齒輪傳動(dòng)副，使整個(gè)變槳系統(tǒng)結(jié)構(gòu)得到簡化，提高了可靠性。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)，是集中變槳系統(tǒng)，包括變槳驅(qū)動(dòng)裝置、同步傳動(dòng)裝置和變槳軸承，所述變槳軸承設(shè)置在風(fēng)機(jī)的輪轂表面、其外圈上對(duì)應(yīng)安裝葉片，同步傳動(dòng)裝置一端連接變槳驅(qū)動(dòng)裝置的輸出軸，另一端設(shè)置有若干根同步回轉(zhuǎn)軸、對(duì)應(yīng)變槳軸承的內(nèi)圈設(shè)置；其特征在于所述變槳驅(qū)動(dòng)裝置的輸出軸與風(fēng)機(jī)齒輪箱的輸出軸上設(shè)置有一個(gè)常開的離合器， 當(dāng)變槳驅(qū)動(dòng)裝置失效時(shí)，該離合器閉合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)，其特征在于所述同步傳動(dòng)裝置是齒輪傳動(dòng)裝置，包括相互嚙合的主動(dòng)齒輪和若干個(gè)從動(dòng)齒輪，主動(dòng)齒輪與變槳驅(qū)動(dòng)裝置的輸出軸同步旋轉(zhuǎn)，從動(dòng)齒輪與變槳軸承同步旋轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)，其特征在于所述變槳驅(qū)動(dòng)裝置的輸出軸末端連接一個(gè)主動(dòng)錐齒輪，且該輸出軸垂直于該主動(dòng)軸齒輪的端面固定連接，主動(dòng)錐齒輪上嚙合有若干個(gè)從動(dòng)錐齒輪，且這些從動(dòng)錐齒輪的端面對(duì)應(yīng)變槳軸承的端面固定連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)，其特征在于所述同步傳動(dòng)裝置包括絲桿、變槳驅(qū)動(dòng)桿和變槳連接盤，絲桿連接變槳驅(qū)動(dòng)裝置的輸出軸和變槳驅(qū)動(dòng)桿，變槳驅(qū)動(dòng)桿末端垂直于該變槳連接盤設(shè)置，該變槳連接盤鉸接變槳軸承。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)，其特征在于所述變槳驅(qū)動(dòng)裝置是變槳電機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)，其特征在于所述離合器上設(shè)置有對(duì)應(yīng)葉片變槳角的限位開關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)，是集中變槳系統(tǒng)，包括變槳驅(qū)動(dòng)裝置、同步傳動(dòng)裝置和變槳軸承，所述變槳軸承設(shè)置在風(fēng)機(jī)的輪轂表面、其外圈上對(duì)應(yīng)安裝葉片，同步傳動(dòng)裝置一端連接變槳驅(qū)動(dòng)裝置的輸出軸，另一端設(shè)置有若干根同步回轉(zhuǎn)軸、對(duì)應(yīng)變槳軸承的內(nèi)圈設(shè)置；所述變槳驅(qū)動(dòng)裝置的輸出軸與風(fēng)機(jī)齒輪箱的輸出軸上設(shè)置有一個(gè)常開的離合器，當(dāng)變槳驅(qū)動(dòng)裝置失效時(shí)，該離合器閉合。該風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)，對(duì)于大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具有良好的適用性，它不但可以完成風(fēng)機(jī)正常工作狀態(tài)下的葉片變槳?jiǎng)幼鳎€能在風(fēng)機(jī)故障時(shí)，可靠地使葉片回到順槳位置，保證風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行。
文檔編號(hào)F03D7/04GK102322394SQ20111029321
公開日2012年1月18日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者劉樺, 王為民, 王建錄, 莫爾兵 申請人:東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司