專利名稱：制動(dòng)裝置及采用該裝置的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制動(dòng)裝置，同時(shí)也涉及采用該制動(dòng) 裝置的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
風(fēng)能是水能之外最具規(guī)模應(yīng)用前景的可再生能源，受到世界各國的高度重視。中 國已成為世界上最活躍的風(fēng)電市場。2009年全國新增風(fēng)電裝機(jī)容量超過800萬千瓦，累計(jì) 總?cè)萘恳堰_(dá)2000萬千瓦以上。因此，我國風(fēng)力發(fā)電設(shè)備制造業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域的市場前景十分廣闊。風(fēng)力發(fā)電機(jī)按旋轉(zhuǎn)軸的方向來分，可分為水平軸和垂直軸兩種。目前被廣泛應(yīng)用 的是水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，但其存在設(shè)計(jì)制造復(fù)雜，造價(jià)居高不下等缺陷。相比之下，經(jīng)過改 進(jìn)設(shè)計(jì)的垂直軸H型風(fēng)力發(fā)電機(jī)以啟動(dòng)風(fēng)速低、風(fēng)能利用率高和無噪聲等眾多優(yōu)點(diǎn)，具備 更加廣闊的市場應(yīng)用前景。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)使用過程中，為了避免風(fēng)力突然增大而給機(jī)組運(yùn)行造成損害，需要 采用一定的制動(dòng)措施。在現(xiàn)有的大型水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)中，通常使用碟型或抱間剎車，而垂 直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)由于固有的低轉(zhuǎn)速、大扭矩特性，加之無法在強(qiáng)風(fēng)時(shí)進(jìn)行偏航以減小迎風(fēng) 面積，因此常規(guī)的制動(dòng)裝置無法應(yīng)用在相同功率的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)上。為了解決垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制動(dòng)難題，人們提出了電磁制動(dòng)加機(jī)械制動(dòng)的解決 方案。例如在申請(qǐng)?zhí)枮?00910003965. 5的中國發(fā)明專利申請(qǐng)中，公開了一種用于垂直軸風(fēng) 力發(fā)電機(jī)的制動(dòng)系統(tǒng)及其制動(dòng)方法。包括與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸或風(fēng)輪垂直軸連接的剎車裝 置，以剎車電磁閥控制的剎車制動(dòng)臂或剎車制動(dòng)間，摩擦片。剎車裝置是剎車箍或剎車碟或 剎車盤，還包括安全銷和控制該安全銷的安全銷電磁閥。當(dāng)風(fēng)速超過最大發(fā)電風(fēng)速需要?jiǎng)x 車時(shí)，啟動(dòng)剎車電磁閥，控制剎車制動(dòng)臂或剎車制動(dòng)碟，通過摩擦片作用，使風(fēng)機(jī)剎車。當(dāng)風(fēng) 速低于剎車風(fēng)速不需剎車時(shí)，剎車電磁閥關(guān)閉，控制剎車制動(dòng)臂或剎車制動(dòng)碟，保持初始狀 態(tài)。該技術(shù)方案可以在不改變垂直風(fēng)機(jī)抗風(fēng)能力的前提下，有效降低垂直軸風(fēng)機(jī)在強(qiáng)風(fēng)速 時(shí)的振動(dòng)，提高垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的安全性和可靠性。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于提供一種用于垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制動(dòng)裝置。為實(shí)現(xiàn)上述的目的，本實(shí)用新型采用下述的技術(shù)方案一種用于垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制動(dòng)裝置，其特征在于所述制動(dòng)裝置包括至少一個(gè)電磁制動(dòng)器和至少一個(gè)氣動(dòng)制動(dòng)器，所述電磁制動(dòng)器 和所述氣動(dòng)制動(dòng)器安裝在制動(dòng)器支架之上，并沿發(fā)電機(jī)制動(dòng)盤的圓周均勻設(shè)置；所述電磁制動(dòng)器和所述氣動(dòng)制動(dòng)器分別與垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制器進(jìn)行連接。其中，[0012]在供電條件正常的情況下，所述電磁制動(dòng)器和所述氣動(dòng)制動(dòng)器按照電磁制動(dòng)-氣 動(dòng)制動(dòng)-電磁制動(dòng)-氣動(dòng)制動(dòng)的循環(huán)過程交替啟動(dòng)。在供電條件不正常的情況下，僅由氣動(dòng)制動(dòng)器進(jìn)行動(dòng)作。一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其采用如上所述的制動(dòng)裝置。本實(shí)用新型通過對(duì)多種制動(dòng)手段的組合使用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的有效控 制，避免了高風(fēng)速情況下的緊急停機(jī)，不僅提高了垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的安全性，而且也避免 了對(duì)電網(wǎng)造成過大的沖擊。以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。


圖1為采用本實(shí)用新型所提供的制動(dòng)裝置的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的剖視圖；圖2為沿發(fā)電機(jī)制動(dòng)盤的圓周設(shè)置的多個(gè)電磁制動(dòng)器和氣動(dòng)制動(dòng)器的分布示意 圖；圖3為電磁制動(dòng)器和氣動(dòng)制動(dòng)器實(shí)現(xiàn)交替制動(dòng)的操作流程圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)在風(fēng)速超過預(yù)定的安全范圍后，需要通過偏航等方式降低風(fēng)輪 的轉(zhuǎn)速，特別是在風(fēng)速達(dá)到臺(tái)風(fēng)般的速度時(shí)，往往由安裝在傳動(dòng)軸上的緊急制動(dòng)閘等進(jìn)行 強(qiáng)制停機(jī)以實(shí)現(xiàn)自我保護(hù)。這種在緊急情況下的突然停機(jī)會(huì)對(duì)電網(wǎng)的完全穩(wěn)定運(yùn)行造成很 大的影響，同時(shí)也是對(duì)風(fēng)能資源的一種浪費(fèi)。為此，本實(shí)用新型所提供的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī) 制動(dòng)方法摒棄了在緊急情況下突然停機(jī)的傳統(tǒng)制動(dòng)思路，通過多種制動(dòng)手段的組合使用， 實(shí)現(xiàn)了風(fēng)力發(fā)電機(jī)在較高風(fēng)速情況下的限速運(yùn)行，從而既保證了風(fēng)力發(fā)電機(jī)自身的安全， 也避免了對(duì)電網(wǎng)造成過大的沖擊。在本實(shí)用新型中，所使用的多種制動(dòng)手段包括電磁制動(dòng)、氣動(dòng)制動(dòng)和必要時(shí)的電 阻制動(dòng)。其中，電磁制動(dòng)適合在風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常發(fā)電狀態(tài)下進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制，而氣動(dòng)制動(dòng)既 適合在正常發(fā)電狀態(tài)下進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制，也適合在無電條件下進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制。電阻制動(dòng)是在 電磁制動(dòng)和氣動(dòng)制動(dòng)的效果都不明顯的情況下，通過改變電樞回路的電阻實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速的控 制。三種制動(dòng)手段相互配合，共同確保垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)在較高風(fēng)速情況下安全穩(wěn)定地運(yùn) 行。如
圖1所示，在垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)之中，盤式無鐵芯永磁發(fā)電機(jī)封裝在端蓋1和中 心軸3圍合而成的封閉空間內(nèi)，底部安裝有制動(dòng)盤2。在制動(dòng)盤2的下方分別安裝有電磁制 動(dòng)器4和氣動(dòng)制動(dòng)器5。這兩個(gè)制動(dòng)器都安裝在制動(dòng)器支架6之上。其中，電磁制動(dòng)器與電 網(wǎng)供電線路連接而動(dòng)作，因此必須在有電的條件下運(yùn)行。氣動(dòng)制動(dòng)器連接一個(gè)氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī) 構(gòu)，該氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接一個(gè)壓縮氣囊。該氣動(dòng)制動(dòng)器可以在無電的條件下運(yùn)行。上述的 電磁制動(dòng)器和氣動(dòng)制動(dòng)器都分別與垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的PLC控制器進(jìn)行連接，從中獲得有 關(guān)的控制信息。在本實(shí)用新型的一個(gè)具體實(shí)施例中，電磁制動(dòng)器為DCSZ型。它利用電動(dòng)圓 盤磁感應(yīng)來電產(chǎn)生吸力，從而起到制動(dòng)的作用。氣動(dòng)制動(dòng)器為QDCSZ型。它由壓縮氣囊供 氣，由氣動(dòng)閥自動(dòng)向剎車鉗送氣，產(chǎn)生制動(dòng)合力，達(dá)到制動(dòng)的目的。上述的電磁制動(dòng)器4和氣動(dòng)制動(dòng)器5可以是多個(gè)，它們沿發(fā)電機(jī)制動(dòng)盤的圓周均勻設(shè)置。如圖2所示，其中的電磁制動(dòng)器4和氣動(dòng)制動(dòng)器5各有4個(gè)。在實(shí)踐中，制動(dòng)器的 數(shù)量可以根據(jù)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的大小、制動(dòng)器的類型等因素靈活調(diào)整，在此就不贅述了。在垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行過程中，可以采用機(jī)械、光學(xué)或者頻閃的方法測量風(fēng) 力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。一旦轉(zhuǎn)速開始超過預(yù)定的范圍，則將超轉(zhuǎn)速信號(hào)輸送給PLC控制器，由 PLC控制器再給制動(dòng)器發(fā)出指令，讓電磁制動(dòng)器4和氣動(dòng)制動(dòng)器5開始工作。電磁制動(dòng)器4 和氣動(dòng)制動(dòng)器5根據(jù)旋轉(zhuǎn)力矩的大小，交替制動(dòng)。下面分別進(jìn)行詳細(xì)的說明。如圖2所示，在垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)開始啟動(dòng)之后，PLC控制器監(jiān)控該風(fēng)力發(fā)電機(jī)的 風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)速度。當(dāng)達(dá)到需要進(jìn)行制動(dòng)的轉(zhuǎn)速范圍后，啟動(dòng)電磁制動(dòng)器的一個(gè)剎車鉗(也稱 接觸器)，開始制動(dòng)工作。在此情況下，每次延時(shí)預(yù)定的時(shí)間(例如5分鐘)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī) 的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速超過安全值(例如25rpm)的情況下，再啟動(dòng)電磁制 動(dòng)器的另一個(gè)剎車鉗(也可以是單獨(dú)的另一個(gè)電磁制動(dòng)器)進(jìn)行制動(dòng)。由此類推，一共可 以啟動(dòng)電磁制動(dòng)器上的四個(gè)剎車鉗進(jìn)行制動(dòng)。如果電磁制動(dòng)器的制動(dòng)效果不明顯，風(fēng)力發(fā) 電機(jī)的轉(zhuǎn)速仍然超過25rpm，可以啟動(dòng)氣動(dòng)制動(dòng)器的一個(gè)剎車鉗，如果還不奏效的話，接著 啟動(dòng)氣動(dòng)制動(dòng)器的另一個(gè)剎車鉗(也可以是單獨(dú)的另一個(gè)氣動(dòng)制動(dòng)器)進(jìn)行制動(dòng)。由此類 推，一共可以啟動(dòng)氣動(dòng)制動(dòng)器上的四個(gè)剎車鉗進(jìn)行制動(dòng)。在供電條件正常的情況下，上述的 電磁制動(dòng)器和氣動(dòng)制動(dòng)器可以交替使用，即電磁制動(dòng)-氣動(dòng)制動(dòng)-電磁制動(dòng)-氣動(dòng)制動(dòng)，由 此循環(huán)(該循環(huán)過程被稱為正常循環(huán))。在供電條件不正常的情況下，可以僅僅是氣動(dòng)制 動(dòng)器進(jìn)行動(dòng)作，由此形成的循環(huán)過程被稱為主循環(huán)。在正常循環(huán)過程中，如果制動(dòng)效果不明 顯，風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速仍然超過25rpm，則可以啟動(dòng)電阻制動(dòng)手段。剎車電阻的接觸器開始分級(jí)啟 動(dòng)，逐漸使電樞回路的電阻趨近于短路狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)輪制動(dòng)的效果。關(guān)于電阻制動(dòng)的 進(jìn)一步介紹，可以參考公告號(hào)為CN87208277的中國實(shí)用新型專利“風(fēng)力發(fā)電機(jī)制動(dòng)裝置” 中的相關(guān)內(nèi)容，在此就不詳細(xì)贅述了。通過上述的交替制動(dòng)步驟，可以控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速在25rpm的安全值以下， 始終處于正常的工作循環(huán)過程中。以上對(duì)本實(shí)用新型所提供的用于垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制動(dòng)裝置進(jìn)行了詳細(xì)的說 明。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不背離本實(shí)用新型實(shí)質(zhì)精神的前提下對(duì)它所做的任何顯 而易見的改動(dòng)，都將構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型專利權(quán)的侵犯，將承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。
權(quán)利要求1.一種用于垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制動(dòng)裝置，其特征在于所述制動(dòng)裝置包括至少一個(gè)電磁制動(dòng)器和至少一個(gè)氣動(dòng)制動(dòng)器，所述電磁制動(dòng)器和所 述氣動(dòng)制動(dòng)器安裝在制動(dòng)器支架之上，并沿發(fā)電機(jī)制動(dòng)盤的圓周均勻設(shè)置；所述電磁制動(dòng)器和所述氣動(dòng)制動(dòng)器分別與垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制器進(jìn)行連接。
2.如權(quán)利要求1所述的用于垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制動(dòng)裝置，其特征在于在供電條件正常的情況下，所述電磁制動(dòng)器和所述氣動(dòng)制動(dòng)器按照電磁制動(dòng)-氣動(dòng)制 動(dòng)-電磁制動(dòng)-氣動(dòng)制動(dòng)的循環(huán)過程交替啟動(dòng)。
3.如權(quán)利要求1所述的用于垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制動(dòng)裝置，其特征在于 在供電條件不正常的情況下，僅由氣動(dòng)制動(dòng)器進(jìn)行動(dòng)作。
4.一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用如權(quán)利要求1所述的制動(dòng)裝置。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制動(dòng)裝置及采用該裝置的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。該制動(dòng)裝置包括至少一個(gè)電磁制動(dòng)器和至少一個(gè)氣動(dòng)制動(dòng)器，電磁制動(dòng)器和氣動(dòng)制動(dòng)器安裝在制動(dòng)器支架之上，并沿發(fā)電機(jī)制動(dòng)盤的圓周均勻設(shè)置；電磁制動(dòng)器和氣動(dòng)制動(dòng)器分別與垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制器進(jìn)行連接。本實(shí)用新型通過對(duì)多種制動(dòng)手段的組合使用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的有效控制，避免了高風(fēng)速情況下的緊急停機(jī)，不僅提高了垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的安全性，而且也避免了對(duì)電網(wǎng)造成過大的沖擊。
文檔編號(hào)F03D7/06GK201827024SQ20102916604
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月8日
發(fā)明者王建輝, 盛明凡, 蔣大龍 申請(qǐng)人:國能風(fēng)力發(fā)電有限公司