專利名稱：一種風力發(fā)電系統(tǒng)的液壓恒轉(zhuǎn)速輸出增速器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及一種用于增速的流體傳動系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種用于風力發(fā) 電系統(tǒng)的液壓恒轉(zhuǎn)速輸出增速器。
背景技術(shù)：
風能作為綠色能源已受到世界各國的普遍關(guān)注，風力發(fā)電未來主要的可再生的能 源。但風能密度低、隨機性強、風力機的轉(zhuǎn)速低是風電的共性問題，從而使得風電系統(tǒng)的儲 能、控制、風機增速問題變得至關(guān)重要，成為風電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。目前，在風力發(fā)電機中使用的是機械式齒輪增速箱，通常與風力機連接起來置于 塔架的頂端，機械式增速齒輪箱將風力機的機械動力增至發(fā)電機需要的轉(zhuǎn)速，其輸出端與 發(fā)電機連接，驅(qū)動發(fā)電機產(chǎn)生電能。從風力機-增速齒輪箱-發(fā)電機采用了機械連接和機 械傳動，三者形成一個整體。由于風力機必須置于塔架的頂端，風力機-增速齒輪箱-發(fā)電 機組件在裝配關(guān)系上要整體置于塔架的頂端。存在的問題是1)安裝極為不便。將重達幾噸到上百噸的風力機-增速齒輪箱-發(fā) 電機組件吊到近百米的塔架進行安裝，既笨重、費力、費時，又存在安全隱患。2)維修困難， 整個風電系統(tǒng)的主要部分全部置于高空，當出現(xiàn)問題后，維修比較困難。3)機械傳動系統(tǒng) 的能量密度或者能量體積比小，使得其傳動系統(tǒng)顯得非常笨重。4)從力學原理上講，將體 積龐大、質(zhì)量很大的風力機-增速齒輪箱-發(fā)電機組件置于直立塔架的頂端，屬于頭重腳輕 結(jié)構(gòu)，使得塔架的受力結(jié)構(gòu)惡化，為了確保整個系統(tǒng)的安全性，塔架的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)將異常龐 大。5)采用機械傳動系統(tǒng)后，風力機系統(tǒng)的變槳距驅(qū)動與控制、剎車與失速控制會更加復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服機械式增速齒輪箱傳動機構(gòu)的上述不足，在本發(fā)明中引入了液壓傳動 機構(gòu)，從接受風能的內(nèi)曲線液壓馬達到驅(qū)動發(fā)電機的高速變量液壓馬達中間的傳動機構(gòu)采 用了液壓傳動，使得整體結(jié)構(gòu)在空間布局上更加靈活，除了作為液壓動力源的內(nèi)曲線液壓 馬達和風力機系統(tǒng)置于塔架的頂端外，風電系統(tǒng)的其它部分均可置于地面，極大的簡化了 風電系統(tǒng)的傳動與控制構(gòu)架，給安裝維修帶來很大的便利；另外，采用液壓傳動方式將使得 能量的吸收、存儲以及發(fā)電機系統(tǒng)的控制變得更為簡單易行，可有效的提高風電的機電系 統(tǒng)的操控性能，提高電網(wǎng)的的運行質(zhì)量；再則塔架頂端負荷的大幅度下降，簡化了塔架的結(jié) 構(gòu)。鑒于上述情況，采用本發(fā)明所提出的風力發(fā)電系統(tǒng)的液壓恒轉(zhuǎn)速輸出增速器，將使得風 電系統(tǒng)的成本大幅度下降。本發(fā)明所提出的一種風力發(fā)電系統(tǒng)的液壓恒轉(zhuǎn)速輸出增速器，是一種適合風電系 統(tǒng)風力機增速的柔性傳動裝置。它由以下幾部分組成
風能向液壓能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由內(nèi)曲線液壓馬達，風力機葉片組成，風力機葉 片套入內(nèi)曲線液壓馬達的輸入軸鎖緊并置于塔架的頂部，其功能是吸收風力機的低速機械能，將其轉(zhuǎn)換為液壓能，工作時處于泵工況，作為液壓系統(tǒng)的動力源。能量的存儲、轉(zhuǎn)換與利用。此過程由兩個系統(tǒng)組成液壓能向機械能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和機 械能向電能轉(zhuǎn)換輸出系統(tǒng)。液壓能向機械能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)主要由動力管路，液壓蓄能站，油箱及 附件，恒轉(zhuǎn)速驅(qū)動回路單元，變量馬達動力輸入單元，高速變量液壓馬達組成，動力管路出 油管一端與制動緩沖控制閥單元進油口連接，動力管路吸油管口一端與油箱油口連接吸低 壓油，制動緩沖控制閥單元出油口與液壓蓄能站輸入端連接，液壓蓄能站輸出口連接恒轉(zhuǎn) 速輸出控制單元進油口，恒轉(zhuǎn)速輸出控制單元出油口連接變量馬達動力輸入單元一端，變 量馬達動力輸入單元另一端與高速變量液壓馬達進油口連接，恒轉(zhuǎn)速驅(qū)動回路單元一端連 接高速變量液壓馬達回油口，另一端連接油箱及附件回油口回油油箱。其功能是動力管回 路內(nèi)的高壓油通過制動緩沖控制閥單元儲存在液壓蓄能站，液壓蓄能站內(nèi)高壓油驅(qū)動高速 變量液壓馬達，將液壓能轉(zhuǎn)化為機械能。機械能向電能轉(zhuǎn)換輸出系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由高速變量液壓馬達，液壓馬達-發(fā)電 機動力傳輸單元，發(fā)電機組，轉(zhuǎn)速傳感器，電能輸出回路，電網(wǎng)組，電網(wǎng)電壓反饋回路組成， 高速變量液壓馬達輸出軸連接液壓馬達-發(fā)電機動力傳輸單元一端，液壓馬達-發(fā)電機 動力傳輸單元另一端和發(fā)電機輸入軸連接，轉(zhuǎn)速傳感器裝在發(fā)電機上測量轉(zhuǎn)速，電能輸出 回路兩端分別連接發(fā)電機輸出端和電網(wǎng)輸入端。其功能是變量馬達輸出轉(zhuǎn)矩通過液壓馬 達-發(fā)電機動力傳輸單元驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，將機械能轉(zhuǎn)換為電能，發(fā)電機輸出電經(jīng)過電能 輸出回路送入電網(wǎng)。增速與恒速控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)速傳感器，發(fā)電機轉(zhuǎn)速反饋回路，電網(wǎng)電壓 反饋回路，恒轉(zhuǎn)速輸出控制單元，變量馬達動力輸入單元組成，發(fā)電機轉(zhuǎn)速反饋回路連接傳 感器輸出信號端和恒轉(zhuǎn)速控制單元輸入端，電能輸出回路兩端分別連接電網(wǎng)和恒轉(zhuǎn)速控制 單元另外輸入端，恒轉(zhuǎn)速輸出控制單元控制變量馬達動力輸入單元。其功能是恒轉(zhuǎn)速輸出 控制單元根據(jù)發(fā)電機轉(zhuǎn)速反饋回路和電網(wǎng)電壓反饋回路反饋參數(shù)來控制變量馬達動力輸 入單元流量大小，通過液壓系統(tǒng)自身調(diào)控來保證發(fā)電機的轉(zhuǎn)速恒定。本發(fā)明的有益效果是，整體結(jié)構(gòu)在空間布局靈活，系統(tǒng)大部分均可置于地面，極大 的簡化了風電系統(tǒng)的傳動與控制構(gòu)架，給安裝維修帶來很大的便利；另外，采用液壓傳動方 式將使得能量的吸收、存儲以及發(fā)電機系統(tǒng)的控制變得更為簡單易行，可有效的提高風電 的機電系統(tǒng)的操控性能，提高電網(wǎng)的的運行質(zhì)量；再則塔架頂端負荷的大幅度下降，簡化了 塔架的結(jié)構(gòu)。


圖1為本發(fā)明專利提供的一種風力發(fā)電系統(tǒng)的液壓恒轉(zhuǎn)速輸出增速器示意圖。圖中，1、風力機葉片；2、內(nèi)曲線液壓馬達；3、動力管路；4、塔架；5、制動緩沖控制 閥單元；6、液壓蓄能站；7、油箱及附件；8、恒轉(zhuǎn)速輸出控制單元；9、恒轉(zhuǎn)速驅(qū)動回路單元； 10、變量馬達動力輸入單元；11、高速變量液壓馬達；12、發(fā)電機轉(zhuǎn)速反饋回路；13、電網(wǎng)電 壓反饋回路；14、液壓馬達-發(fā)電機動力傳輸單元；15、發(fā)電機組；16、轉(zhuǎn)速傳感器；17、電能 輸出回路；18、電網(wǎng)。
具體實施例方式如圖1所示，所述的風力發(fā)電系統(tǒng)的液壓恒轉(zhuǎn)速輸出增速器包括風力機葉片1，內(nèi) 曲線液壓馬達2，動力管路3，塔架4，制動緩沖控制閥單元5，液壓蓄能站6，油箱及附件7， 恒轉(zhuǎn)速輸出控制單元8，恒轉(zhuǎn)速驅(qū)動回路單元9，變量馬達動力輸入單元10，高速變量液壓 馬達11，發(fā)電機轉(zhuǎn)速反饋回路12，電網(wǎng)電壓反饋回路13，液壓馬達-發(fā)電機動力傳輸單元 14，發(fā)電機組15，轉(zhuǎn)速傳感器16，電能輸出回路17，電網(wǎng)18。風能向液壓能的轉(zhuǎn)換。將內(nèi)曲 線液壓馬達2置于塔架4的頂端，風力機葉片1套入內(nèi)曲線液壓馬達2的輸入軸并鎖緊，當 風力機葉片1旋轉(zhuǎn)時，內(nèi)曲線液壓馬達2處于泵工況，動力管路3將內(nèi)線液壓馬達2輸出的 高壓油送到地面的制動緩沖控制閥單元5、液壓蓄能站6，并從地面的油箱及附件7吸入低 壓油；制動緩沖控制閥單元5可通過其內(nèi)部的液壓控制單元對內(nèi)曲線液壓馬達2的加載方 式的改變，對風力機葉片1的運動狀態(tài)進行控制；由此完成了風能轉(zhuǎn)化為液壓能、并且將能 量由塔架頂端向地面?zhèn)鬏?。能量的存儲、轉(zhuǎn)換與利用。送到地面的液壓能通過液壓蓄能站6存儲，并經(jīng)過恒轉(zhuǎn) 速輸出控制單元8的控制通過變量馬達動力輸入單元10來驅(qū)動高速變量液壓馬達11 ；高 速變量液壓馬達11通過液壓馬達-發(fā)電機動力傳輸單元14與發(fā)電機組15連成一個整體， 當高速變量液壓馬達11旋轉(zhuǎn)時，便帶動發(fā)電機組15將液壓能轉(zhuǎn)換為電能，并通過電能輸出 回路送往電網(wǎng)18 ；考慮到風能的隨機性和間歇性，液壓蓄能站6將能量以液壓能的方式存 儲起來，使得驅(qū)動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制和電網(wǎng)參數(shù)控制變得簡單易行。增速與恒速控制。選用低速性能良好的內(nèi)曲線液壓馬達2來吸收風力機葉片隨機 產(chǎn)生的低速大扭矩機械能，并通過液壓蓄能站6將能量以液壓能的方式存儲，風力機葉片 運動的隨機性造成的高速變量液壓馬達11和發(fā)電機組15轉(zhuǎn)速和電網(wǎng)參數(shù)的波動得到削 弱。而高速變量液壓馬達11因發(fā)電機組15的工況要求，處于高速運轉(zhuǎn)狀態(tài)，從而使得內(nèi)曲 線液壓馬達2與高速變量液壓馬達11間形成大速比的增速作用。為了使得高速變量液壓 馬達11和發(fā)電機組15轉(zhuǎn)速和電網(wǎng)參數(shù)更加穩(wěn)定，可通過轉(zhuǎn)速傳感器16、發(fā)電機轉(zhuǎn)速反饋回 路12檢測發(fā)電機組15的轉(zhuǎn)速，通過電網(wǎng)電壓反饋回路13檢測電網(wǎng)18的參數(shù)，并將反饋信 號傳給恒轉(zhuǎn)速輸出控制單元8，經(jīng)其處理后通過恒轉(zhuǎn)速驅(qū)動回路控制高速變量液壓馬達11 的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)增速系統(tǒng)高速變量液壓馬達11的雙饋恒轉(zhuǎn)速輸出。在實現(xiàn)時，高速變量液壓 馬達11和發(fā)電機組15組可以是多組，可根據(jù)風能的多少啟動發(fā)電機組，維持電網(wǎng)的參數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種風力發(fā)電系統(tǒng)的液壓恒轉(zhuǎn)速輸出增速器，其特征在于，包括風能向液壓能轉(zhuǎn)換 系統(tǒng)、液壓能向機械能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、機械能向電能轉(zhuǎn)換輸出系統(tǒng)和增速與恒速控制系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風力發(fā)電系統(tǒng)的液壓恒轉(zhuǎn)速輸出增速器，其特征在于， 所述風能向液壓能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括塔架(4)、內(nèi)曲線液壓馬達(2)和風力機葉片(1)，所述風 力機葉片(1)的轉(zhuǎn)軸套套入內(nèi)曲線液壓馬達(2)的輸入軸并鎖緊，所述內(nèi)曲線液壓馬(2)達 置于塔架(4)的頂部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風力發(fā)電系統(tǒng)的液壓恒轉(zhuǎn)速輸出增速器，其特征在于， 所述液壓能向機械能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括動力管路(3)、制動緩沖控制閥單元(5)、液壓蓄能站 (6)、油箱及附件(7)、恒轉(zhuǎn)速驅(qū)動回路單元(9)、變量馬達動力輸入單元(10)和高速變量液 壓馬達(11);所述內(nèi)曲線液壓馬達(2)通過動力管路(3)與制動緩沖控制閥單元(5)相連， 所述動力管路(3)出油管一端與制動緩沖控制閥單元(5)進油口連接，所述動力管路(3)吸 油管口一端與油箱及附件(7)油口連接吸低壓油，所述制動緩沖控制閥單元(5)出油口與 液壓蓄能站(6 )輸入端連接，所述液壓蓄能站(6 )輸出口連接恒轉(zhuǎn)速輸出控制單元(9 )進油 口，所述恒轉(zhuǎn)速輸出控制單元(9)出油口連接變量馬達動力輸入單元(10) —端，變量馬達 動力輸入單元(10)另一端與高速變量液壓馬達(11)進油口連接，所述恒轉(zhuǎn)速驅(qū)動回路單 元(9) 一端連接高速變量液壓馬達(11)回油口，另一端連接油箱及附件(7)回油口回油油 箱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風力發(fā)電系統(tǒng)的液壓恒轉(zhuǎn)速輸出增速器，其特征在 于，所述機械能向電能轉(zhuǎn)換輸出系統(tǒng)包括液壓馬達-發(fā)電機動力傳輸單元(14)、發(fā)電機組 (15)、轉(zhuǎn)速傳感器(16)、電能輸出回路(17)、電網(wǎng)(18)和電網(wǎng)電壓反饋回路(13);所述高速 變量液壓馬達輸出軸(11)連接液壓馬達-發(fā)電機動力傳輸單元(14)一端，液壓馬達-發(fā)電 機動力傳輸單元(14)另一端和發(fā)電機組(15)輸入軸連接，轉(zhuǎn)速傳感器(16)裝在發(fā)電機組 (15)上測量轉(zhuǎn)速，電能輸出回路(17)兩端分別連接發(fā)電機組(15)輸出端和電網(wǎng)(18)輸入 端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風力發(fā)電系統(tǒng)的液壓恒轉(zhuǎn)速輸出增速器，其特征在于， 所述增速與恒速控制系統(tǒng)包括發(fā)電機轉(zhuǎn)速反饋回路(12)、電網(wǎng)電壓反饋回路(13)、恒轉(zhuǎn)速 輸出控制單元(8)和變量馬達動力輸入單元(10);所述發(fā)電機轉(zhuǎn)速反饋回路(12)連接轉(zhuǎn)速 傳感器(16)輸出信號端和恒轉(zhuǎn)速輸出控制單元(8)輸入端，所述電能輸出回路(17)兩端分 別連接電網(wǎng)(18)和恒轉(zhuǎn)速輸出控制單元(8)另一輸入端，恒轉(zhuǎn)速輸出控制單元(8)控制變 量馬達動力輸入單元(10)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于風力發(fā)電系統(tǒng)的液壓恒轉(zhuǎn)速輸出增速器，涉及一種用于增速的流體傳動系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，包括風能向液壓能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、液壓能向機械能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、機械能向電能轉(zhuǎn)換輸出系統(tǒng)和增速與恒速控制系統(tǒng)。本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)在空間布局靈活，極大的簡化了風電系統(tǒng)的傳動與控制構(gòu)架，安裝維修便利；采用液壓傳動方式將使得能量的吸收、存儲以及發(fā)電機系統(tǒng)的控制變得更為簡單易行，有效的提高風電的機電系統(tǒng)的操控性能，提高電網(wǎng)的的運行質(zhì)量。
文檔編號F03D7/04GK102141013SQ20111005753
公開日2011年8月3日 申請日期2011年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月10日
發(fā)明者姜順先, 李福柱, 王存堂, 陳飛 申請人:江蘇大學