專利名稱：回轉型液壓比例伺服驅動馬達變槳距系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及風力發電的技術，特別是涉及一種用于控制風輪的回轉型液壓比例伺 服驅動馬達變槳距系統的技術。
背景技術：
風能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視，風力發電設備的 應用也日益廣泛。風力發電設備都包括風輪和發電機組，其中風輪由槳葉和風輪軸組成，風 能經槳葉、風輪軸帶動發電機組發電，由于風輪的轉速會隨著風速的變化而變化，因此風力 發電設備中都設有調速系統以控制風輪對風能的吸收。目前的風輪調速都采用變槳距控制系統，這種控制系統通過控制槳葉的槳距角控 制風輪對風能的吸收，具有輸出功率平穩、轉矩振蕩及機艙振蕩小的特點，而且能有效降低 噪音，改善槳葉和整機的受力狀況，因而能保證發電機組的安全可靠運行，延長設備整體的 使用壽命；例如，遇到臺風等強風力時，將槳葉控制在和風向相平行的位置上，此時槳葉變 距起到氣動剎車的作用，使槳葉不再轉動，從而使發電機組停止運行；風力較小時，控制槳 葉增加受力面積，以盡可能多的吸收風能。現有的變槳距控制系統有電動變槳距系統和直線型液壓缸(雙油缸)變槳距系統 兩種，其中電動變槳距系統中的變槳執行單元由電動機、變槳齒輪箱和蓄電池組成，這種執 行單元的成本較高，而且發電機組不能隨時啟動發電(即緊急停機后的快速啟動)，需要等 蓄電池充電后才能啟動，系統的響應速度也較慢，具有風輪超速的隱患，使得發電機組具有 潛在的超載風險。直線型液壓缸(雙油缸)變槳距系統的變槳執行單元是直線型液壓缸(雙油缸) 及其控制回路，這種執行單元具有傳動力矩大、剛度大、定位精確、動態響應速度快等優點； 但是由于其控制回路中部件較多，控制回路很復雜，體積也很大，因此故障率較高，維護極 為不便。
發明內容
針對上述現有技術中存在的缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種成本 低、響應速度快，而且故障率低、維護方便，能隨時啟動發電的回轉型液壓比例伺服驅動馬 達變槳距系統。為了解決上述技術問題，本發明所提供的一種回轉型液壓比例伺服驅動馬達變槳 距系統，包括具有槳葉的風輪、發電機組、變槳控制器、變槳執行單元和檢測單元，所述變槳 控制器控制變槳執行單元運行，所述變槳執行單元用于控制風輪的槳距角變化，所述風輪 連接發電機組，用于帶動發電機組發電，所述檢測單元用于檢測風輪的槳距角及發電機組 的功率，并將反饋信號傳遞至變槳控制器，其特征在于所述變槳執行單元是回轉型液壓缸 及其控制回路；
所述回轉型液壓缸包括缸體、缸體兩端的端蓋、缸體內的兩個定子和一個轉子，所 述兩個定子分別軸對稱固定于缸體內壁，所述轉子與缸體同軸并可轉動，其軸心設有用于 將動力輸至缸體外部的轉軸，兩端與缸體的端蓋相貼合，兩個定子及缸體的部分內壁分別 與轉子的部分周面相貼合，所述定子和轉子在缸體內組合成X形，并將缸體分隔為四個相 互獨立的油腔，其中兩個對角的油腔為進油腔，另兩個為出油腔，所述缸體上設有連通進油 腔的進油口和連通出油腔的出油口 ；所述風輪的槳葉連接轉子的轉軸，其槳距角的變化量 與轉子轉動角度的變化量成正比；
所述回轉型液壓缸的控制回路包括電動機、液壓泵、蓄能器、進油換向閥、電液比 例換向閥、出油換向閥和油箱；所述進油換向閥和出油換向閥均具有斷電負載口、通電負載 口和公口，所述電液比例換向閥具有進油口、出油口及兩個負載口，且兩個負載口分別連通 其進油口和出油口并能交叉換向；所述進油換向閥的斷電負載口經一單向閥接至回轉型液 壓缸的進油腔，其通電負載口連接電液比例換向閥的進油口，所述出油換向閥的斷電負載 口連接回轉型液壓缸的出油腔，其通電負載口連接電液比例換向閥的出油口，所述電液比 例換向閥的兩個負載口各經一平衡閥分別連接到回轉型液壓缸的進油腔和出油腔；所述出 油換向閥的公口經一單向閥接至油箱，其中連接油箱的單向閥用于阻止油箱中的液壓油流 向出油換向閥；所述平衡閥用于穩定液壓泵的運轉速度；所述進油換向閥的斷電負載口與回轉型 液壓缸的進油腔之間的單向閥用于將風輪的槳葉鎖定在安全的槳距角；所述電動機連接液壓泵，用于驅動液壓泵運轉，所述液壓泵的進油口經一高壓濾 油器連接油箱，其出油口經一單向閥、一高壓濾油器、一單向閥連接蓄能器和進油換向閥的 公口，其中連接蓄能器的單向閥用于阻止蓄能器中的液壓油向高壓濾油器回流，連接液壓 泵進油口的單向閥用于阻止高壓濾油器中的液壓油向液壓泵回流；所述蓄能器經一溢流閥 連接油箱，并設有控制溢流閥通斷的壓力傳感器，用于限制系統液壓超壓，所述溢流閥并接 一截止閥，用于釋放蓄能器中的液壓油。進一步的，所述定子與轉子的貼合面、轉子與缸體內壁的貼合面及轉子與缸體的 端蓋的貼合面均用密封件密封。進一步的，所述密封定子與轉子的貼合面及轉子與缸體內壁的貼合面的密封件是 方形密封條，所述密封轉子與缸體的端蓋的貼合面的密封件是密封圈。本發明提供的回轉型液壓比例伺服驅動馬達變槳距系統，具有以下有益效果1)在變槳執行單元中省去了變槳齒輪箱及蓄電池，從而節約了成本，而且發電機 組能隨時啟動發電，不需要等蓄電池充電后才啟動；2)相比電動變槳距系統的變槳執行單元，回轉型液壓缸具有傳動力矩大、剛度大、 定位精確、動態響應速度快等優點；3)由于采用回轉型液壓缸(單缸)作為變槳執行部件，其控制回路中部件很少且 控制回路很簡單、體積小，因此其成本較低，而且故障率也很低，維護非常方便。
圖1是本發明實施例回轉型液壓比例伺服驅動馬達變槳距系統的結構框圖；圖2是本發明實施例的回轉型液壓缸進油口位置的橫截面示意圖3是本發明實施例的回轉型液壓缸出油口位置的橫截面示意圖；圖4是本發明實施例回轉型液壓缸的控制回路原理圖。
具體實施例方式以下結合
對本發明的實施例作進一步詳細描述，但本實施例并不用于限 制本發明，凡是采用本發明的相似結構及其相似變化，均應列入本發明的保護范圍。如圖1所示，本發明實施例所提供的一種回轉型液壓比例伺服驅動馬達變槳距系 統，包括具有槳葉的風輪、發電機組、變槳控制器、變槳執行單元和檢測單元，所述變槳控制 器控制變槳執行單元運行，所述變槳執行單元用于控制風輪的槳距角變化，所述風輪連接 發電機組，用于帶動發電機組發電，所述檢測單元用于檢測風輪的槳距角及發電機組的功 率，并將反饋信號傳遞至變槳控制器，其特征在于所述變槳執行單元是回轉型液壓缸及其 控制回路；如圖2-圖3所示，所述回轉型液壓缸包括缸體1、缸體1兩端的端蓋(圖中未示)、 缸體1內的兩個定子2和一個轉子3，所述兩個定子2分別軸對稱固定于缸體1內壁，所述 轉子3與缸體1同軸并可轉動，其軸心設有用于將動力輸至缸體外部的轉軸4，兩端與缸體 1的端蓋相貼合，兩個定子2及缸體1的部分內壁分別與轉子3的部分周面相貼合，所述定 子2和轉子3在缸體1內組合成X形，并將缸體1分隔為四個相互獨立的油腔，其中兩個對 角的油腔為進油腔7，另兩個為出油腔8，所述缸體1上設有連通進油腔7的進油口 6 (參見 圖2)和連通出油腔8的出油口 9 (參見圖3)；所述風輪的槳葉連接轉子3的轉軸4，其槳距 角的變化量與轉子3轉動角度的變化量成正比；所述定子2與轉子3的貼合面、轉子3與缸體1內壁的貼合面及轉子3與缸體1 的端蓋的貼合面均用密封件密封；其中所述密封定子2與轉子3的貼合面及轉子3與缸體 1內壁的貼合面的密封件是方形密封條5，所述密封轉子3與缸體1的端蓋的貼合面的密封 件是密封圈；如圖4所示，所述回轉型液壓缸的控制回路包括電動機M、液壓泵D、蓄能器N、進油 換向閥Hl、電液比例換向閥H2、出油換向閥H5和油箱Y ；所述進油換向閥Hl和出油換向閥H5均具有斷電負載口、通電負載口和公口，所述 電液比例換向閥H2具有進油口、出油口及兩個負載口，且兩個負載口分別連通其進油口和 出油口并能交叉換向；所述進油換向閥Hl的斷電負載口經一單向閥H6接至回轉型液壓缸 U的進油腔，其通電負載口連接電液比例換向閥H2的進油口，所述出油換向閥H5的斷電負 載口連接回轉型液壓缸U的出油腔，其通電負載口連接電液比例換向閥H2的出油口，所述 電液比例換向閥H2的兩個負載口各經一平衡閥(H3或H4)分別連接到回轉型液壓缸U的 進油腔和出油腔；所述出油換向閥H5的公口經一單向閥H7接至油箱Y，其中連接油箱Y的 單向閥H7用于阻止油箱Y中的液壓油流向出油換向閥H5 ；所述平衡閥H3、H4用于穩定液壓泵D的運轉速度；所述進油換向閥Hl的斷電負載 口與回轉型液壓缸U的進油腔之間的單向閥H6用于將風輪的槳葉鎖定在安全的槳距角；所述電動機M經聯軸器Z連接液壓泵D，用于驅動液壓泵D運轉，所述液壓泵D的 進油口經一高壓濾油器Ll連接油箱Y，其出油口經一單向閥H8、一高壓濾油器L2、一單向 閥H9連接蓄能器N和進油換向閥Hl的公口，其中連接蓄能器N的單向閥H9用于阻止蓄能器N中的液壓油向高壓濾油器L2回流，連接液壓泵D進油口的單向閥H8用于阻止高壓濾 油器L2中的液壓油向液壓泵D回流；所述蓄能器N經一溢流閥HlO連接油箱Y，并設有控 制溢流閥HlO通斷的壓力傳感器G，用于限制系統液壓超壓，所述溢流閥HlO并接一截止閥 Hl 1，用于釋放蓄能器N中的液壓油。本發明實施例的回轉型液壓缸的工作原理如下如圖2-圖3所示，需要增加風輪的槳距角時，高壓液壓油從回轉型液壓缸缸體1 上的進油口 6進入進油腔7，同時出油腔8中的液壓油由缸體1上的出油口排出，使得轉子 3順時針轉動，從而通過其轉軸4帶動風輪的槳葉旋轉至合適的槳距角；需要減小風輪的槳距角時，低壓液壓油從回轉型液壓缸缸體1上的進油口 6抽出 進油腔7，同時油箱中的液壓油由缸體1上的出油口進入出油腔8，使得轉子3逆時針轉動， 從而通過其轉軸4帶動風輪的槳葉旋轉至合適的槳距角。本發明實施例的回轉型液壓缸的控制回路的控制原理如下系統啟動后先由電動機M驅動液壓泵D運轉向蓄能器N充能，蓄能器N完成蓄能 后，將進油換向閥Hl、電液比例換向閥H2、平衡閥H3和H4、出油換向閥H5通電，此時回轉型 液壓缸U由液壓泵D供油，并由電液比例換向閥H2進行精確控制；變槳控制器根據檢測單 元所傳遞來的反饋信號控制液壓泵D運轉，并精確控制電液比例換向閥H2輸出油流的大小 和方向，從而精確控制回轉型液壓缸U轉子的轉動角度，進而精確控制風輪的槳距角；當變槳控制器需要控制風輪增加槳距角時，向電液比例換向閥H2輸入正電流控 制信號使其常態接通，由液壓泵D驅動的高壓液壓油經進油換向閥HI、電液比例換向閥H2、 平衡閥H3進入回轉型液壓缸U的進油腔，回轉型液壓缸U的出油腔中的液壓油經平衡閥 H4、電液比例換向閥H2，出油換向閥H5、單向閥H7排入油箱Y ；當變槳控制器需要控制風輪減小槳距角時，向電液比例換向閥H2輸入負電流控 制信號使其交叉接通，由液壓泵D驅動的高壓液壓油經進油換向閥HI、電液比例換向閥H2、 平衡閥H4進入回轉型液壓缸U的出油腔，回轉型液壓缸U的進油腔中的液壓油經平衡閥 H3、電液比例換向閥H2，出油換向閥H5、單向閥H7排入油箱Y ；當風速低于額定風速時，利用電液比例換向閥H2精確改變液壓油的流向和流量， 從而通過回轉型液壓缸U將槳距角維持在3° ；當風速正常時，利用電液比例換向閥H2精確改變液壓油的流向和流量，從而通過 回轉型液壓缸U控制風輪的槳距角隨風速變化，使其輸出功率保持穩定；當風速過高或其它原因需要停機時，將進油換向閥Hl和出油換向閥H5斷電，此時 回轉型液壓缸U轉由蓄能器N供油，蓄能器N中的液壓油通過進油換向閥Hl和單向閥H6 進入回轉型液壓缸U的進油腔，回轉型液壓缸U的出油腔中的液壓油經出油換向閥H5、單向 閥H7排入油箱Y，從而控制風輪的槳葉轉動至88°的安全槳距角，并由單向閥H6鎖定。本發明實施例使用時，先通過人機界面將給定槳距角和給定功率輸入變槳控制 器，變槳控制器根據給定槳距角、給定功率輸入及檢測單元的反饋信號控制變槳執行單元 運行，進而控制風輪的槳距角變化。
權利要求
一種回轉型液壓比例伺服驅動馬達變槳距系統，包括具有槳葉的風輪、發電機組、變槳控制器、變槳執行單元和檢測單元，所述變槳控制器控制變槳執行單元運行，所述變槳執行單元用于控制風輪的槳距角變化，所述風輪連接發電機組，用于帶動發電機組發電，所述檢測單元用于檢測風輪的槳距角及發電機組的功率，并將反饋信號傳遞至變槳控制器，其特征在于所述變槳執行單元是回轉型液壓缸及其控制回路；所述回轉型液壓缸包括缸體、缸體兩端的端蓋、缸體內的兩個定子和一個轉子，所述兩個定子分別軸對稱固定于缸體內壁，所述轉子與缸體同軸并可轉動，其軸心設有用于將動力輸至缸體外部的轉軸，兩端與缸體的端蓋相貼合，兩個定子及缸體的部分內壁分別與轉子的部分周面相貼合，所述定子和轉子在缸體內組合成X形，并將缸體分隔為四個相互獨立的油腔，其中兩個對角的油腔為進油腔，另兩個為出油腔，所述缸體上設有連通進油腔的進油口和連通出油腔的出油口；所述風輪的槳葉連接轉子的轉軸，其槳距角的變化量與轉子轉動角度的變化量成正比；所述回轉型液壓缸的控制回路包括電動機、液壓泵、蓄能器、進油換向閥、電液比例換向閥、出油換向閥和油箱；所述進油換向閥和出油換向閥均具有斷電負載口、通電負載口和公口，所述電液比例換向閥具有進油口、出油口及兩個負載口，且兩個負載口分別連通其進油口和出油口并能交叉換向；所述進油換向閥的斷電負載口經一單向閥接至回轉型液壓缸的進油腔，其通電負載口連接電液比例換向閥的進油口，所述出油換向閥的斷電負載口連接回轉型液壓缸的出油腔，其通電負載口連接電液比例換向閥的出油口，所述電液比例換向閥的兩個負載口各經一平衡閥分別連接到回轉型液壓缸的進油腔和出油腔；所述出油換向閥的公口經一單向閥接至油箱，其中連接油箱的單向閥用于阻止油箱中的液壓油流向出油換向閥；所述平衡閥用于穩定液壓泵的運轉速度；所述進油換向閥的斷電負載口與回轉型液壓缸的進油腔之間的單向閥用于將風輪的槳葉鎖定在安全的槳距角；所述電動機連接液壓泵，用于驅動液壓泵運轉，所述液壓泵的進油口經一高壓濾油器連接油箱，其出油口經一單向閥、一高壓濾油器、一單向閥連接蓄能器和進油換向閥的公口，其中連接蓄能器的單向閥用于阻止蓄能器中的液壓油向高壓濾油器回流，連接液壓泵進油口的單向閥用于阻止高壓濾油器中的液壓油向液壓泵回流；所述蓄能器經一溢流閥連接油箱，并設有控制溢流閥通斷的壓力傳感器，用于限制系統液壓超壓，所述溢流閥并接一截止閥，用于釋放蓄能器中的液壓油。
2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于所述定子與轉子的貼合面、轉子與缸體內 壁的貼合面及轉子與缸體的端蓋的貼合面均用密封件密封。
3.根據權利要求2所述的系統，其特征在于所述密封定子與轉子的貼合面及轉子與 缸體內壁的貼合面的密封件是方形密封條，所述密封轉子與缸體的端蓋的貼合面的密封件 是密封圈。
全文摘要
一種回轉型液壓比例伺服驅動馬達變槳距系統，涉及風力發電技術領域，所解決的是降低成本及故障率的技術問題。該系統包括具有槳葉的風輪、發電機組、變槳控制器、變槳執行單元和檢測單元，所述變槳控制器控制變槳執行單元運行，所述變槳執行單元用于控制風輪的槳距角變化，所述風輪連接發電機組，用于帶動發電機組發電，所述檢測單元用于檢測風輪的槳距角及發電機組的功率，并將反饋信號傳遞至變槳控制器，其特征在于所述變槳執行單元是回轉型液壓缸及其控制回路；所述回轉型液壓缸包括缸體、缸體兩端的端蓋、缸體內的兩個定子和一個轉子，所述風輪的槳葉連接轉子的轉軸；本發明提供的系統，成本低且故障率低，能隨時啟動發電。
文檔編號F15B15/08GK101871423SQ20091004967
公開日2010年10月27日 申請日期2009年4月21日 優先權日2009年4月21日
發明者萬保中, 陳建華 申請人:上海匯益控制系統股份有限公司