專利名稱：大中型風力機數字式智能液壓剎車系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種液壓制動器，尤其是涉及一種大中型風力發電機數字式智能液壓剎車系統。
背景技術：
由于能源緊缺問題越來越嚴重，太陽能、風能、地熱能與海洋海流等綠色無污染的“新能源”越來越受到重視。我國風電資源儲備豐富，風力機制造技術也越來越成熟，為了提高機組的可靠性，多種先進技術被應用到現代風力機中。其中剎車系統是風力機的關鍵部件之一，如果機械剎車系統設計不合理，會導致諸如機械振動加劇、剎車盤磨損嚴重、齒輪斷裂等弊端，給系統的安全和維護帶來諸多不便。由于風力機剎車工況不同，如正常關機、緊急關機等，即使緊急關機，對于不同故障情況，制動時間也是不同。傳統的風力發電機整個剎車過程一直將全部的力都作用在剎車上，沒有對速度和剎車力矩的控制。這樣的剎車過程存在以下幾個缺點1.機械振動大，因為整個過程中主軸上的力矩波動較大，機械零件的也會隨之振動，影響風力機的穩定性和可靠性。
2.齒輪箱經常過載，由于風輪制動時葉片不連貫停頓，動態載荷使齒輪箱內齒與齒來回碰撞，使齒牙長期受彎曲應力，有可能發生輪齒斷裂。
3.剎車片磨損快。
特別針對于大中型風力機，以上缺點就更為突出。
發明內容
本發明的目的是提供一種的大中型風力機數字式智能剎車系統，在滿足機組剎車時間的要求前提下，依據風速、主軸轉速，實時調節高速開關閥的占空比，從而控制剎車所需的剎車力，實現剎車的數字式智能控制。
本發明采用的技術方案是包括兩個蓄能器，兩個節流閥、兩個高速開關閥，兩個插裝閥，開關閥，兩套以上在有桿腔端部裝有剎車片的、兩個為一組的、相向布置的液壓缸，剎車片，壓力繼電器和供油系統；供油系統的輸出端接單向閥的輸入端，單向閥的輸出端分為三路，第一路連接第一蓄能器、第二路連接壓力繼電器、第三路經第一節流閥連接第一插裝閥的輸入端，第一插裝閥的輸出端連接第二蓄能器；所有的液壓缸的有桿腔通過總線分為三路，第一路連接第一插裝閥的輸出端、第二路連接第二插裝閥的輸入端、第三路連接開關閥；開關閥接油箱，第二插裝閥的輸出端經第二節流閥接油箱；第一高速開關閥作為先導級和第一插裝閥組成一套數字式電液比例閥，第二高速開關閥作為先導級和第二插裝閥組成另一套數字式電液比例閥。
本發明與背景技術相比，具有的有益的效果是1.由于大中型風力機的剎車制動力比較大，剎車卡盤內液壓油的流量變化也比較大，而一般的高速開關閥不能控制大流量，因此在液壓系統中采用了高速開關閥作為先導級連接插裝閥組合而成，這樣既具備了高速開關閥工作可靠，結構簡單，價格低廉，穩定性好等優點，又可以實現大流量的控制。
2.剎車力通過一種可控的方式施加到剎車盤上，是一種柔性過程，不象傳統的剎車過程從剎車開始到結束一直將全部的力作用在傳動軸上，可以減少對傳動軸、塔架、槳葉以及其他零件的損失。
3.由于新型的剎車控制系統比傳統的機械剎車更具有可控性，從而能夠減少剎車片的磨損，提高風力機的穩定性，提高剎車的使用壽命，提高風力機系統的穩定性。
4.系統中采用了高速開關閥，就不會出現一般的開關閥容易出現的堵塞現象，由于是采用數字式控制方式，相比傳統的控制比較容易實現其控制過程。
圖1為本發明的數字式智能剎車安裝示意圖；圖2為智能柔性剎車的液壓原理圖。
圖中1、油箱，2、濾油器，3、安全閥，4、蓄能器，5、插裝閥，6、高速開關閥，7、蓄能器，8、液壓缸，9、剎車片，10、剎車盤，11、單向閥，12、開關閥，13、插裝閥，14、高速開關閥，15、節流閥，16、濾油器，17、電動機，18、泵，19、節流閥，20、壓力繼電器，21、發電機，22、控制柜，23、高速軸，24、齒輪箱，25、剎車卡盤，26、機艙，27、液壓集成塊。
具體實施例方式
如圖2所示，本發明包括兩個蓄能器4、7，兩個節流閥15、19、兩個高速開關閥6、14，兩個插裝閥5、13，開關閥12，兩套以上在有桿腔端部裝有剎車片9的、兩個為一組的、相向布置的液壓缸8，剎車片9，壓力繼電器20和供油系統；供油系統的輸出端接單向閥11的輸入端，單向閥11的輸出端分為三路，第一路連接第一蓄能器4、第二路連接壓力繼電器20、第三路經第一節流閥19連接第一插裝閥5的輸入端，第一插裝閥5的輸出端連接第二蓄能器7；所有的液壓缸8的有桿腔通過總線分為三路，第一路連接第一插裝閥5的輸出端、第二路連接第二插裝閥13的輸入端、第三路連接開關閥12；開關閥12接油箱，第二插裝閥13的輸出端經第二節流閥15接油箱；第一高速開關閥6作為先導級和第一插裝閥5組成一套數字式電液比例閥，第二高速開關閥14作為先導級和第二插裝閥13組成另一套數字式電液比例閥。
所述的在有桿腔端部裝有剎車片的、兩個為一組的、相向布置的液壓缸8為2～6套。
所述的供油系統包括油箱1，兩個濾油器2、16，安全閥3，電動機17和泵18；由電動機17驅動的泵18的輸出端分別接單向閥11的輸入端、安全閥3的輸入端，泵18的輸入端經第一濾油器2接油箱1，第二濾油器的兩端分別接油箱1和開關閥12。
由圖1所示，泵18和濾油器2，16一起放到放到油箱1中；高速開關閥6，14、插裝閥5，13、開關閥12和安全閥3集成成一起放置在液壓集成塊27里面；液壓集成塊27放置在油箱1上；控制柜22也安置在油箱1上；其中剎車盤10安裝在高速軸23上，剎車卡盤25連接固定在齒輪箱24上，液壓缸8通過液壓油管連接到液壓集成塊27上；電動機17放置在油箱1上，其是倒置的，齒輪箱24、油箱1、發電機21都安置在機艙26內。
由圖2中所示，剎車卡盤25均布在剎車片兩側(一般的需要2-6個，根據所需要的剎車力決定)，剎車卡盤25由兩個帶彈簧力驅動剎車片運動的液壓缸8和剎車片9組合而成，液壓缸的出口直接連接兩組由高速開關閥6，14和插裝閥5，13組成的數字式電液比例閥，其中高速開關閥6和14通過PWM控制它們的通斷；開關閥12，主要用作制動缸卸荷，實現緊急剎車；節流閥15和19串入油路，充當動態液阻；蓄能器4和7，其中蓄能器4完成系統保壓功能，蓄能器7可以延遲油壓的突然變化，使剎車過程柔性，其中蓄能器4的流量等級要大于蓄能器7；其中控制柜22與系統主機之間還需要一個信號通訊。
風力機正常工作時，高速開關閥6保持卸荷狀態，使得插裝閥5打開，高速開關閥14保持截止狀態，使得插裝閥13關閉，普通開關閥12保持閉狀態。油液從泵18出發流經單向閥11、節流閥19通過插裝閥5流到剎車卡盤25的兩個液壓缸8，其中單向閥11起到了系統保護作用，防止液壓回油。在單向閥11的出口處還安裝了一個壓力繼電器20，當系統正常工作時，如果系統壓力比壓力繼電器20的高壓點大時，泵18就停止工作，由蓄能器4供油，起到了節能作用；當系統壓力比壓力繼電器20的低壓點小時，泵18開始給系統供油。當控制器發出剎車信號后，根據風力機剎車的制動時間要求(如正常剎車、緊急剎車、故障剎車)，結合采集到的風速信號、主軸轉速，與預先設定的速度——時間曲線比較，如果高于預設的速度，則降低高速開關閥6的通電時間，增加高速開關閥14的斷電時間，使油缸的壓力降低，這樣在彈簧組的作用下，剎車片就會夾緊剎車盤，從而在摩擦力的作用下實現剎車，但是油壓的降低也不是直接的，因為蓄能器7和節流閥19會延遲液壓油向油箱的流動，保持油壓以緩慢的速度降低，實現剎車的柔性，這樣就實現了剎車控制過程；同理如果低于預設的速度，要在剎車的周期內釋放剎車，液壓系統會以相反的方式運行，高速開關閥6的通電時間增加，高速開關閥14的斷電時間會降低，油壓就會上升，壓迫彈簧恢復到原來狀態并且最終抬升剎車片，同樣在整個過程中，因為節流閥15和蓄能器7延遲了液壓油回到油箱的流動，剎車片會以柔性的方式抬起。整個控制系統實行閉環控制，控制算法可以采用帶權系數的PID算法或者預測控制等先進的控制算法，如果在剎車過程中，高速開關閥6和14出現故障，致使系統壓力不能調節，或者出現緊急情況，需要緊急停機時，開關閥12投入使用，使系統緊急泄荷實現緊急剎車。
權利要求
1.大中型風力機數字式智能液壓剎車系統，其特征在于包括兩個蓄能器(4、7)，兩個節流閥(15、19)、兩個高速開關閥(6、14)，兩個插裝閥(5、13)，開關閥(12)，兩套以上在有桿腔端部裝有剎車片(9)的、兩個為一組的、相向布置的液壓缸(8)，剎車片(9)，壓力繼電器(20)和供油系統。供油系統的輸出端接單向閥(11)的輸入端，單向閥(11)的輸出端分為三路，第一路連接第一蓄能器(4)、第二路連接壓力繼電器(20)、第三路經第一節流閥(19)連接第一插裝閥(5)的輸入端，第一插裝閥(5)的輸出端連接第二蓄能器(7)；所有的液壓缸(8)的有桿腔通過總線分為三路，第一路連接第一插裝閥(5)的輸出端、第二路連接第二插裝閥(13)的輸入端、第三路連接開關閥(12)；開關閥(12)接油箱，第二插裝閥(13)的輸出端經第二節流閥(15)接油箱；第一高速開關閥(6)作為先導級和第一插裝閥(5)組成一套數字式電液比例閥，第二高速開關閥(14)作為先導級和第二插裝閥(13)組成另一套數字式電液比例閥。
2.根據權利要求1所述的大中型風力機數字式智能液壓剎車系統，其特征在于所述的在有桿腔端部裝有剎車片的、兩個為一組的、相向布置的液壓缸(8)為2～6套。
3.根據權利要求1所述的大中型風力機數字式智能液壓剎車系統，其特征在于所述的供油系統包括油箱(1)，兩個濾油器(2、16)，安全閥(3)，電動機(17)和泵(18)；由電動機(17)驅動的泵(18)的輸出端分別接單向閥(11)的輸入端、安全閥(3)的輸入端，泵(18)的輸入端經第一濾油器(2)接油箱(1)，第二濾油器的兩端分別接油箱(1)和開關閥(12)。
全文摘要
本發明公開了大中型風力機數字式智能液壓剎車系統。供油系統的輸出端接單向閥，其輸出端分別接第一蓄能器、壓力繼電器和經第一節流閥連接第一插裝閥的輸入端，其輸出端連接第二蓄能器；在有桿腔端部裝有剎車片的、兩個為一組的、相向布置的液壓缸，液壓缸的有桿腔通過總線分別接第一插裝閥的輸出端、第二插裝閥的輸入端和第三路連接開關閥；第二插裝閥的輸出端經第二節流閥接油箱；兩個高速開關閥分別作為先導級和兩個插裝閥組成數字式電液比例閥。將剎車片裝在風力機的剎車盤兩側，改變高速開關閥的開關時間比對剎車卡盤的液壓制動力進行調節，在滿足機組制動工況下，根據風速和主軸的轉速調節高速開關閥在單位時間內的占空比，對剎車制動力的智能控制。
文檔編號F16D65/18GK101033733SQ200710067960
公開日2007年9月12日 申請日期2007年4月11日 優先權日2007年4月11日
發明者李偉, 鮑先兵, 林勇剛, 魯效平 申請人:浙江大學