專(zhuān)利名稱(chēng)：一種風(fēng)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(zhuān)利涉及一種用于增速的流體傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種用于風(fēng)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(fēng)能作為綠色能源已受到世界各國(guó)的普遍關(guān)注，風(fēng)力發(fā)電未來(lái)主要的可再生的能 源。但風(fēng)能密度低、隨機(jī)性強(qiáng)、風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速低是風(fēng)電的共性問(wèn)題，從而使得風(fēng)電系統(tǒng)的儲(chǔ) 能、控制、風(fēng)機(jī)增速問(wèn)題變得至關(guān)重要，成為風(fēng)電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。目前，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)中使用的是機(jī)械式齒輪增速箱，通常與風(fēng)力機(jī)連接起來(lái)置于 塔架的頂端，機(jī)械式增速齒輪箱將風(fēng)力機(jī)的機(jī)械動(dòng)力增至發(fā)電機(jī)需要的轉(zhuǎn)速，其輸出端與 發(fā)電機(jī)連接，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能。從風(fēng)力機(jī)-增速齒輪箱-發(fā)電機(jī)采用了機(jī)械連接和機(jī) 械傳動(dòng)，三者形成一個(gè)整體。由于風(fēng)力機(jī)必須置于塔架的頂端，風(fēng)力機(jī)-增速齒輪箱-發(fā)電 機(jī)組件在裝配關(guān)系上要整體置于塔架的頂端。存在的問(wèn)題是1)安裝極為不便。將重達(dá)幾噸到上百?lài)嵉娘L(fēng)力機(jī)-增速齒輪箱-發(fā) 電機(jī)組件吊到近百米的塔架進(jìn)行安裝，既笨重、費(fèi)力、費(fèi)時(shí)，又存在安全隱患。2)維修困難， 整個(gè)風(fēng)電系統(tǒng)的主要部分全部置于高空，當(dāng)出現(xiàn)問(wèn)題后，維修比較困難。3)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng) 的能量密度或者能量體積比小，使得其傳動(dòng)系統(tǒng)顯得非常笨重。4)從力學(xué)原理上講，將體 積龐大、質(zhì)量很大的風(fēng)力機(jī)-增速齒輪箱-發(fā)電機(jī)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(gè)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(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)后，風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)的變槳距驅(qū)動(dòng)與控制、剎車(chē)與失速控制會(huì)更加復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服機(jī)械式增速齒輪箱傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的上述不足，在本發(fā)明中引入了液壓傳動(dòng) 機(jī)構(gòu)，從接受風(fēng)能的內(nèi)曲線(xiàn)液壓馬達(dá)到驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的高速變量液壓馬達(dá)中間的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采 用了液壓傳動(dòng)，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(dòng)力源的內(nèi)曲線(xiàn)液壓 馬達(dá)和風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)置于塔架的頂端外，風(fēng)電系統(tǒng)的其它部分均可置于地面，極大的簡(jiǎn)化了 風(fēng)電系統(tǒng)的傳動(dòng)與控制構(gòu)架，給安裝維修帶來(lái)很大的便利；另外，采用液壓傳動(dòng)方式將使得 能量的吸收、存儲(chǔ)以及發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的控制變得更為簡(jiǎn)單易行，可有效的提高風(fēng)電的機(jī)電系 統(tǒng)的操控性能，提高電網(wǎng)的的運(yùn)行質(zhì)量；再則塔架頂端負(fù)荷的大幅度下降，簡(jiǎn)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(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的液壓恒轉(zhuǎn)速輸出增速器，將使得風(fēng) 電系統(tǒng)的成本大幅度下降。本發(fā)明所提出的一種風(fēng)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(fēng)電系 統(tǒng)風(fēng)力機(jī)增速的柔性傳動(dòng)裝置。它由以下幾部分組成
風(fēng)能向液壓能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由內(nèi)曲線(xiàn)液壓馬達(dá)，風(fēng)力機(jī)葉片組成，風(fēng)力機(jī)葉 片套入內(nèi)曲線(xiàn)液壓馬達(dá)的輸入軸鎖緊并置于塔架的頂部，其功能是吸收風(fēng)力機(jī)的低速機(jī)械能，將其轉(zhuǎn)換為液壓能，工作時(shí)處于泵工況，作為液壓系統(tǒng)的動(dòng)力源。能量的存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)換與利用。此過(guò)程由兩個(gè)系統(tǒng)組成液壓能向機(jī)械能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和機(jī) 械能向電能轉(zhuǎn)換輸出系統(tǒng)。液壓能向機(jī)械能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)主要由動(dòng)力管路，液壓蓄能站，油箱及 附件，恒轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)回路單元，變量馬達(dá)動(dòng)力輸入單元，高速變量液壓馬達(dá)組成，動(dòng)力管路出 油管一端與制動(dòng)緩沖控制閥單元進(jìn)油口連接，動(dòng)力管路吸油管口一端與油箱油口連接吸低 壓油，制動(dòng)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(jìn)油口，恒轉(zhuǎn)速輸出控制單元出油口連接變量馬達(dá)動(dòng)力輸入單元一端，變 量馬達(dá)動(dòng)力輸入單元另一端與高速變量液壓馬達(dá)進(jìn)油口連接，恒轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)回路單元一端連 接高速變量液壓馬達(dá)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(dòng)力管回 路內(nèi)的高壓油通過(guò)制動(dòng)緩沖控制閥單元儲(chǔ)存在液壓蓄能站，液壓蓄能站內(nèi)高壓油驅(qū)動(dòng)高速 變量液壓馬達(dá)，將液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。機(jī)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(dá)，液壓馬達(dá)-發(fā)電 機(jī)動(dòng)力傳輸單元，發(fā)電機(jī)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(dá)輸出軸連接液壓馬達(dá)-發(fā)電機(jī)動(dòng)力傳輸單元一端，液壓馬達(dá)-發(fā)電機(jī) 動(dòng)力傳輸單元另一端和發(fā)電機(jī)輸入軸連接，轉(zhuǎn)速傳感器裝在發(fā)電機(jī)上測(cè)量轉(zhuǎn)速，電能輸出 回路兩端分別連接發(fā)電機(jī)輸出端和電網(wǎng)輸入端。其功能是變量馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩通過(guò)液壓馬 達(dá)-發(fā)電機(jī)動(dòng)力傳輸單元驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，發(fā)電機(jī)輸出電經(jīng)過(guò)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(jī)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(dá)動(dòng)力輸入單元組成，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋回路連接傳 感器輸出信號(hào)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(dá)動(dòng)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(jī)轉(zhuǎn)速反饋回路和電網(wǎng)電壓反饋回路反饋參數(shù)來(lái)控制變量馬達(dá)動(dòng)力輸 入單元流量大小，通過(guò)液壓系統(tǒng)自身調(diào)控來(lái)保證發(fā)電機(jī)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(jiǎn)化了風(fēng)電系統(tǒng)的傳動(dòng)與控制構(gòu)架，給安裝維修帶來(lái)很大的便利；另外，采用液壓傳動(dòng)方 式將使得能量的吸收、存儲(chǔ)以及發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的控制變得更為簡(jiǎn)單易行，可有效的提高風(fēng)電 的機(jī)電系統(tǒng)的操控性能，提高電網(wǎng)的的運(yùn)行質(zhì)量；再則塔架頂端負(fù)荷的大幅度下降，簡(jiǎn)化了 塔架的結(jié)構(gòu)。


圖1為本發(fā)明專(zhuān)利提供的一種風(fēng)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(fēng)力機(jī)葉片；2、內(nèi)曲線(xiàn)液壓馬達(dá)；3、動(dòng)力管路；4、塔架；5、制動(dòng)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(dòng)回路單元； 10、變量馬達(dá)動(dòng)力輸入單元；11、高速變量液壓馬達(dá)；12、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋回路；13、電網(wǎng)電 壓反饋回路；14、液壓馬達(dá)-發(fā)電機(jī)動(dòng)力傳輸單元；15、發(fā)電機(jī)組；16、轉(zhuǎn)速傳感器；17、電能 輸出回路；18、電網(wǎng)。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的液壓恒轉(zhuǎn)速輸出增速器包括風(fēng)力機(jī)葉片1，內(nèi) 曲線(xiàn)液壓馬達(dá)2，動(dòng)力管路3，塔架4，制動(dòng)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(dòng)回路單元9，變量馬達(dá)動(dòng)力輸入單元10，高速變量液壓 馬達(dá)11，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋回路12，電網(wǎng)電壓反饋回路13，液壓馬達(dá)-發(fā)電機(jī)動(dòng)力傳輸單元 14，發(fā)電機(jī)組15，轉(zhuǎn)速傳感器16，電能輸出回路17，電網(wǎng)18。風(fēng)能向液壓能的轉(zhuǎn)換。將內(nèi)曲 線(xiàn)液壓馬達(dá)2置于塔架4的頂端，風(fēng)力機(jī)葉片1套入內(nèi)曲線(xiàn)液壓馬達(dá)2的輸入軸并鎖緊，當(dāng) 風(fēng)力機(jī)葉片1旋轉(zhuǎn)時(shí)，內(nèi)曲線(xiàn)液壓馬達(dá)2處于泵工況，動(dòng)力管路3將內(nèi)線(xiàn)液壓馬達(dá)2輸出的 高壓油送到地面的制動(dòng)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(dòng)緩沖控制閥單元5可通過(guò)其內(nèi)部的液壓控制單元對(duì)內(nèi)曲線(xiàn)液壓馬達(dá)2的加載方 式的改變，對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片1的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行控制；由此完成了風(fēng)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?chǔ)、轉(zhuǎn)換與利用。送到地面的液壓能通過(guò)液壓蓄能站6存儲(chǔ)，并經(jīng)過(guò)恒轉(zhuǎn) 速輸出控制單元8的控制通過(guò)變量馬達(dá)動(dòng)力輸入單元10來(lái)驅(qū)動(dòng)高速變量液壓馬達(dá)11 ；高 速變量液壓馬達(dá)11通過(guò)液壓馬達(dá)-發(fā)電機(jī)動(dòng)力傳輸單元14與發(fā)電機(jī)組15連成一個(gè)整體， 當(dāng)高速變量液壓馬達(dá)11旋轉(zhuǎn)時(shí)，便帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組15將液壓能轉(zhuǎn)換為電能，并通過(guò)電能輸出 回路送往電網(wǎng)18 ；考慮到風(fēng)能的隨機(jī)性和間歇性，液壓蓄能站6將能量以液壓能的方式存 儲(chǔ)起來(lái)，使得驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制和電網(wǎng)參數(shù)控制變得簡(jiǎn)單易行。增速與恒速控制。選用低速性能良好的內(nèi)曲線(xiàn)液壓馬達(dá)2來(lái)吸收風(fēng)力機(jī)葉片隨機(jī) 產(chǎn)生的低速大扭矩機(jī)械能，并通過(guò)液壓蓄能站6將能量以液壓能的方式存儲(chǔ)，風(fēng)力機(jī)葉片 運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)性造成的高速變量液壓馬達(dá)11和發(fā)電機(jī)組15轉(zhuǎn)速和電網(wǎng)參數(shù)的波動(dòng)得到削 弱。而高速變量液壓馬達(dá)11因發(fā)電機(jī)組15的工況要求，處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，從而使得內(nèi)曲 線(xiàn)液壓馬達(dá)2與高速變量液壓馬達(dá)11間形成大速比的增速作用。為了使得高速變量液壓 馬達(dá)11和發(fā)電機(jī)組15轉(zhuǎn)速和電網(wǎng)參數(shù)更加穩(wěn)定，可通過(guò)轉(zhuǎn)速傳感器16、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋回 路12檢測(cè)發(fā)電機(jī)組15的轉(zhuǎn)速，通過(guò)電網(wǎng)電壓反饋回路13檢測(cè)電網(wǎng)18的參數(shù)，并將反饋信 號(hào)傳給恒轉(zhuǎn)速輸出控制單元8，經(jīng)其處理后通過(guò)恒轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)回路控制高速變量液壓馬達(dá)11 的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)增速系統(tǒng)高速變量液壓馬達(dá)11的雙饋恒轉(zhuǎn)速輸出。在實(shí)現(xiàn)時(shí)，高速變量液壓 馬達(dá)11和發(fā)電機(jī)組15組可以是多組，可根據(jù)風(fēng)能的多少啟動(dòng)發(fā)電機(jī)組，維持電網(wǎng)的參數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)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(fēng)能向液壓能轉(zhuǎn)換 系統(tǒng)、液壓能向機(jī)械能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、機(jī)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(fēng)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(fēng)能向液壓能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括塔架(4)、內(nèi)曲線(xiàn)液壓馬達(dá)(2)和風(fēng)力機(jī)葉片(1)，所述風(fēng) 力機(jī)葉片(1)的轉(zhuǎn)軸套套入內(nèi)曲線(xiàn)液壓馬達(dá)(2)的輸入軸并鎖緊，所述內(nèi)曲線(xiàn)液壓馬(2)達(dá) 置于塔架(4)的頂部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)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(jī)械能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括動(dòng)力管路(3)、制動(dòng)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(dòng)回路單元(9)、變量馬達(dá)動(dòng)力輸入單元(10)和高速變量液 壓馬達(dá)(11);所述內(nèi)曲線(xiàn)液壓馬達(dá)(2)通過(guò)動(dòng)力管路(3)與制動(dòng)緩沖控制閥單元(5)相連， 所述動(dòng)力管路(3)出油管一端與制動(dòng)緩沖控制閥單元(5)進(jìn)油口連接，所述動(dòng)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(dòng)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(jìn)油 口，所述恒轉(zhuǎn)速輸出控制單元(9)出油口連接變量馬達(dá)動(dòng)力輸入單元(10) —端，變量馬達(dá) 動(dòng)力輸入單元(10)另一端與高速變量液壓馬達(dá)(11)進(jìn)油口連接，所述恒轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)回路單 元(9) 一端連接高速變量液壓馬達(dá)(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(fēng)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(jī)械能向電能轉(zhuǎn)換輸出系統(tǒng)包括液壓馬達(dá)-發(fā)電機(jī)動(dòng)力傳輸單元(14)、發(fā)電機(jī)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(dá)輸出軸(11)連接液壓馬達(dá)-發(fā)電機(jī)動(dòng)力傳輸單元(14)一端，液壓馬達(dá)-發(fā)電 機(jī)動(dòng)力傳輸單元(14)另一端和發(fā)電機(jī)組(15)輸入軸連接，轉(zhuǎn)速傳感器(16)裝在發(fā)電機(jī)組 (15)上測(cè)量轉(zhuǎn)速，電能輸出回路(17)兩端分別連接發(fā)電機(jī)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(fēng)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(jī)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(dá)動(dòng)力輸入單元(10);所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋回路(12)連接轉(zhuǎn)速 傳感器(16)輸出信號(hào)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(dá)動(dòng)力輸入單元(10)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于風(fēng)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(dòng)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，包括風(fēng)能向液壓能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、液壓能向機(jī)械能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、機(jī)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(jiǎn)化了風(fēng)電系統(tǒng)的傳動(dòng)與控制構(gòu)架，安裝維修便利；采用液壓傳動(dòng)方式將使得能量的吸收、存儲(chǔ)以及發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的控制變得更為簡(jiǎn)單易行，有效的提高風(fēng)電的機(jī)電系統(tǒng)的操控性能，提高電網(wǎng)的的運(yùn)行質(zhì)量。
文檔編號(hào)F03D7/04GK102141013SQ20111005753
公開(kāi)日2011年8月3日 申請(qǐng)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(qǐng)人:江蘇大學(xué)