[发明专利]一种风机变桨系统

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电技术，具体是一种具有失效安全保护功能的风机变桨系统。

背景技术

目前，风力发电机组最常见的控制方式有定速定桨、定速变桨、变速定桨和变速变桨等四种控制方式，不同的控制方式之间的区别主要体现在对叶片桨距角和电机转速控制的不同方式。其中变速变桨控制方式由于具有最优风能捕获、恒功率输出、可以减轻风机载荷等优点，获得广泛的应用，成为现代大功率风力发电机组主流的控制方式。其基本工作原理是使风机在额定风速以下，控制风轮的转速，实现风机对风能的最大功率捕获；在额定风速以上，控制叶片的变桨角，实现对输出功率的控制，达到恒功率输出的目的；同时在某些故障情况下，保证叶片迅速顺桨，实现气动刹车的功能。

如图1、图2所示，在现代风机中，每个叶片4都要有相对独立却又协同配合的变桨系统，变桨系统包括：变桨轴承5、变桨连接盘3、变桨驱动装置和控制装置构成。每个叶片4的根部通过变桨轴承5与轮毂相连，变桨轴承5直接连接每一个叶片4的变桨驱动装置的输出端，或者并联起来连接一个主变桨驱动装置。通过风机主控系统发出变桨信号，使得上述装置传递执行动作，使得叶片4的变桨角改变，完成变桨的动作。变桨系统的效率和可靠性直接与风机的性能和安全相关，是风机的一个重要组成部件。目前，风机变桨系统根据所采用的动力来源的不同，可以分为液压变桨和电气变桨两类，两者各有优缺点。但近年来，随着电气变桨在变桨效率、动作响应速度和可靠性等方面的优势不断体现，大多数风机采用的都是电气变桨系统。

液压变桨系统在正常工作时，其工作动力来自液压泵，其基本结构如图1所示：通过一个液压变桨驱动装置和控制装置驱动，再通过特殊设计的变桨连接盘3，将所有叶片4的上设置的变桨轴承5连接在一起，如此将协同完成每一个叶片4的变桨动作。液压变桨驱动装置是液压缸9及其活塞杆7，控制装置是液压泵，活塞杆7末端通过变桨连接盘3连接各变桨轴承5，变桨连接盘3将活塞杆7的直线运动转换为变桨轴承5的回转运动。因此，在液压变桨系统工作时，液压泵接收控制装置的信号，即主控调节液压变桨系统的比例电磁阀，驱动活塞杆7在液压缸9内作轴向运动，拉动轮毂内的变桨连接盘3，使得变桨连接盘3带动变桨轴承5转动，从而改变叶片4的变桨角，使其作变桨运动。液压变桨工作结构简单，元器件寿命较长，只需要油压就能工作；但是，在实际应用中，液压变桨系统存在着漏油、动作响应慢、工作温度范围有限等问题；另外，液压油、过滤器需定期检测、更换，液压油易泄漏、容易造成污染，液压泵动作频繁耗能大、噪音大。

电气变桨系统在正常工作时，其工作动力来自电网供电，其基本结构如图2所示：每一个叶片4通过一套变桨电机及变桨齿轮箱11驱动，其电池柜和控制柜10都直接设置在轮毂内部，电池柜内设置有备用电池，变桨齿轮箱输出端通过变桨小齿轮连接变桨轴承5的内齿圈，控制柜通过滑环12与主控通信。因此，在电气变桨系统正常工作时，控制柜接受变桨控制信号、向变桨电机及变桨齿轮箱11发出变桨执行信号，变桨电机工作，输出轴通过变桨齿轮箱连接变桨小齿轮，带动变桨轴承5旋转，从而改变叶片4的变桨角，使其作变桨运动。当电网失效时，电气变桨系统从备用电池中获取动力，使叶片4处于顺桨位置，以保证风机安全。电气变桨系统的电动变桨技术成熟，数控驱动容易，控制简单；但是，其结构复杂，元器件寿命较短，需要经常检修和更换；必须依赖电网、电池等电气资源；变桨轴承5的内齿圈容易局部磨损，将电池柜和控制柜10设置在轮毂内，每一片叶片4对应一套驱动装置，使其内部可维护的空间很小，成本高昂。如果断电后，备用电池柜失效，变桨系统失电、使其失效，无法使叶片4顺桨，情况严重时甚至会造成风机破坏。

从原理和结构上，无论液压变桨系统或电气变桨系统都能完成风机正常运行和故障时所需的叶片变桨动作要求，但其可靠性还存在一些问题。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种安全可靠的风机变桨系统。

本发明所采用的技术方案是

一种风机变桨系统，是集中变桨系统，包括变桨驱动装置、同步传动装置和变桨轴承，所述变桨轴承设置在风机的轮毂表面、其外圈上对应安装叶片，同步传动装置一端连接变桨驱动装置的输出轴，另一端设置有若干根同步回转轴、对应变桨轴承的内圈设置；所述变桨驱动装置的输出轴与风机齿轮箱的输出轴上设置有一个常开的离合器，当变桨驱动装置失效时，该离合器闭合。

所述同步传动装置是齿轮传动装置，包括相互啮合的主动齿轮和若干个从动齿轮，主动齿轮与变桨驱动装置的输出轴同步旋转，从动齿轮与变桨轴承同步旋转。