一种双闭环位置反馈液压变桨装置的制作方法

    技术2022-07-11  178


    技术领域:

    本发明涉及一种风力发电机液压变桨装置,特别是一种双闭环位置反馈液压变桨装置。



    背景技术:

    目前变风力发电机变桨控制方式一般可以分为两种,一种是电机执行机构,另一种是液压执行机构。

    电机变桨机构是电机变桨距执行机构利用电动机对桨叶进行单独控制,由于其机构紧凑,可靠,没有液压变桨距机构那样传动结构相对复杂,存在非线性,泄漏、卡涩时有发生,所以也得到许多生产厂家的青睐。但其动态特性相对较差,有较大的惯性,特别是对于大功率风力机。而且电机本身如果连续频繁地调节桨叶,将产生过量的热负荷使电机损坏。

    液压变桨机构是液压变桨机构通过液压装置推动桨叶转动,改变桨叶节距角。该机构以其响应频率快、扭矩大、便于集中布置和集成化等优点在目前的变桨距机构中占有主要的地位,特别适合于大型风力机的场合。国外著名的风力机厂丹麦的vestas、德国的dewind、repower等等都采用液压变桨距方式,目前美国研制最大的容量的风力机也采用液压执行机构。目前国内风机液压变桨装置完全由以上国外品牌垄断。供货周期长,服务响应速度慢。主要零部件对国内生产厂商采购渠道进行封锁。

    国外品牌变桨装置的控制阀组通常采用欧洲标准设计,在国内风机使用过程中存在互换性差,元件维修更换价格非常昂贵。



    技术实现要素:

    本发明的目的是针对上述技术中存在的不足,提供一种双闭环位置反馈液压变桨装置。通过执行油缸上的位移传感器与电磁比例换向阀内的位移传感器相互之间的位置反馈信号来判定桨叶位置与控制方向。使桨叶控制更加精确,解决了单闭环位置反馈装置因调节精度不足而导致的能源浪费以及液压站油温升高等问题。

    本发明的目的是这样实现的,包括控制阀组、执行油缸、传感器。其特征是,控制阀组通过螺栓连接到油缸上,控制阀组连接钢管使油缸的前后腔相连,传感器插入到油缸内,控制阀组通过油管连接到机舱内,液压油通过油管流向控制阀组,控制阀组中各阀件通过阀组内的孔道相互连接,经过一系列的孔道转换和电磁阀的得电与断电,从而使液压油从控制阀组流出,经过钢管流动到执行油缸内,实现油缸的前后伸缩,带动桨叶实现变桨功能。

    双闭环反馈的实现是通过执行油缸上的位移传感器与电磁比例换向阀内的位移传感器相互之间的位置反馈信号来判定桨叶位置与控制方向。此种方法可以使桨叶控制更加精确,解决了单闭环位置反馈装置因调节精度不足而导致的能源浪费以及液压站油温升高等问题。

    双闭环位置反馈液压变桨装置控制叶片相对于旋转平面的位置角度。双闭环位置反馈液压变桨装置使风机在低风速时即可获得电能,在风速大于额定风速时截获到固定大小的风能。双闭环位置反馈液压变桨装置通过控制算法持续监测风速和发电机出力,调节叶片的桨距角。变桨油缸在轮毂的前部,在轮毂和叶片的根部,执行油缸将二者连接,执行油缸通过比例换向阀控制活塞伸缩对变桨进行操控。

    双闭环位置反馈液压变桨装置中控制阀组为核心部件,核心部件中又以比例换向阀最为重要,此装置在原理和结构上针对国内市场做出优化,在原理上通过增加一路螺纹插装阀,使得普通中位机能的电磁比例换向阀也能实现差动控制,大大降低了对国外定制液压阀件的依赖,缩短了采购周期,降低了采购成本。

    本发明的有益效果是,能达到国外同类产品的性能,液压变桨装置元件通用化,突破了国外厂家的元件封锁,并且可以更好的兼容国产元器件。

    元件通用化后,一旦设备出现故障急需维修更换元件时,通用化设计可以在短时间内找到替换件,大大缩短了风力发电机的停机时间并且维修及更换费用更低。

    附图说明

    图1是本实用新型的结构示意图

    图2是本实用新型的阀块结构示意图

    图3是本实用新型的原理图。

    具体实施方式

    下面结合附图对本实用新型做进一步说明

    由图1-2可知,控制阀组通过螺栓固定在油缸3上,控制阀组1通过钢管2使油缸3的前后腔相连,传感器4插入到油缸3内,油缸3推拉风力发电机的桨叶。双闭环反馈的实现是通过执行油缸上的位移传感器4与电磁比例换向阀32内的位移传感器相互之间的位置反馈信号来判定桨叶位置与控制方向。此种方法可以使桨叶控制更加精确,解决了单闭环位置反馈装置因调节精度不足而导致的能源浪费以及液压站油温升高等问题。本实用新型安装到风力发电机的轮毂里。

    由图2知,控制阀组的所有插装阀件都通过阀体自身的螺纹连接在集成块上,比例阀32通过4个螺钉与集成块相连,集成块内有孔道将各个阀件相连。

    由图3可知,当开浆/角度调整负调整指令发出后,换向阀22、换向阀23、换向阀30、换向阀31、换向阀33始终得电。比例阀32阀芯通过控制电压向右移动,液压油通过单向阀18、换向阀31、比例阀32、换向阀33、第二单向阀41、调速阀28,最后油液到达油缸3的有杆腔。此时,油缸3无杆腔的液压油经过调速阀26、换向阀33、比例阀32后油液回到油箱。油缸缩回带动桨叶向负角度转动。

    当开浆/角度调整正向差动调整指令发出后,换向阀22、换向阀23、换向阀30、换向阀31,换向阀33始终得电。比例阀32阀芯通过控制电压向左移动,液压油通过单向阀18、换向阀31、比例阀32、换向阀33、调速阀26,最后油液到达油缸3无杆腔。此时,油缸3有杆腔的油液经过调速阀28、单向阀34、比例阀32、换向阀33、调速阀26最后到达油缸3无杆腔,以差动的形式使执行器伸出带动桨叶向正角度转动。

    差动原理特殊说明:差动原理是为了使执行器3更快速的退回,国外原理上比例阀32的右位机能回油孔道是封闭的,执行器有杆腔的油到达比例阀32时并不能流过,而是经过单向阀34重新回到比例阀的进油口,流入与执行器无杆腔相连的油道内实现差动连接。而在比例阀左位机能时油液又可直接进入与执行器有杆腔相连的油道内。在比例阀32和调速阀28之间加入第二单向阀41,执行器有杆腔的油到达第二单向阀41时并不能流过,而是经过第一单向阀34重新回到比例阀的进油口,流入与执行器无杆腔相连的油道内实现差动连接。而在比例阀左位机能时油液又可直接打开第二单向阀41进入与执行器有杆腔相连的油道内。使得采用普通中位机能的电磁比例换向阀也能实现差动控制,大大降低了对国外定制液压阀件的依赖,缩短了采购周期,降低了采购成本。

    1.当角度保持指令发出时:换向阀22、换向阀23、换向阀30始终得电,换向阀31,换向阀33始终不得电。执行器3无杆腔内的液压油在被封锁在单向阀24和换向阀33之间,使桨叶角度可以保持一定的时间。

    2.当正常顺浆指令发出时:换向阀30始终得电,换向阀31,换向阀22、换向阀23、换向阀33始终不得电。液压油经过单向阀22、换向阀23、调速阀26到达油缸3无杆腔。同时,油缸3有杆腔的油液通过调速阀28、第一单向阀34、换向阀31、换向阀31,换向阀22最终油液到达执行器无杆腔。达到顺桨的目的。

    3.当紧急顺浆指令发出时:换向阀22、换向阀23、换向阀30、换向阀31,换向阀33在变桨过程中始终得电。

    液压油通过换向阀22和换向阀23经过单向阀24、节流孔25在阀块内、调速阀26到达油缸3的无杆腔。

    油缸3有杆腔的油液经过调速阀28、节流孔29阀块内、换向阀30,最终流回油箱。

    4.停机保压:正常顺桨或紧急顺桨之后,所有电磁阀断电即可保持油缸3无杆腔内的压力。

    5.停机泄压:正常顺桨或紧急顺桨之后,松开截止阀36液压油流向t口回油箱。此时截止阀26号和油缸3无杆腔之间有液压油,保证油缸不会受重力退回,或是产生负压。

    6.超压卸荷:当压力油过高时,会从溢流阀35将高压油卸回油箱。


    技术特征:

    1.一种双闭环位置反馈液压变桨装置,包括控制阀组、执行油缸、传感器,其特征是,控制阀组通过螺栓连接到油缸上,控制阀组连接钢管使油缸的前后腔相连,传感器插入到油缸内,控制阀组通过油管连接到机舱内,液压油通过油管流向控制阀组,控制阀组中各阀件通过阀组内的孔道相互连接,经过一系列的孔道转换和电磁阀的得电与断电,从而使液压油从控制阀组流出,经过钢管流动到执行油缸内,实现油缸的前后伸缩,带动桨叶实现变桨功能。

    2.根据权利要求1所述的一种双闭环位置反馈液压变桨装置,其特征是,比例阀(32)通过4个螺钉与集成块相连,集成块内有孔道将各个阀件相连。

    3.根据权利要求1所述的一种双闭环位置反馈液压变桨装置,其特征是,

    比例阀(32)和调速阀(28)之间加入第二单向阀(41),执行器有杆腔的油到达第二单向阀(41)时并不能流过,而是经过第一单向阀(34)重新回到比例阀的进油口,流入与执行器无杆腔相连的油道内实现差动连接。

    技术总结
    本实用新型提供一种双闭环位置反馈液压变桨装置,其主要特征是,控制阀组通过螺栓连接到油缸上,控制阀组连接钢管使油缸的前后腔相连,传感器插入到油缸内,控制阀组通过油管连接到机舱内,液压油通过油管流向控制阀组,控制阀组中各阀件通过阀组内的孔道相互连接,经过一系列的孔道转换和电磁阀的得电与断电,从而使液压油从控制阀组流出,经过钢管流动到执行油缸内,实现油缸的前后伸缩,带动桨叶实现变桨功能。其优点是能达到国外同类产品的性能,液压变桨装置元件通用化,并且可以更好的兼容国产元器件。通用化设计可以在短时间内找到替换件,大大缩短了风力发电机的停机时间并且维修及更换费用更低。

    技术研发人员:金冬宇;佘宇威;杨哮龙
    受保护的技术使用者:沈阳鑫聚成风电工程机械有限公司
    技术研发日:2019.06.18
    技术公布日:2020.04.03

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