一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航系統(tǒng)的制作方法

本實(shí)用新型涉及風(fēng)力發(fā)電設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，越來(lái)越受到世界各國(guó)的重視。其蘊(yùn)量巨大，全球的風(fēng)能約為2.74×10⁹MW，其中可利用的風(fēng)能為2×10⁷MW，比地球上可開(kāi)發(fā)利用的水能總量還要大10倍。風(fēng)機(jī)偏航系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組特有的控制系統(tǒng)，風(fēng)力機(jī)的偏航系統(tǒng)也稱為對(duì)風(fēng)裝置，其作用在于當(dāng)風(fēng)速矢量的方向變化時(shí)，能夠快速平穩(wěn)地對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向，以便風(fēng)輪獲得最大的風(fēng)能。偏航控制系統(tǒng)主要由偏航測(cè)量、偏航驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)部分、紐纜保護(hù)裝置三大部分組成。主要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能:一是使機(jī)艙跟蹤變化穩(wěn)定的風(fēng)向；二是由于偏航的作用導(dǎo)致機(jī)艙內(nèi)部電纜發(fā)生纏繞而自動(dòng)解除纏繞。由于風(fēng)能具有能量密度低、隨機(jī)性和不穩(wěn)定性等特點(diǎn),因此偏航系統(tǒng)的偏航軸承要承受不特定風(fēng)力所產(chǎn)生的沖擊載荷，具有間歇工作，啟停頻繁，傳遞扭矩較大，傳動(dòng)比高的特點(diǎn)。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航控制系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜多變量非線性不確定系統(tǒng),當(dāng)外部環(huán)境因素不確定時(shí)，如風(fēng)速太大時(shí)，不恰當(dāng)?shù)钠浇菚?huì)降低葉片乃至整個(gè)機(jī)組的使用壽命，會(huì)造成較大的影響，因此,及時(shí)對(duì)偏航進(jìn)行診斷是機(jī)組安全高效運(yùn)行的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的檢測(cè)手段是依賴儀器檢測(cè)，隨著風(fēng)電場(chǎng)精細(xì)化運(yùn)營(yíng)要求的提高，對(duì)偏航系統(tǒng)的在線診斷和糾正偏航系統(tǒng)的研究逐漸成為研究熱點(diǎn)。如何能實(shí)時(shí)有效的診斷和調(diào)整偏航系統(tǒng)，使其能夠兼顧風(fēng)力發(fā)電機(jī)組使用壽命和安全運(yùn)行以及風(fēng)能利用率等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能提高偏航系統(tǒng)運(yùn)行速度和安全系數(shù)的偏航系統(tǒng)。

本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下：一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航系統(tǒng)，包括：發(fā)電機(jī)組和塔架，該偏航系統(tǒng)還包括：風(fēng)速測(cè)向儀、機(jī)組位置檢測(cè)裝置、數(shù)據(jù)處理器、偏航控制器、偏航電機(jī)、蝸桿、偏航軸承和卡位裝置；所述發(fā)電機(jī)組的支撐架和所述偏航軸承內(nèi)圈固定連接；所述偏航電機(jī)和所述卡位裝置固定設(shè)置在所述塔架內(nèi)；所述風(fēng)速測(cè)向儀和所述機(jī)組位置檢測(cè)裝置分別與數(shù)據(jù)處理器通訊連接，所述數(shù)據(jù)處理器通過(guò)CAN總線與所述偏航控制器電連接；所述偏航控制器分別與所述偏航電機(jī)和所述卡位裝置電連接；所述蝸桿與所述偏航電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)連接；所述偏航軸承包括上端傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和下端卡位結(jié)構(gòu)，所述蝸桿與所述傳動(dòng)結(jié)構(gòu)嚙合，所述卡位裝置與所述卡位結(jié)構(gòu)卡接配合。

本實(shí)用新型的有益效果是：通過(guò)風(fēng)速測(cè)向儀和機(jī)組位置檢測(cè)裝置檢測(cè)風(fēng)向和發(fā)電機(jī)組的位置，發(fā)送到數(shù)據(jù)處理器分析發(fā)電機(jī)組是否對(duì)風(fēng)，并生成控制指令通過(guò)偏航控制器控制偏航電機(jī)和卡位裝置實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組的對(duì)風(fēng)，并在最終對(duì)風(fēng)后，通過(guò)卡位裝置與卡位結(jié)構(gòu)卡合將發(fā)電機(jī)組固定。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型還可以做如下改進(jìn)。

進(jìn)一步，所述偏航電機(jī)包括：異步電機(jī)或伺服電機(jī)。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：異步電機(jī)使用率更廣且更加堅(jiān)固耐用，在保證運(yùn)行可靠的情況下具有更高的適用性，方便維修更替，伺服電機(jī)可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號(hào)控制，并能快速反應(yīng)，且當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

進(jìn)一步，所述偏航電機(jī)至少設(shè)置三個(gè)，每個(gè)偏航電機(jī)分別傳動(dòng)連接一所述蝸桿。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：設(shè)置多個(gè)偏航電機(jī)和與偏航電機(jī)連接的蝸桿，利用蝸桿帶動(dòng)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，保證傳動(dòng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)的穩(wěn)定性。

進(jìn)一步，所述傳動(dòng)結(jié)構(gòu)為包絡(luò)蝸輪；所述蝸桿為包絡(luò)蝸桿。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：通過(guò)蝸桿和傳動(dòng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)蝸桿傳動(dòng)，由于蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)比大，偏航蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)速度較小且與蝸桿的轉(zhuǎn)動(dòng)同步，無(wú)需在偏航轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中設(shè)置減速器和制動(dòng)器。

進(jìn)一步，所述卡位結(jié)構(gòu)和所述卡位裝置均設(shè)置有多個(gè)。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：設(shè)置多個(gè)卡位結(jié)構(gòu)和卡位裝置保證發(fā)電機(jī)組不管轉(zhuǎn)動(dòng)到什么位置的時(shí)候都可以通過(guò)卡位裝置和卡位結(jié)構(gòu)卡合固定發(fā)電機(jī)組，避免風(fēng)向變化引起的振動(dòng)造成蝸桿和蝸輪損壞。

進(jìn)一步，所述卡位裝置為電磁插銷。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：通過(guò)數(shù)據(jù)處理器計(jì)算發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)角度，判斷與卡位結(jié)構(gòu)正對(duì)著的電磁插銷，生成控制指令通過(guò)偏航控制器控制與卡位結(jié)構(gòu)正對(duì)的電磁插銷彈出與卡位結(jié)構(gòu)卡合。

進(jìn)一步，所述通訊連接包括：有線連接和/或無(wú)線連接。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的蝸桿和偏航軸承配合示意圖。

附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下：

1、蝸桿，2、蝸輪，3、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，4、卡位結(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本實(shí)用新型，并非用于限定本實(shí)用新型的范圍。

如圖1所示，一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航系統(tǒng)，包括：發(fā)電機(jī)組、塔架、風(fēng)速測(cè)向儀、機(jī)組位置檢測(cè)裝置、數(shù)據(jù)處理器、偏航控制器、偏航電機(jī)、蝸桿 1、偏航軸承2和卡位裝置；發(fā)電機(jī)組的支撐架和偏航軸承2內(nèi)圈固定連接；偏航電機(jī)和卡位裝置固定設(shè)置在塔架內(nèi)；風(fēng)速測(cè)向儀和機(jī)組位置檢測(cè)裝置分別與數(shù)據(jù)處理器通訊連接，數(shù)據(jù)處理器通過(guò)CAN總線與偏航控制器電連接；偏航控制器分別與偏航電機(jī)和卡位裝置電連接；蝸桿1與偏航電機(jī)傳動(dòng)連接；如圖2所示，偏航軸承2包括上端傳動(dòng)結(jié)構(gòu)3和下端卡位結(jié)構(gòu)4，蝸桿1與傳動(dòng)結(jié)構(gòu)3嚙合，卡位裝置與卡位結(jié)構(gòu)4卡接配合。

上述實(shí)施例中，通過(guò)風(fēng)速測(cè)向儀檢測(cè)實(shí)時(shí)風(fēng)向和機(jī)組位置檢測(cè)裝置檢測(cè)此時(shí)的機(jī)組位置，并將實(shí)時(shí)風(fēng)向和機(jī)組位置的信息發(fā)送到數(shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù)處理器計(jì)算風(fēng)向和機(jī)組位置的偏航角度，生成控制指令通過(guò)偏航控制器控制偏航電機(jī)啟動(dòng)并控制卡位裝置縮回，偏航電機(jī)控制蝸桿1轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸桿1與偏航軸承2的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)嚙合，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組的對(duì)風(fēng)，并在對(duì)風(fēng)完成后，控制卡位裝置伸出與偏航軸承2的卡位結(jié)構(gòu)4卡合以固定發(fā)電機(jī)組，避免風(fēng)向變化引起的振動(dòng)造成蝸桿1和偏航軸承2損壞。

優(yōu)選的，偏航電機(jī)包括：異步電機(jī)或伺服電機(jī)，異步電機(jī)使用率更廣且更加堅(jiān)固耐用，在保證運(yùn)行可靠的情況下具有更高的適用性，方便維修更替，伺服電機(jī)可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號(hào)控制，并能快速反應(yīng)，且當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

優(yōu)選的，偏航電機(jī)設(shè)置三個(gè)，每個(gè)偏航電機(jī)分別傳動(dòng)連接一蝸桿1，蝸桿1依次與傳動(dòng)結(jié)構(gòu)3嚙合,蝸桿1圍繞傳動(dòng)結(jié)構(gòu)3呈三角形外接與傳動(dòng)結(jié)構(gòu)3，在保證傳動(dòng)的準(zhǔn)確性的情況下，使傳動(dòng)結(jié)構(gòu)3的轉(zhuǎn)動(dòng)更加穩(wěn)定，起到限位的作用。

優(yōu)選的，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)3為包絡(luò)蝸輪；蝸桿1為包絡(luò)蝸桿，通過(guò)蝸桿1和傳動(dòng)結(jié)構(gòu)3實(shí)現(xiàn)蝸桿1傳動(dòng)，由于蝸桿1傳動(dòng)的傳動(dòng)比大，蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)速度較小且與蝸桿1的轉(zhuǎn)動(dòng)同步，無(wú)需在偏航轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中設(shè)置減速器和制動(dòng)器。

優(yōu)選的，卡位結(jié)構(gòu)4和卡位裝置均設(shè)置有多個(gè)，因?yàn)椴捎昧宋仐U1和渦輪進(jìn)行傳動(dòng)，無(wú)需在偏航傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中設(shè)置減速器和制動(dòng)器，為避免風(fēng)向變化引起的振動(dòng)會(huì)對(duì)蝸桿1和蝸輪造成損壞，設(shè)置卡位裝置和卡位結(jié)構(gòu)4實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組的固定，減少振動(dòng)的影響，卡位結(jié)構(gòu)4和卡位裝置設(shè)置多個(gè)可實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)到不同的位置時(shí)均可找到能進(jìn)行卡合的卡位結(jié)構(gòu)4和卡位裝置，數(shù)據(jù)處理器中會(huì)計(jì)算發(fā)電機(jī)組需偏航的角度，如該偏航角度旋轉(zhuǎn)過(guò)后沒(méi)有能夠進(jìn)行卡合的卡位結(jié)構(gòu)4和卡位裝置，數(shù)據(jù)處理器會(huì)按照能夠進(jìn)行卡合的卡位結(jié)構(gòu)4和卡位裝置的角度生成控制指令進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。

優(yōu)選的，卡位裝置為電磁插銷，通過(guò)數(shù)據(jù)處理器計(jì)算發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)角度，判斷與卡位結(jié)構(gòu)4正對(duì)著的電磁插銷，生成控制指令通過(guò)偏航控制器控制與卡位結(jié)構(gòu)4正對(duì)的電磁插銷彈出與卡位結(jié)構(gòu)4卡合。

優(yōu)選的，通訊連接包括：有線連接和/或無(wú)線連接；風(fēng)速測(cè)向儀設(shè)置在發(fā)電機(jī)組上端。

以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。