液压蓄能式风力发电机组的制作方法

本发明属于风力发电技术领域，特别涉及一种液压蓄能式风力发电机组。

背景技术：

随着近几年来世界传统能源的不断减少，新型能源不断被发掘从而替代越来越少的化石燃料。作为一种环保型的可再生能源，风力发电也因此得到了长足发展，为世界能源的逐渐枯竭和环境危机做出了应有的贡献。液压蓄能式风力发电机组设备作为风力发电的一种类型得到了前所未有的关注，已经在世界各地开始试验并投入使用，将会逐步替代传统的增速齿轮箱—双馈发电机系统以及直驱—变流器发电系统成为一种新型风力发电技术。

目前，大多数液压蓄能式风力发电机组在实际运行过程中由于风速变化范围大而引起发电机功率与风轮功率适应性不强，无法保证液压功率与发电机功率的相匹配，进而降低了风能利用率及发电品质。

针对上述问题提出液压蓄能式风力发电机组，可适应不同大小的风速，将不同功率的风能转化为机械能，机械能转化为液压能，液压能转化为电能，从而适应不同功率的风能进行发电工作。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种液压蓄能式风力发电机组，可适应不同大小的风速，将不同功率的风能转化为机械能，机械能转化为液压能，液压能转化为电能，不同功率的风能进行发电工作。

本发明的液压蓄能式风力发电机组，包括动力源组、发电组以及蓄能组，所述动力源组包括风轮、与风轮传动配合的齿圈、与齿圈啮合的多个行星轮以及动力输入端与行星轮传动配合的恒压变量液压泵，所述恒压变量液压泵与行星轮之间设置有用于控制动力通断的离合器，所述发电组包括若干个液压马达以及与液压马达额定功率匹配并被驱动的发电机，所述各恒压变量液压泵的出液口通过进液主管与各液压马达进液口连接，所述各液压马达的出液口通过回液主管与各恒压变量液压泵的进液口连接；所述蓄能组用于在离合器闭合但无发电需求时蓄能，在离合器断开时放能驱动发电组发电。

进一步，还包括补油组，所述补油组包括油箱、用于从油箱中为回液主管补油的补油泵以及连接于油箱与补油泵之间油管上用于过滤油液的过滤器。

进一步，所述蓄能组包括若干个蓄能器以及若干个储气罐，所述蓄能器开有通液口以及通气口，所述蓄能器的通气口连接于储气罐进气口，所述蓄能器通液口连接于进液主管，蓄能器通液口、通气口以及储气罐进气口处的管路设置有阀门，储能时，恒压变量液压泵驱动油液循环使得进液主管内部分油液进入蓄能器内并压缩蓄能器内空气使该空气进入至储气罐内，放能时，储气罐内气体进入蓄能器内并压缩蓄能器内油液使该油液进入进液主管内循环用于辅助发电。

进一步，所述进液主管与各液压马达进液口之间设置有电动截止阀，所述离合器与电动截止阀一一匹配或一对多匹配实现同步中断或连通以使得恒压变量液压泵的总输出功率和液压马达的总输入功率相匹配。

进一步，还包括控制组，所述控制组包括连接于进液主管与回液主管之间的冲洗阀，所述冲洗阀的出液口连接于油箱，所述冲洗阀在进液主管通入高压油后进行换向，换向后使得回液主管部分高温低压油液经冲洗阀排至油箱中。

进一步，所述控制组还包括溢流阀，所述溢流阀进液口连接于冲洗阀出液口、出液口连接于油箱，溢流阀进液口还连接于补油泵出液口，所述补油泵出液口与溢流阀进液口之间的管路上设置有只供油液从补油泵向溢流阀单向流动的一号单向阀，所述补油泵出液口与回液主管之间的管路上设置有只供油液从补油泵向回液主管单向流动的二号单向阀。

进一步，所述控制组还包括顺序连接的三号单向阀、四号单向阀、五号单向阀、六号单向阀以及安全阀，三号单向阀进液口与四号单向阀出液口之间的管路与进液主管连通，五号单向阀出液口和六号单向阀进液口之间的管路与回液主管连通，所述三号单向阀出液口和六号单向阀出液口之间的管路以及四号单向阀进液口和五号单向阀进液口之间的管路分别与安全阀的进液口以及出液口连接。

进一步，所述储气罐上设置有用于检测储气罐内液位高度的液位计。

进一步，所述进液主管上设置有一号压力传感器，所述回液主管上设置有二号压力传感器，一号压力传感器与进液主管连接处、蓄能器通液口与进液主管连接处、冲洗阀与进液主管连接处、三号单向阀与四号单向阀之间的管路与进液主管连接处以及液压马达进液口与进液主管连接处在进液主管上沿油液流向方向依次布置，所述二号压力传感器与回液主管连接处、补油泵出液口与回液主管连接处、冲洗阀与回液主管连接处、五号单向阀和六号单向阀之间的管路与回液主管连接处以及液压马达出液口与回液主管连接处在回液主管上沿逆着油液流向方向依次布置。

进一步，所述恒压变量液压泵出液口处设置有防止油液逆流的七号单向阀。

本发明的有益效果：

本发明通过离合器的结合或中断可选择需要运行的恒压变量液压泵数量，根据风力的大小适应性地匹配运行恒压变量液压泵的数量，发电机功率与风轮功率适应性强，有效保证液压功率与发电机功率相匹配，提高风能利用率及发电品质。该风轮可适应风力大小的范围较广，启动机组发电的风力阈值较低，便于在微风状态下发电，该机组在不需要发电以及需要停车时将所有的离合器分离，可保证制动的安全性；齿圈与行星轮的配合方式既可使得风轮同步驱动各个恒压变量液压泵，也通过较大的传动比满足变量泵高转速的要求；离合器的设置使得在停机时无需通过制动器制动风轮旋转轴，通过离合器动作利于发动机组的平稳停机，且安全性高；

本发明采用恒压变量液压泵能够更好地捕获追踪不同功率风能变化的需要并保证发电机发电及蓄能器充液时压力的稳定性，风能利用率与系统转换效率高；

本发明能够充分利用蓄能组中液压能与气压能相互转化的优势，不仅提高了蓄能组发电时的稳定性，同时扩大了液压能的使用范围，还可实现发电连续性；

本发明通过控制组保证了管路中油液压力的稳定，并且创造了自循环闭式回路，在正常维修刹车或紧急临时刹车时，用于缓冲管路中异常升高的液压冲击，提高制动效果的稳定性和安全性；同时控制组还可形成循环液压油的冷却过滤，提高机组的散热能力，提高机组使用寿命。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明结构示意图；

图2为动力源组结构示意图；

图3为发电组结构示意图；

图4为蓄能组结构示意图；

图5为补油组结构示意图；

图6为控制组结构示意图；

具体实施方式

本实施例提供了一种液压蓄能式风力发电机组，包括动力源组10、发电组20以及蓄能组30，所述动力源组包括风轮11、与风轮传动配合的齿圈12、与齿圈啮合的多个行星轮13以及动力输入端与行星轮传动配合的恒压变量液压泵14，所述恒压变量液压泵与行星轮之间设置有用于控制动力通断的离合器15，所述发电组包括若干个液压马达以及与液压马达21匹配并被驱动的发电机22，所述各恒压变量液压泵的出液口通过进液主管61与各液压马达进液口连接，所述各液压马达的出液口通过回液主管62与各恒压变量液压泵的进液口连接；所述蓄能组用于在离合器闭合但无发电需求时蓄能，在离合器断开时放能驱动发电组发电。

结合图1所示，恒压变量液压泵的动力输入端为泵体转轴的输入端，恒压变量液压泵能够更好地捕获追踪不同功率风能变化的需要并保证发电机发电及蓄能器充液时压力的稳定性；通过行星轮驱动变量泵转动从而驱动内循环油液流动，风能驱动风轮11转动，风轮通过旋转轴17与齿圈转动配合，实现了风能转化为机械能，风轮还安装有制动器用以辅助制动旋转轴，齿圈驱动各个行星轮转动进而通过行星轮驱动恒压变量液压泵，机械能传递给不同恒压变量液压泵，实现了机械能转化为液压能；恒压变量液压泵驱动油液在进液主管61流动至液压马达21进液口并驱动液压马达运行后经过液压马达的出液口流出，油液经过回液主管62流回至恒压变量液压泵的进液口处，在这个过程中液压马达驱动发电机运行实现发电，将液压能转换为电能；旋转轴上安装有一号扭矩转速传感器18，从而实时监测旋转轴上的力矩值与转速值，通过离合器的结合或中断可选择运行的恒压变量液压泵数量，离合器的设置使得在停机时无需通过制动器制动风轮旋转轴，通过离合器动作利于发动机组的平稳停机，在不需要发电以及需要停车时将所有的离合器分离，可保证制动的安全性；本实施例中优选各个恒压变量液压泵排量不同，便于通过调节恒压变量液压泵的运行数量进而匹配风轮的不同输入功率，齿圈与行星轮的配合方式既可使得风轮同步驱动各个恒压变量液压泵，也可通过较大的传动比满足变量泵高转速的要求，其中齿圈12为内齿结构，行星轮13与齿圈内侧啮合，该结构可使得齿圈与行星轮布置紧凑，降低占用空间；离合器的启闭可以人为观测一号扭矩转速传感器的数据人工进行控制离合器从而匹配风轮输入功率与各个恒压变量液压泵总输出功率的匹配，或者一号扭矩转速传感器的数据可上传至控制器，通过控制器分析风轮的输入功率发动指令自动控制离合器的启闭，根据风力的大小适应性地匹配运行恒压变量液压泵的运行数量，恒压变量液压泵与风轮输入功率适应性强，有效保证液压功率与发电功率相匹配，提高风能利用率及发电品质，该风轮可适应风力大小的范围较广，启动机组发电的风力阈值较低，便于在微风状态下发电。

本实施例中，还包括补油组40，所述补油组包括油箱41、用于从油箱中为回液主管62补油的补油泵42以及连接于油箱与补油泵之间油管上用于过滤油液的过滤器43；过滤器安装在主油箱上过滤油液，过滤器采用现有过滤设备，具体不在赘述，补油泵将油液补充至回液主管内用于补充油液循过程中的泄露以及补充从回液主管内直接流回至油箱内造成的油液缺失，该结构能够保证恒压变量液压泵的进液口吸入充足的带压油液，同时也为回油主管中油液的强制循环散热冷却提供了条件。

本实施例中，所述蓄能组包括若干个蓄能器31以及若干个储气罐32，所述蓄能器开有通液口以及通气口，所述蓄能器的通气口连接于储气罐进气口，所述蓄能器通液口连接于进液主管61，蓄能器通液口、通气口以及储气罐进气口处的管路设置有阀门，储能时，恒压变量液压泵驱动油液循环使得进液主管内部分油液进入蓄能器内并压缩蓄能器内空气，当气压上升到一定阈值后，压缩空气进入至储气罐内，放能时，当蓄能器内液压下降到一定阈值后，储气罐内压缩气体进入蓄能器内并压缩蓄能器内油液使该油液进入进液主管内循环用于辅助发电，具体阈值依据实际使用工况人工设定。储气罐进气口作为储能时的进气口也作为放能时的出气口，结合附图所示，蓄能器为罐状结构，每个储气罐内部配置隔离活塞，储气罐为现有结构，具体不在赘述；通液口位于蓄能器的底部用于与进液主管之间进行油液交换，通气口开设于蓄能器的顶部，即保证蓄能器内空气从上方进入或排出，在蓄能器的通气口处以及通液口处均设置有阀门，在储气罐的进气口以及出气口处均设置有阀门，方便每个蓄能器或者储气罐单独或若干个配合使用；当风轮转动驱动恒压变量液压泵工作但无发电需求时，首先打开蓄能器通液口处阀门，当蓄能器内气压不在增加时打开蓄能器通气口处阀门以及储气罐进气口处阀门，进液主管内的油压较高，部分油液进入至蓄能器内压缩蓄能器内的气体，当气压上升到一定值后，使得蓄能器内压缩气体进入储气罐内形成高压气态实现蓄能，当有发电需求但风力不够时，当蓄能器内的液压下降到一定值后，储气罐放能，储气罐释放高压气体进入至蓄能器中驱动蓄能器中油液进入进液主管内实现油液循环发电，其中各个储气罐并联后各个进气口汇集于一处与各个蓄能器的通气口连通，在蓄能时，一个或多个蓄能器可同时向一个或多个储气罐充气；在放能发电时，一个或多个储气罐可以同时向一个或多个蓄能器充气，确保蓄能器排液压力稳定。

本实施例中，所述进液主管与各液压马达进液口之间设置有电动截止阀24，所述离合器与电动截止阀一一匹配或一对多匹配实现同步中断或连通以使得恒压变量液压泵的总输出功率和液压马达的总输入功率相匹配；本实施例中，优选各个液压马达额定功率不同，其中发电机与对应的液压马达额定功率相匹配，匹配代表发电机与对应的液压马达额定功率相同，或者液压马达额定功率稍大于发电机的额定功率，二者的额定功率相差不大，液压马达动力输出端与发电机动力输入端通过传动轴实现传动配合，该传动轴上安装有二号扭矩转速传感器23，从而实时监测发电机的输入功率，其中一号扭矩转速传感器和二号扭矩转速传感器可以由单独的力矩传感器以及转速传感器构成的传感器组件，也可以为同时集成有检测力矩以及转速功能的传感器，扭矩转速传感器可采用cfnd型或其他现有型号的扭矩转速传感器，电动截止阀安装在液压马达进液口处用于控制液压马达是否进油工作，采用电动截止阀利于与离合器的匹配控制，即控制相应的发电机是否工作，即电动截止阀接通时，相应的液压马达以及发电机工作，电动截止阀断开时，相应的液压马达以及发电机停止工作；离合器与电动截止阀可通过人工匹配并控制，一个离合器与一个或多个电动截止阀匹配，离合器与电动截止阀实现同步中断或连通，即在离合器结合时，与结合的离合器相匹配的电动截止阀打开，相应的恒压变量液压泵、液压马达以及发电机同时工作，保证恒压变量液压泵的输出功率与发电机组的输入功率匹配；离合器与电动截止阀可通过人工设定匹配也可通过控制器自动匹配控制，通过控制器控制时，电动截止阀的执行器可由离合器远程进行通、断电控制，即离合器结合时相应的电动截止阀自动打开，离合器分离时相应的电动截止阀自动关闭，通过一号扭矩转速传感器和二号扭矩转速传感器的设置便于控制器实时提取风轮的输入数据以及发电机的输入数据，便于离合器以及电动截止阀的匹配控制；进液主管与各液压马达进液口之间的阀门为电动截止阀也便于离合器的远程控制；该结构可使得恒压变量液压泵的高输出功率对应液压马达的高输入功率，恒压变量液压泵的低输出功率对应液压马达的低输入功率。

本实施例中，还包括控制组50，所述控制组包括连接于进液主管61与回液主管62之间的冲洗阀51，所述冲洗阀为三位三通液控换向阀，冲洗阀的出液口连接于油箱，所述冲洗阀10在进液主管通入高压油后进行换向，换向后使得回液主管部分高温低压油液经冲洗阀排至油箱41中；其中冲洗阀为液压循环中为常用部件，具体不在赘述；在风轮转动驱动恒压变量液压泵动作时，进液主管内油液形成高压循环状态，此时高压油进入冲洗阀10内并驱动其换向，换向后使得回液主管与冲洗阀出液口贯通，应保证回液主管中约25％的高温低压油液排出到油箱中，同时补油泵对回液主管的油液补充以保证回液主管油压的稳定性，回液主管部分油液进入油箱进行强制循环冷却、过滤；该结构利于液压油的循环冷却过滤，提高机组的散热能力，提高机组使用寿命；

本实施例中，所述控制组还包括溢流阀52，所述溢流阀进液口连接于冲洗阀出液口、出液口连接于油箱，溢流阀进液口还连接于补油泵出液口，所述补油泵出液口与溢流阀进液口之间的管路上设置有只供油液从补油泵向溢流阀单向流动的一号单向阀53，所述补油泵出液口与回液主管62之间的管路上设置有只供油液从补油泵向回液主管单向流动的二号单向阀54；结合附图所示，该结构使得恒压变量液压泵进液口压力、补油泵出液口压力与溢流阀设定的压力相同，通过调节溢流阀的设定压力而调节恒压变量液压泵进液口压力和补油泵出液口压力，该结构提高整个液压系统压力稳定性，其中一号单向阀和二号单向阀保证油液流向，防止逆流，进一步提高液压系统流动的稳定性。

本实施例中，所述控制组50还包括顺序连接的三号单向阀55、四号单向阀56、五号单向阀57、六号单向阀58以及安全阀59，三号单向阀55进液口与四号单向阀56出液口之间的管路与进液主管61连通，五号单向阀57出液口和六号单向阀58进液口之间的管路与回液主管62连通，所述三号单向阀55出液口和六号单向阀58出液口之间的管路以及四号单向阀56进液口和五号单向阀57进液口之间的管路分别与安全阀59的进液口以及出液口连接。上述四个单向阀结合安全阀共同组成了缓冲制动阀组，四个单向阀首尾相连构成自循环闭式回路，在正常维修刹车或紧急临时刹车时，用于缓冲管路中异常升高的液压冲击，提高制动效果的稳定性和安全性；同时结合安全阀能够维持进液主管压力以及蓄能器充液压力稳定，利用蓄能组发电时稳定性高并提高了蓄能组发电时的能量利用率。

本实施例中，所述储气罐32上设置有用于检测储气罐内隔离活塞高度的液位计33；所述储气罐设置有进气口和出气口，储气罐进气口连接于蓄能器的通气口，储气罐出气口设置有阀门留以备用，当储气罐中的液位处于最高液位时，储气罐进气口处阀门关闭，出气口处阀门关闭，此时储气罐保压；当储气罐中的液位处于最低液位时，储气罐进气口处阀门打开，出气口处阀门关闭，此时进气储能；当处于中间液位时，可只开进气口处阀门用于进气储能或者同时开进气口处阀门和出气口处阀门，同时进气或者出气；或者储气罐不设出气口只设置进气口时，通过磁翻板液位计控制进气口处阀门即可，当储气罐中的液位处于最高液位时，储气罐进气口处阀门关闭，此时储气罐保压；当储气罐中的液位处于最低液位时，储气罐进气口处阀门打开，此时进气储能；当处于中间液位时，可打开进气口处阀门进气储能或出气放能或者关闭进气口处阀门用于保压，具体打开情况视使用工况而定；

本实施例中，所述进液主管61上设置有一号压力传感器71，所述回液主管62上设置有二号压力传感器72，一号压力传感器71与进液主管61连接处、蓄能器通液口与进液主管61连接处、冲洗阀51与进液主管61连接处、三号单向阀55与四号单向阀56之间的管路与进液主管61连接处以及液压马达进液口与进液主管61连接处在进液主管上沿油液流向方向依次布置，所述二号压力传感器72与回液主管62连接处、补油泵42出液口与回液主管62连接处、冲洗阀51与回液主管62连接处、五号单向阀57和六号单向阀58之间的管路与回液主管62连接处以及液压马达出液口与回液主管62连接处在回液主管上沿逆着油液流向方向依次布置；结合附图所示，一号压力传感器71和二号压力传感器72的布置位置可实时检测恒压变量液压泵的出液口以及进液口的压力，避免其他支路影响检测结果，一、二号压力传感器可p250型或者其他型号的现有传感器，一号压力传感器实时监测进液主管压力，当监测值超过系统压力的10％时，触发安全阀72溢流，从而维持系统压力稳定；二号压力传感器实时监测回液主管压力，当监测回液主管中油液压力超过2.5mpa时，触发溢流阀52溢流，从而保证恒压变量液压泵的进液口有充足的低温油液吸入，具体触发安全阀以及溢流阀可通过人工监控并操作进行触发，或者通过控制器自动控制触发，具体不在赘述，具体触发溢流阀和安全阀的条件可依据使用工况进行调节；

本实施例中，所述恒压变量液压泵出液口处设置有防止油液逆流的七号单向阀16；结合附图所示，通过每个恒压变量液压泵出液口处均配合有七号单向阀，用以保证油液向外流动，防止逆流，保证发电机组的稳定性。

在发电机组运行初始时，向蓄能器中充入足够的氮气，且恒压变量液压泵、油箱、过滤器、补油泵、液压马达、所有的液压管路充入洁净的液压油；

充气充液完成后，进入调试阶段，用以调节发电机组的自动控制系统是否完善，具体按照以下步骤进行：

1、利用制动器制动风轮旋转轴17，分离所有离合器并关闭所有电动截止阀24；

2、关闭蓄能器31通气口以及通液口处阀门，关闭储气罐32进气口和排气口处的阀门；

3、使得一个或者多个离合器15结合与分离，并且能够实现在最大功率下所有离合器结合后又在得到紧急停车命令后全部自动分离；

4、触发不同功率的指令控制离合器动作，检查与离合器15对应的一个或者多个电动截止阀24的通断情况，保证自动离合器结合时触发相应的电动截止阀接通，自动离合器分离时触发相应的电动截止阀断开；

5、制动器松开风轮旋转轴17；

6、打开每个蓄能器31通气口以及通液口处阀体，打开储气罐32进气口和排气口处的阀体；

7、启动补油泵43，利用风轮驱动使得发电机开始正常发电并在无需发电时通过蓄能组蓄能。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。