一种机械液压混合传动型风机传动链及其控制方法

本发明涉及风力发电领域，具体为一种机械液压混合传动型风机传动链及其控制方法。

背景技术：

1、随着技术的不断进步和成本的降低，风力发电机的安装和维护成本逐渐减少，越来越多的国家和地区选择使用风力发电来满足能源需求。风力发电机利用风能发电，是一种清洁、可再生的能源，不会产生二氧化碳等温室气体，有助于减少对环境的污染。本文提出一种机械液压混合传动型风机传动链，具有传动稳定、高性能、高效率、高适应性、低风速风能资源可高效利用的风力发电装置，对风力机发展具有非常重要的意义。

2、目前许多海陆发电装置均采用机械传动，无法根据风速进行相应调速，对风能利用率低，在恶劣环境下，风机无法减小冲击载荷，这种情况下齿轮箱故障率较高。为了解决这个问题，采用液压传动实现了捕能装置与发电机间的柔性链接，同时采用机械传动增加风能传动效率，机械液压混合传动型传动链均可对不同风速下进行调速处理，提高系统传动的平稳性。此外，油路中增设的蓄能器可进一步降低恶劣风况下对发电机的冲击，提高了设备的可靠性，延长了设备的寿命周期。

3、机械液压混合传动型风机的使用，可将机位数和发电量大幅提升50%以上，大量节省国土资源，机械传动可实现四挡调速，调速更加平稳，液压传动可实现无极调速，调速范围大，对海陆不同风况下适应力很强，应用前景极为广阔。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供一种机械液压混合传动型风机传动链及其控制方法，在机械传动型传动链实现四挡变速，液压传动型传动链实现无极变速，对低风速风况下风能利用率高，系统传动更加平稳，在极端恶劣风况下减小了对发电机的冲击，提高了设备的可靠性，延长了设备的寿命周期。

2、为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种机械液压混合传动型风机传动链，包括机械传动型传动链，所述机械传动型传动链包括塔筒，塔筒的顶部安装有机箱，机箱的内部安装有齿轮箱，齿轮箱的安装有主轴，主轴的风机主轴端头安装有叶轮，风机主轴通过电磁离合器与一级增速主轴相连，一级增速主轴通过第一直齿传动机构与中间轴啮合传动，中间轴通过第二直齿传动机构与二级增速主轴啮合传动，二级增速主轴和中间轴之间设置有第三直齿传动机构、第四直齿传动机构和第五直齿传动机构，二级增速主轴通过联轴器与第一发电机相连；

3、所述机械传动型传动链的中间轴与液压传动型传动链相连，所述液压传动型传动链安装在塔筒底部。

4、所述主轴包括风机主轴、一级增速主轴、二级增速主轴、中间轴，风机主轴与一级增速主轴由电磁离合器相连，并控制动力的接合和切断；

5、所述第一直齿传动机构包括相互啮合的第一大齿轮和第一小齿轮，第二直齿传动机构包括相互啮合的第二小齿轮和第二大齿轮，第三直齿传动机构包括相互啮合的第三小齿轮和第三大齿轮，第四直齿传动机构包括相互啮合的第四小齿轮和第四大齿轮，第五直齿传动机构包括相互啮合的第五小齿轮和第五大齿轮；

6、所述第二大齿轮、第三大齿轮、第四大齿轮和第五大齿轮分别通过花键与中间轴配合相连，第二小齿轮、第三小齿轮、第四小齿轮和第五小齿轮与二级增速主轴相互独立转动；

7、所述二级增速主轴上还包括同步器，同步器包括一级同步器和二级同步器，一级同步器控制第二小齿轮和第三小齿轮与二级增速主轴的转速同步，二级同步器控制第四小齿轮和第五小齿轮与二级增速主轴的转速同步。

8、所述机械传动型传动链的动力由叶轮经电磁离合器输入到一级增速主轴，再由第一直齿传动机构的齿轮啮合传动将动力输出至中间轴，中间轴上的齿轮与二级增速主轴上的齿轮相啮合，并借助同步器将动力输出到二级增速主轴上，动力由联轴器输入到第一发电机中，第一发电机开始发电。

9、所述液压传动型传动链包括中间轴、电涡流传感器、变量泵、定量泵、液压缸、发电回路单向阀、补油回路单向阀、气囊式蓄能器、活塞式蓄能器、液控蓄能器端二位二通电磁阀、液控卸荷端二位二通电磁阀、三位四通电磁比例伺服阀、液控输入端溢流阀、液控输出端溢流阀、补油回路溢流阀、第一油箱、第二油箱、第三油箱、散热器、定量液压马达、第二发电机、电动机和过滤器；

10、所述液压传动型传动链中液控蓄能器端二位二通电磁阀控制活塞式蓄能器与主回路的接入与断开；液控输入端溢流阀、液控输出端溢流阀分别位于主回路的变量泵输入端、定量液压马达的输入端；补油回路溢流阀位于补油回路输出端；液控输入端溢流阀、液控输出端溢流阀和补油回路溢流阀的输出都与第一油箱或第二油箱相连，用来维持液压回路液压的稳定；液控卸荷端二位二通电磁阀位于定量液压马达的输入端，输出与第一油箱相连，控制主回路的卸荷；定量液压马达与第二发电机相连，液压能转换为机械能；散热器位于定量液压马达的输出端，冷却定量液压马达输出的液压油，散热器的输出的液压油流回到相应液压泵的输入端；定量泵与过滤器相连，过滤器的输入与第三油箱相连，电动机与定量泵相连，驱动定量泵的转动。

11、所述液压传动型传动链的动力由中间轴提供，电涡流传感器监控转轴转速，变量泵与中间轴相连；在主回路在中，液压油首先由变量泵输出到发电回路单向阀，气囊式蓄能器和活塞式蓄能器吸收或释放多余液压油，剩余液压油输入到定量液压马达，再输出至与定量液压马达相连的第二发电机，发电机开始发电，定量液压马达输出的液压油回到主回路的散热器，液压油散热后回到变量泵；在补油回路中，电动机驱动定量泵，将第三油箱中的液压油经过过滤器过滤后，液压油输入到补油回路单向阀，液压油输出到主回路中。

12、所述风机主轴采用四点支撑，由主轴轴承承担风轮重量、风机主轴与齿轮箱全部重量、风轮弯矩和风轮的部分轴向力；齿轮箱采用两个弹性支撑，来承担风轮的转矩；主轴轴承包括第一主轴轴承和第二主轴轴承；

13、液压传动型传动链中，除电涡流传感器、变量泵、液压缸布置于塔筒顶部外，剩余液压元件布置于塔筒底部，以减轻塔筒的重量，同时便于维修监控。

14、所述齿轮箱内部还设置有用于对主轴进行支撑的轴承组件，所述轴承组件包括第一一级增速主轴轴承、第二一级增速主轴轴承、第一中间轴轴承、第二中间轴轴承、第三中间轴轴承、第四中间轴轴承、第五中间轴轴承、第六中间轴轴承、第七中间轴轴承和第八中间轴轴承。

15、一种机械液压混合传动型风机传动链的控制方法：

16、机械传动型传动链采用四档变速方法，通过控制同步器与齿轮的接合与断开完成换挡来适应不同的风况；

17、当风速低于切入风速时，机械传动型传动链启动困难，此时二级同步器都不与二级增速主轴上的齿轮接合，使机械传动型传动链停止工作，第一发电机停止工作，由液压传动型传动链发电，而机械传动型传动链不发电；

18、当风速高于切入风速而低于额定风速时，设有三挡变速，以适应风速变化，此时，当风速较小时，挡位置于一挡，电磁离合器传递来自风机主轴的动力至第一直齿传动机构，再传递给第二直齿传动机构，一级同步器与第二小齿轮接合，动力传递到二级增速主轴，第一发电机发电；当风速适中时，挡位置于二挡，一级同步器与第三小齿轮接合，动力传递到二级增速主轴，第一发电机发电；当风速较大时，挡位置于三挡，二级同步器与第四小齿轮接合，动力传递到二级增速主轴，第一发电机发电；

19、当风速高于额定风速时，挡位置于四挡，二级同步器与第五小齿轮接合，动力传递到二级增速主轴，第一发电机发电。

20、液压传动型传动链采用无极调速的方法，采用三位四通电磁比例伺服阀控制变量泵的排量来适应不同的风况；

21、当风速低于切入风速时，主回路的油压低，通过增大变量泵的排量，以及气囊式蓄能器、活塞式蓄能器和补油回路提供额外液压油，实现低风速下发电；

22、当风速高于切入风速而低于额定风速时，液控卸荷端二位二通电磁阀打开，定量液压马达停止工作，第二发电机停止工作，由机械传动型传动链进行发电，而液压传动型传动链不发电，使传动效率更高；

23、当风速高于额定风速时，液控卸荷端二位二通电磁阀关闭，定量液压马达开始工作，在风机启动过中，由补油回路提供一定液压油，增大液压回路初始油压，使液压回路响应更快，为使主回路油压稳定，通过减小变量泵的排量以及气囊式蓄能器、活塞式蓄能器的运转，使定量液压马达达到第二发电机所需要的额定转速。

24、机械传动型传动链能够实现四挡变速，调速范围1/20~1/100，液压传动型传动链能够实现无极调速，调速范围在1~2000，所述第一发电机的功率在5 mw-20 mw之间、第二发电机的功率在1 mw-5 mw之间，所述电动机的功率在5 kw-1 mw之间。

25、本发明有如下有益效果：

26、1、本发明采用机械液压混合传动，在机械传动型传动链实现四挡变速，传动效率有效提高，液压传动型传动链实现无极变速，系统传动更加平稳，在极端恶劣风况下，液压传动中的蓄能器可进一步降低恶劣风况下对发电机的冲击，提高了设备的可靠性，延长了设备的寿命周期。

27、2、本发明中风机对风能利用率大幅提高，在低风速风况下，通过调整蓄能器、变量泵以及补油回路的发电机额外补充旋转所需动力，扩大风机有效发电的风速范围，提升风的风能利用率和发电量。