液压控制系统及风力发电机组的制作方法

本发明属于风力发电技术领域，尤其涉及一种液压控制系统及风力发电机组。

背景技术：

风力发电机组的机舱安装在塔架顶端，塔架的高度一般在几十米甚至上百米，这种结构特点就造成了将风力发电机组的定子、转子在吊装到塔架顶端安装或更换时的操作十分困难，需要借助大型吊机，而如果是海上风力发电机组，其塔架的高度更高，考虑到海上的，安装环境更难，普通的船只无法承载大型吊机，并且也较难保证大型吊机的稳定性和操作的安全性；并且塔架的高度越高，安装和更换风力发电机组组的难度就越大。在海上安装风力发电机组的过程中，一般需要采用大型吊机，配备大型安装船，借助大型安装船的大型操作平台，以及大型安装船更好的稳定性，从而确保海上风力发电机组组的安装和更换。但是，由于大型安装船、大型吊机都属于重型或者超重型设备，整个吊装成本非常高，从而大幅度提升海上风力发电机组的安装、使用、维护成本。

如果将发电机设置在塔架的中下部，可以解决上述技术问题，但是由于轮毂、齿轮箱都安装于机舱，需要将动力传输到发电机，从机舱到发电机之间的距离为几十米甚至上百米，这样就带来了动力的长距离传输的问题，普通的齿轮传递显然无法解决这样长距离的动力传输。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种液压控制系统及风力发电机组，解决风力发电机组的发电机组设置在塔架上，动力从机舱传输到发电机的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种液压控制系统，用于风力发电机组，包括：

液压泵，由齿轮箱的高速轴驱动液压泵，所述齿轮箱安装在位于塔架顶端的机舱中；

液压马达，用于驱动发电机，所述发电机安装在塔架上；

第一液压通道，连通所述液压马达的出口和所述液压泵的入口，用于回油；

第二液压通道，连通所述液压泵的出口和所述液压马达的入口，用于供油。

可选地，所述发电机安装在所述塔架的中部或下部。

可选地，所述液压控制系统，还包括：

油箱，设在所述第一液压通道上，所述油箱的一端与液压马达的出口连通，另一端与所述液压泵的入口连通。

可选地，所述液压控制系统，还包括：

转速检测单元，用于检测所述发电机或所述液压马达的转速，优选地，所述转速检测单元为转速传感器；

蓄能器，通过双向控制通道与所述第二液压通道连接；

控制器，接收所述转速检测单元的转速信号，并根据转速信号控制所述蓄能器。

进一步地，根据转速信号控制所述蓄能器，包括：

当所述发电机或所述液压马达的转速超过额定转速时，控制所述蓄能器从所述第二液压通道获得能量并储存起来；

和/或，当所述发电机或所述液压马达的转速低于额定转速时，控制所述蓄能器向所述第二液压通道释放能量，使所述发电机或所述液压马达的转速达到额定转速。

进一步地，根据转速信号控制蓄能器，还包括：

当发电机处于故障状态时，控制所述蓄能器从所述第二液压通道获得能量并储存起来。

可选地，所述蓄能器安装在所述塔架内。

可选地，所述双向控制通道，包括：

由所述液压泵供油到所述蓄能器的储能通道和由所述蓄能器向所述液压马达供油的泄能通道。

可选地，所述储能通道上设有第一单向阀，用于控制所述液压泵对所述蓄能器的单向供油；优选地，所述第一单向阀为液控单向阀；

所述泄能通道上设有第二单向阀，用于控制所述蓄能器对所述液压马达的单向供油；优选地，所述第二单向阀为电控单向阀。

可选地，所述储能通道上还设有溢流阀，所述溢流阀位于所述第一单向阀下游的通道上。

可选地，所述液压控制系统还包括油箱，所述油箱设在所述第一液压通道上，所述油箱的一端与液压马达的出口连通，另一端与所述液压泵的入口连通，所述溢流阀的出口与所述油箱连通。

可选地，所述双向控制通道，还包括：

换向通道，所述储能通道、所述泄能通道并联后与所述换向通道连接；在所述换向通道上设有换向阀和继电器，当所述蓄能器中的能量超过极限时，所述继电器工作，驱动所述换向阀换位泄压；优选地，所述换向阀为二位三通换向阀。

可选地，在第二液压通道上设有第三单向阀，用于控制所述液压泵对所述液压马达的单向供油，优选地，所述第三单向阀为液控单向阀。

可选地，所述储能通道连接在所述第三单向阀的上游通道上；所述泄能通道连接在所述第三单向阀的下游通道上。

可选地，所述液压控制系统，还包括：

冷却器，设置在所述油箱与所述液压泵之间的所述第一液压通道上。

第二方面，本发明实施例还提供了一种风力发电机组，包括：

基础；

塔架，固定安装在所述基础上；

机舱，固定安装在所述塔架的顶端，机舱内部设有齿轮箱；

发电机，所述发电机安装在所述塔架上；

上述液压控制系统，所述液压控制系统自所述机舱向下沿着所述塔架布置到所述发电机，以将所述机舱获得的动力传递到所述发电机。

本发明实施例提供的液压控制系统，通过液压泵、液压马达和液压通道的设计，实现了从机舱到塔架上的发电机之间的长距离动力传输。

本实施例提供的液压控制系统，同时能够满足发电机在出现故障、叶轮正常转动时，最大限度保存叶轮所产生的能量，并在液压马达的动力不足以保持发电机在额定转速下运转时，通过蓄能器补偿，使发电机达到额定转速，能够起到稳定发电机功率的作用；与现阶段通过变流器来实现电能的稳定输出相比，本发明中的蓄能器能够更好地稳定风机转速，实现电能的稳定输出。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的液压控制系统的结构示意图。

图2是本发明实施例的风力发电机组的结构示意图。

图3是本发明实施例的液压控制系统的结构示意图。

图4是本发明实施例的液压控制系统的流程示意图。

图中：

1、轮毂；2、机舱；3、塔架；4、发电机；5、油箱；6、冷却器；7、液压泵；8、第一单向阀；9、第三单向阀；10、溢流阀；11、第二单向阀；12、液压马达；13、换向阀；14、继电器；15、蓄能器；16、齿轮箱；21、第一液压通道；22、第二液压通道；23、双向控制通道；231、储能通道；232、泄能通道；233、换向通道；100、液压控制系统。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

图1、图3示出了本发明一较佳实施例的一种液压控制系统。该液压控制系统100，用于风力发电机组，包括：液压泵7、液压马达12、第一液压通道21、第二液压通道22。

由齿轮箱16的高速轴驱动液压泵7，齿轮箱16安装在位于塔架3顶端的机舱2中；液压马达12用于驱动发电机4，发电机4安装在塔架3上；第一液压通道21，连通液压马达12的出口和液压泵7的入口，用于回油；第二液压通道22，连通液压泵7的出口和液压马达12的入口，用于供油。

齿轮箱16由叶轮的轮毂驱动运转，然后通过齿轮箱16的增速作用，通过齿轮箱16的高速轴输出高转速，从而驱动液压泵7运转；液压泵7推动液压油沿着第二液压通道22供送给液压马达12，从而驱动液压马达12运转；液压马达12驱动发电机4的转子运转，进而使发电机4发电并输出电能；第一液压通道21将液压马达12出口的液压油回流到液压泵7，从而实现整个液压控制系统100的循环控制。

由于液压泵7位于塔架3顶端的机舱2内部，液压马达12位于塔架3上的发电机4位置，液压泵7与液压马达12之间具有较长距离。根据风力发电机组的大小而不同，液压泵7与液压马达12的距离可以达到几十米甚至上百米。

利用本发明提供的液压控制系统100，实现了从风力发电机组的塔架3顶端机舱2中的齿轮箱到塔架3上的发电机4的长距离动力传输，与现有技术的风力发电机组采用齿轮进行动力传输的方式相比，结构简单，传输效率高，不受传输距离的限制，解决了现有风力发电机组的齿轮传动机构不能进行长距离动力传输的问题。

可选择地，发电机4安装在塔架3的中部或下部，此时可以通过本发明实施例提供的液压控制系统100进行更大距离的动力传输。

本发明实施例中相关技术术语的含义：

塔架的中部，是相对于整个塔架而言，包括塔架中间位置长度(或高度)为整个塔架长度(或高度)1/3的区域；

塔架的下部，是相对于整个塔架而言，包括塔架下部位置长度(或高度)为整个塔架长度(或高度)1/3的区域；

可选地，该液压控制系统100，还包括油箱5，油箱5设在第一液压通道21上，油箱5的一端与液压马达12的出口连通，另一端与液压泵7的入口连通。油箱5用于存储液压控制系统100的循环液压油，可以将液压马达12出口的液压油储存，并供给液压泵7抽取。

可选地，该液压控制系统100，还包括蓄能器15，蓄能器15安装在塔架3内。

蓄能器15通过双向控制通道23与第二液压通道22连接，用于将叶轮产生的能量储存起来，并在需要补偿发电机4转速的时候释放到第二液压通道22中。

通过转速检测单元检测发电机4或液压马达12的转速；由控制器接收转速检测单元的转速信号，并根据转速信号控制蓄能器15。

优选地，转速检测单元为转速传感器。

如图4所示，具体地，蓄能器15的控制方法，包括：

当发电机4或液压马达12的转速超过额定转速时，控制蓄能器15从第二液压通道22获得能量并储存起来；

当发电机4或液压马达12的转速低于额定转速时，控制蓄能器15向第二液压通道22释放能量，使发电机4或液压马达12的转速达到额定转速。

当发电机4转速超过额定转速时，启动蓄能器15，在保证发电机4在额定转速运转的前提下，将叶轮的一部分能量储存起来；当发电机4转速低于额定转速时，启动蓄能器15，使蓄能器15和叶轮产生的风能同时驱动发电机4转动，使得发电机4达到额定转速，从而达到满发状态，保证发电机4正常运转，提升发电质量。

如图4所示，具体地，蓄能器15的控制方法，还包括：

当发电机4处于故障状态时，控制蓄能器15从第二液压通道22获得能量并储存起来。本液压控制系统中的蓄能器15不仅能够在风机正常工作时蓄能，当发电机4损坏或者发电机4不正常运转或者发电机出现故障灯情况时，叶轮能够正常转动，蓄能器15能够将叶轮产生的能量储存起来，当发电机4正常工作后，用于驱动发电机4转动发电。

与蓄能器15连接的双向控制通道23，包括：储能通道231、泄能通道232和换向通道233，其中储能通道231的作用是由液压泵7供油到蓄能器15，泄能通道232的作用是由蓄能器15向液压马达12供油。储能通道231、泄能通道232并联后与换向通道233连接，当储能通道231打开时，泄能通道232处于关闭状态，当泄能通道232打开时，储能通道231处于关闭状态。

本实施例提供的液压控制系统，通过对双向控制通道23的设计，可以控制蓄能器15完成储能和泄能两种工作状态。

本实施例提供的液压控制系统，同时能够满足发电机在出现故障、叶轮正常转动时，最大限度保存叶轮所产生的能量，并在液压马达的动力不足以保持发电机4在额定转速下运转时，通过蓄能器15补偿，使发电机达到额定转速，能够起到稳定发电机4功率的作用。

为了进一步完善上述设计，储能通道231上设有第一单向阀8，用于控制液压泵7对蓄能器15的单向供油，防止液压油在储能过程中沿着储能通道231反冲到液压泵7；优选地，第一单向阀8为液控单向阀，当第一单向阀8的入口压力大于额定值时启动，具体地该额定值与发电机4的额定转速对应，当发电机4转速超过额定转速时，第一单向阀8的入口压力也大于额定值，此时第一单向阀8打开；

泄能通道232上设有第二单向阀11，用于控制蓄能器15对液压马达12的单向供油，防止液压油在泄能过程中沿着泄能通道232反冲到蓄能器15；优选地，第二单向阀11为电控单向阀，第二单向阀11受控打开或关闭，或者调整第二单向阀11的开度，以使发电机组4的转速低于额定转速时，控制第二单向阀11打开，补偿第二液压通道22的液压，促使发电机组4的转速达到额定转速。

在换向通道233上设有换向阀13和继电器14，继电器14用于当蓄能器15中的能量超过极限时，继电器14工作，驱动换向阀13换位泄压，保证蓄能器15正常工作；优选地，换向阀13为二位三通换向阀。

储能通道231上还设有溢流阀10，溢流阀10位于第一单向阀8下游的通道上。储能通道231上的溢流阀10，辅助第一单向阀8达到安全控制的作用，当蓄能器15储能达到最大值时，由溢流阀10将多余液压能力泄出，从而保证发电机4处于额定转速下工作，避免发电机4超速运转。

液压控制系统100，还包括：油箱5，设在第一液压通道21上，油箱5的一端与液压马达12的出口连通，另一端与液压泵7的入口连通，溢流阀10的出口与油箱5连通，从而使溢流阀10的液压油避免浪费，并且保证整个液压控制系统中的液压油总量保持恒定。

在第二液压通道22上设有第三单向阀9，用于控制液压泵7对液压马达12的单向供油；在发电机4出现故障时，第三单向阀9管壁，从而对蓄能器15进行储能；优选地，第三单向阀为液控单向阀。

储能通道231连接在第三单向阀9的上游通道上，在第三单向阀9关闭时，可以启动储能通道231上的第一单向阀9对蓄能器15储能；泄能通道232连接在第三单向阀9的下游通道上，在泄能补偿时，泄能通道232只对第三单向阀9下游的第二液压通道22进行补偿，避免泄能压力过高回冲到第三单向阀9上游的第二液压通道22，不仅可以保证第一单向阀9的正常工作，还可以保证液压泵7的正常运转。

当发电机4发生故障时，此时发电机4停止转动，液压马达这条油路中的压力会越来越大，此时第三单向阀9关闭，第一单向阀8打开，并控制第二单向阀11关闭，此时由叶轮产生的能量被保存到蓄能器15中。

可选地，该液压控制系统100，还包括冷却器6。冷却器6设置在油箱5与液压泵7之间的第一液压通道21上，用于对第一液压通道21上的油液进行冷却。

如图2所示，本发明实施例还提供一种风力发电机组，包括基础、塔架3、机舱2、发电机4以及本发明实施例提供的液压控制系统100。其中，塔架3固定安装在基础上；机舱2固定安装在塔架3的顶端，机舱内部设有齿轮箱16；发电机4安装在塔架3上，液压控制系统100自机舱2向下沿着塔架3布置到发电机4，以将机舱2获得的动力传递到发电机4。

该液压控制系统100包括：液压泵7、液压马达12、第一液压通道21、第二液压通道22。

由齿轮箱16的高速轴驱动液压泵7；液压马达12用于驱动发电机4；第一液压通道21，连通液压马达12的出口和液压泵7的入口，用于回油；第二液压通道22，连通液压泵7的出口和液压马达12的入口，用于供油。

本发明实施例提供的风力发电机组，利用液压泵7、液压马达12以及二者之间的液压通道，实现了从塔架3顶端的齿轮箱到塔架3中下部的发电机4的长距离动力传输，与现有技术的风力发电机组采用齿轮进行动力传输的方式相比，结构简单，传输效率高，不受传输距离的限制，解决了现有风力发电机组的齿轮传动机构不能进行长距离动力传输的问题。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。