一种风力发电机组偏航系统的制作方法

本实用新型涉及风力发电设备技术领域，特别涉及一种风力发电机组偏航系统。

背景技术：

风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球的风能约为2.74×10⁹MW，其中可利用的风能为2×10⁷MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。风机偏航系统是风力发电机组特有的控制系统，风力机的偏航系统也称为对风装置，其作用在于当风速矢量的方向变化时，能够快速平稳地对准风向，以便风轮获得最大的风能。偏航控制系统主要由偏航测量、偏航驱动传动部分、纽缆保护装置三大部分组成。主要实现两个功能:一是使机舱跟踪变化稳定的风向；二是由于偏航的作用导致机舱内部电缆发生缠绕而自动解除缠绕。由于风能具有能量密度低、随机性和不稳定性等特点,因此偏航系统的偏航轴承要承受不特定风力所产生的冲击载荷，具有间歇工作，启停频繁，传递扭矩较大，传动比高的特点。

风力发电机组偏航控制系统是一个复杂多变量非线性不确定系统,当外部环境因素不确定时，如风速太大时，不恰当的偏航角会降低叶片乃至整个机组的使用寿命，会造成较大的影响，因此,及时对偏航进行诊断是机组安全高效运行的关键。传统的检测手段是依赖仪器检测，随着风电场精细化运营要求的提高，对偏航系统的在线诊断和纠正偏航系统的研究逐渐成为研究热点。如何能实时有效的诊断和调整偏航系统，使其能够兼顾风力发电机组使用寿命和安全运行以及风能利用率等问题。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能提高偏航系统运行速度和安全系数的偏航系统。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种风力发电机组偏航系统，包括：发电机组和塔架，该偏航系统还包括：风速测向仪、机组位置检测装置、数据处理器、偏航控制器、偏航电机、蜗杆、偏航轴承和卡位装置；所述发电机组的支撑架和所述偏航轴承内圈固定连接；所述偏航电机和所述卡位装置固定设置在所述塔架内；所述风速测向仪和所述机组位置检测装置分别与数据处理器通讯连接，所述数据处理器通过CAN总线与所述偏航控制器电连接；所述偏航控制器分别与所述偏航电机和所述卡位装置电连接；所述蜗杆与所述偏航电机转动连接；所述偏航轴承包括上端传动结构和下端卡位结构，所述蜗杆与所述传动结构啮合，所述卡位装置与所述卡位结构卡接配合。

本实用新型的有益效果是：通过风速测向仪和机组位置检测装置检测风向和发电机组的位置，发送到数据处理器分析发电机组是否对风，并生成控制指令通过偏航控制器控制偏航电机和卡位装置实现发电机组的对风，并在最终对风后，通过卡位装置与卡位结构卡合将发电机组固定。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，所述偏航电机包括：异步电机或伺服电机。

采用上述进一步方案的有益效果是：异步电机使用率更广且更加坚固耐用，在保证运行可靠的情况下具有更高的适用性，方便维修更替，伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，且当信号电压为零时无自转现象。

进一步，所述偏航电机至少设置三个，每个偏航电机分别传动连接一所述蜗杆。

采用上述进一步方案的有益效果是：设置多个偏航电机和与偏航电机连接的蜗杆，利用蜗杆带动传动结构，保证传动结构转动的稳定性。

进一步，所述传动结构为包络蜗轮；所述蜗杆为包络蜗杆。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过蜗杆和传动结构实现蜗杆传动，由于蜗杆传动的传动比大，偏航蜗轮转动速度较小且与蜗杆的转动同步，无需在偏航转动机构中设置减速器和制动器。

进一步，所述卡位结构和所述卡位装置均设置有多个。

采用上述进一步方案的有益效果是：设置多个卡位结构和卡位装置保证发电机组不管转动到什么位置的时候都可以通过卡位装置和卡位结构卡合固定发电机组，避免风向变化引起的振动造成蜗杆和蜗轮损坏。

进一步，所述卡位装置为电磁插销。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过数据处理器计算发电机组转动角度，判断与卡位结构正对着的电磁插销，生成控制指令通过偏航控制器控制与卡位结构正对的电磁插销弹出与卡位结构卡合。

进一步，所述通讯连接包括：有线连接和/或无线连接。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种风力发电机组偏航系统结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的蜗杆和偏航轴承配合示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、蜗杆，2、蜗轮，3、传动结构，4、卡位结构。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1所示，一种风力发电机组偏航系统，包括：发电机组、塔架、风速测向仪、机组位置检测装置、数据处理器、偏航控制器、偏航电机、蜗杆 1、偏航轴承2和卡位装置；发电机组的支撑架和偏航轴承2内圈固定连接；偏航电机和卡位装置固定设置在塔架内；风速测向仪和机组位置检测装置分别与数据处理器通讯连接，数据处理器通过CAN总线与偏航控制器电连接；偏航控制器分别与偏航电机和卡位装置电连接；蜗杆1与偏航电机传动连接；如图2所示，偏航轴承2包括上端传动结构3和下端卡位结构4，蜗杆1与传动结构3啮合，卡位装置与卡位结构4卡接配合。

上述实施例中，通过风速测向仪检测实时风向和机组位置检测装置检测此时的机组位置，并将实时风向和机组位置的信息发送到数据处理器，数据处理器计算风向和机组位置的偏航角度，生成控制指令通过偏航控制器控制偏航电机启动并控制卡位装置缩回，偏航电机控制蜗杆1转动，蜗杆1与偏航轴承2的传动结构啮合，带动发电机组转动，实现发电机组的对风，并在对风完成后，控制卡位装置伸出与偏航轴承2的卡位结构4卡合以固定发电机组，避免风向变化引起的振动造成蜗杆1和偏航轴承2损坏。

优选的，偏航电机包括：异步电机或伺服电机，异步电机使用率更广且更加坚固耐用，在保证运行可靠的情况下具有更高的适用性，方便维修更替，伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，且当信号电压为零时无自转现象。

优选的，偏航电机设置三个，每个偏航电机分别传动连接一蜗杆1，蜗杆1依次与传动结构3啮合,蜗杆1围绕传动结构3呈三角形外接与传动结构3，在保证传动的准确性的情况下，使传动结构3的转动更加稳定，起到限位的作用。

优选的，传动结构3为包络蜗轮；蜗杆1为包络蜗杆，通过蜗杆1和传动结构3实现蜗杆1传动，由于蜗杆1传动的传动比大，蜗轮转动速度较小且与蜗杆1的转动同步，无需在偏航转动机构中设置减速器和制动器。

优选的，卡位结构4和卡位装置均设置有多个，因为采用了蜗杆1和涡轮进行传动，无需在偏航传动机构中设置减速器和制动器，为避免风向变化引起的振动会对蜗杆1和蜗轮造成损坏，设置卡位装置和卡位结构4实现发电机组的固定，减少振动的影响，卡位结构4和卡位装置设置多个可实现发电机组转动到不同的位置时均可找到能进行卡合的卡位结构4和卡位装置，数据处理器中会计算发电机组需偏航的角度，如该偏航角度旋转过后没有能够进行卡合的卡位结构4和卡位装置，数据处理器会按照能够进行卡合的卡位结构4和卡位装置的角度生成控制指令进行转动。

优选的，卡位装置为电磁插销，通过数据处理器计算发电机组转动角度，判断与卡位结构4正对着的电磁插销，生成控制指令通过偏航控制器控制与卡位结构4正对的电磁插销弹出与卡位结构4卡合。

优选的，通讯连接包括：有线连接和/或无线连接；风速测向仪设置在发电机组上端。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。