风电机组变桨系统实训装置的制作方法

1.本发明涉及风电机组变桨系统实训装置，属风力发电机组技术领域。


背景技术：

2.变桨系统能够根据风速的大小自动进行调整叶片与风向之间的夹角实现风轮对风力发电机有一个恒定转速；利用空气动力学原理可以使桨叶顺浆90度与风向平行，使风机停机。变桨系统作为大型风电机组控制系统的核心部分之一，对机组安全、稳定、高效的运行具有十分重要的作用。稳定的变桨控制已成为当前大型风力发电机组控制技术研究的热点和难点之一其原理、组成与实际风电机组完全一致，能够真实的模拟风电机组变桨系统的动作和功能，满足实训教学的需求，能够完成的实训内容包括变桨系统运行操作实训、维护实训、调试实训等。因此如何提高风电机组模型试验研究的精度，尤其适用于高职高专院校、本科院校及各类风电技能实训基地的实训教学的变桨系统实训装置，成为业内非常关注的问题，也是风电开发技术发展的迫切需求。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于：提供一种结构简单，操作便捷，能够完成实训及便于测试的变桨系统实训装置。
4.本发明的技术方案是：风电机组变桨系统实训装置，包括模拟塔座、轮毂、风力机主轴、风机叶片和系统控制柜，其特征在于：所述的轮毂安装在模拟塔座上；所述的轮毂内安装有变桨执行机构、变桨控制柜、变桨轴控柜、变桨电池柜和系统控制柜；所述的变桨控制柜通过信号线分别与变桨轴控柜和变桨电池柜连接；所述的变桨轴控柜与变桨驱动电机之间通过信号线连接；所述的变桨轴控柜和变桨电池柜之间通过信号线双向连接；所述的变桨控制柜与系统控制柜之间电连接。
5.所述的变桨控制柜、变桨轴控柜、变桨电池柜通过支架安装在轮毂内，所述的轮毂通过风力机主轴与模拟塔座连接。
6.所述的变桨执行机构包括变桨驱动电机、变桨驱动轴、变桨驱动蜗轮、变桨驱动蜗杆、变桨驱动伞齿轮和浆距角伞齿轮；所述的浆距角伞齿轮包括第一浆距角伞齿轮、第二浆距角伞齿轮和第三浆距角伞齿轮，每组所述的浆距角伞齿轮上均套装变桨轴承，变桨轴承包括变桨轴承外环和变桨轴承内环，变桨轴承外环和变桨轴承内环之间有多个钢球，外环与内环组成滚动轴承；在变桨轴承内环侧面固定着叶片安装法兰，风机叶片安装在叶片安装法兰上，叶片安装法兰可在变桨轴承外环侧面自由旋转；三组所述的浆距角伞齿轮与变桨驱动伞齿轮组成齿轮传动，两齿轮轴线相交并垂直，变桨驱动伞齿轮转动时带动浆距角伞齿轮转动；所述的变桨驱动伞齿轮分别与三组浆距角伞齿轮啮合。
7.变桨驱动伞齿轮固定在变桨驱动轴的一端，变桨驱动轴另一端固定安装有变桨驱动蜗轮，变桨驱动蜗杆与蜗轮齿啮合，变桨驱动蜗杆由变桨驱动电机带动，所述的变桨驱动电机含减速器。
8.所述的变桨驱动轴一端与风力机主轴可拆卸连接。
9.所述的变桨驱动电机通过螺柱与轮毂配合联接。
10.所述的变桨轴控柜内设置有控制变桨驱动电机速度和方向的变流器。
11.所述的系统控制柜内设置有中央充电单元，所述的中央充电单元控制变桨电池柜内的电池组的充电过程。
12.所述的变桨控制柜、变桨轴控柜、变桨电池柜通过支架安装在轮毂上。
13.所述的轮毂通过风力机主轴与模拟塔座连接。
14.本发明的有益效果在于：该风电机组变桨系统实训装置，在轮毂内建立变桨执行机构、变桨控制柜、变桨轴控柜，变桨电池柜和系统控制柜之间的连接，再通过系统控制柜执行轮毂内的轴控箱和位于机舱内的机舱控制柜之间的连接工作；变桨控制柜与系统控制柜之间通过电连接，用于控制风机叶片的位置；变桨电池柜的电池组充电过程由安装在系统控制柜内的中央充电单元控制；变桨电池柜在变桨系统的主电源供电失效后或其他严重故障的情况下可以安全停机，确保变桨电机的安全制动。
15.实训装置采用齿轮统一变桨驱动机构，三轴结构能够模拟变桨执行机构执行变桨控制柜的变桨系统动作，该变桨系统采用电动变桨，由控制台传输信号给系统控制柜，控制变桨系统动作，能够对变桨系统常见故障进行模拟。
16.附图说明：图1为本发明的变桨执行机构的结构示意图；图2为本发明的轮毂与风机叶片的结构示意图；图3为本发明的控制系统连接示意图；图4为本发明的变桨轴控柜系统分布示意图。
17.图中：1、轮毂；2、风机叶片；3、变桨执行机构；4、变桨控制柜；5、变桨轴控柜；6、变桨电池柜；7、系统控制柜；8、变桨驱动电机；9、变桨驱动轴；10、变桨驱动蜗轮；11、变桨驱动蜗杆；12、变桨驱动伞齿轮；13、浆距角伞齿轮；14、风力机主轴；15、变桨轴承外环；16、变桨轴承内环。
具体实施方式
18.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本技术及其应用或使用的任何限制。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
19.如附图1到附图4所示，风电机组变桨系统实训装置，包括模拟塔座、轮毂1、风力机主轴14、风机叶片2和系统控制柜7，所述的轮毂1内安装有变桨执行机构3、变桨控制柜4、变桨轴控柜5、变桨电池柜6和系统控制柜7；所述的轮毂1安装在模拟塔座上；所述的变桨控制
柜4通过信号线分别与变桨轴控柜5和变桨电池柜6连接；所述的变桨轴控柜5与变桨驱动电机8之间通过信号线连接；所述的变桨轴控柜5和变桨电池柜6之间通过信号线双向连接；所述的变桨控制柜4与系统控制柜7之间电连接。
20.系统控制柜7负责上位系统与变桨系统的通信，信号、指令和工作状态的传送。
21.所述的变桨控制柜4、变桨轴控柜5、变桨电池柜6通过支架安装在轮毂1上，所述的轮毂1通过风力机主轴14与模拟塔座连接。变桨轴控柜5的作用是，接受系统控制柜7的单元的指令，通过驱动电机调节转动风机叶片2到指定角度。变桨电池柜6的设置能够在电网失电或系统故障的情况下，蓄电池或超级电容驱动系统或电机，使得风机叶片2转至安全位置。
22.所述的变桨执行机构3包括变桨驱动电机8、变桨驱动轴9、变桨驱动蜗轮10、变桨驱动蜗杆11、变桨驱动伞齿轮12和浆距角伞齿轮13；所述的浆距角伞齿轮13包括第一浆距角伞齿轮13
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1、第二浆距角伞齿轮13
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2和第三浆距角伞齿轮13
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3，每组所述的浆距角伞齿轮13上均套装变桨轴承，变桨轴承包括变桨轴承外环15和变桨轴承内环16，变桨轴承外环15和变桨轴承内环16之间有多个钢球，外环与内环组成滚动轴承；在变桨轴承内环16侧面固定着叶片安装法兰，风机叶片2安装在叶片安装法兰上，叶片安装法兰可在变桨轴承外环15侧面自由旋转。
23.浆距角伞齿轮13与变桨驱动伞齿轮12组成齿轮传动，两齿轮轴线相交并垂直，变桨驱动伞齿轮12转动时带动浆距角伞齿轮13转动；所述的变桨驱动伞齿轮12分别与三组浆距角伞齿轮13啮合。
24.变桨驱动伞齿轮12固定在变桨驱动轴9的一端，变桨驱动轴9另一端固定安装有变桨驱动蜗轮10，变桨驱动蜗杆11与蜗轮齿啮合，变桨驱动蜗杆11由变桨驱动电机8带动，所述的变桨驱动电机8含减速器。
25.变桨驱动轴9一端与风力机主轴14可拆卸连接；所述的变桨驱动电机8通过螺柱与轮毂1配合联接。
26.变桨轴控柜5内设置有控制变桨驱动电机8速度和方向的变流器。
27.系统控制柜7内设置有控制变桨电池柜6内的电池组充电过程的中央充电单元。
28.变桨控制柜4、变桨轴控柜5、变桨电池柜6通过支架安装在轮毂1上。
29.轮毂1通过风力机主轴14与模拟塔座连接，实现了轮毂1与模拟塔座直接的安装固定。
30.工作原理：变桨系统接收风力发电机组主控系统的指令，调节转动风机叶片2到指定角度来实现：1、在额定风速之下，将桨叶全开，最大限度捕获风能，保证空气动力效率；2、达到而定风速之上，根据主控器指令调节叶片角度，保证机组的输出功率；3、超过安全风速时或紧急情况下，旋转桨叶到安全位置，保护风力发电组，实现安全停车功能。
31.风机正常运行期间，当风速超过机组额定风速时，通常风速在12m/s到25m/s之间，为了控制功率输出变桨角度限定在0度到30度之间，变桨角度根据风速的变化进行自动调整，通过控制风机叶片2的角度使风轮的转速保持恒定。任何情况引起的停机都会使风机叶
片2顺浆到90度位置，执行紧急顺浆命令时，风机叶片2会顺浆到91度极限位位置。
32.该风电机组变桨系统实训装置在具体使用中：系统控制柜7发出模拟信号到变桨控制柜4，浆距角伞齿轮13与变桨驱动伞齿轮12组成齿轮传动，两齿轮轴线相交并垂直，变桨驱动伞齿轮12转动时带动浆距角伞齿轮13转动。
33.变桨驱动伞齿轮12的转轴另一端固定安装有变桨驱动蜗轮10，变桨驱动蜗杆11与蜗轮齿啮合，变桨驱动蜗杆11由变桨驱动电机8（含减速器）带动。控制变桨驱动电机8的转动与转动方向即可改变变桨驱动伞齿轮12的转动与转动方向。
34.变桨控制柜4中有一个总线控制器，它是变桨系统的核心，其内部有变桨控制程序，此程序一方面负责变桨控制系统与系统控制柜7之间的通信，模拟正常状态下，变桨控制柜4输送信号给变桨轴控柜5，变桨轴控柜5对变桨执行机构3实施变桨动作；另一方面负责变桨控制系统外围信号的采集处理和对变桨执行机构3的控制，紧急状态下，例如变桨控制系统突然失去供电或通信中断，变桨控制柜4中的控制系统可以利用变桨电池柜6输送电能，变桨轴控柜5对变桨执行系统中的风机叶片2实施顺浆停机动作。
35.本发明在轮毂1内建立变桨执行机构3、变桨控制柜4、变桨轴控柜5、变桨电池柜6和系统控制柜7之间的连接，再通过系统控制柜7执行轮毂11内的变桨控制柜4、变桨轴控柜5和位于机舱内的机舱控制柜之间的连接工作；变桨控制柜4与系统控制柜7之间电连接，用于控制风机叶片2的位置；变桨电池柜6的电池组充电过程由安装在系统控制柜7内的中央充电单元控制；变桨电池柜6在变桨系统的主电源供电失效后或其他严重故障的情况下可以安全停机，确保变桨驱动电机8的安全制动。
36.该实训装置采用齿轮统一变桨驱动机构，能够模拟变桨执行机构3执行变桨控制柜4的变桨系统动作，该变桨系统采用电动变桨，由控制台传输信号给系统控制柜7，控制变桨系统动作，便于对变桨系统常见故障进行模拟和实训。
37.以上所述只是本发明的较佳实施例而已，上述举例说明不对本发明的实质内容作任何形式上的限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了本说明书后依据本发明的技术实质对以上具体实施方式所作的任何简单修改或变形，以及可能利用上述揭示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实施例，均仍属于本发明技术方案的范围内，而不背离本发明的实质和范围。