一种用于风电机组液压变桨系统的机械限位结构的制作方法

本实用新型涉及风电机组液压变桨系统，具体涉及一种用于风电机组液压变桨系统的机械限位结构。

背景技术：

目前国内的大型海上风电机组通常使用液压变桨系统，通过驱动一对液压油缸2伸长或缩短，以实现叶片变桨。油缸2的固定端21安装于轮毂1凸台上，轮毂1凸台可视为位置固定，油缸2的驱动端22安装于加强板3上，叶片与加强板3相连，并随其同转。当一对油缸2同时伸长或缩短时，带动加强板3和叶片旋转角度，以实现叶片变桨。其中一个油缸2上安装有位置传感器，控制系统通过改变油缸2的伸长量，以调节叶片的变桨角度。

如图1所示，当油缸2伸长至极限位置时，控制系统判定叶片达到变桨终止位，并通过液压锁4的锁销41进入限位槽5，以完成最终的叶片锁定。液压锁4安装于轮毂1凸台上固定不动；限位槽5安装于加强板3上，并随其同转。锁销41与限位槽5为间隙机械配合，若油缸2发生失效，液压锁4作为安全设计仍可保证叶片锁定，如图2所示。

由于在实际的加工过程中，油缸2本身存在制造误差；同时在车间装配过程中，由装配产生的误差累计也难以避免。因此在实际的变桨过程中，同时驱动的两个油缸2虽然能够同时伸长或缩短，但两个单独的油缸2的伸长量却不同步，可能会导致如下情况：当其中一个油缸2已经伸长至极限时，另一个油缸2仍有伸长余量。

根据上述分析，在液压变桨的执行过程中，会产生如下问题：

1)当正常变桨时，控制系统通过控制其中一个液压油缸2的伸长量来控制变桨角度。如果当带传感器的一个油缸2已经伸长至极限，控制系统判定叶片达到变桨终止位，并落下液压锁4的锁销41，完成叶片的锁定，而此时另一个油缸2仍有伸长余量时。由于液压锁4的锁销41与限位槽5为间隙配合，因此当风载来临时，油缸2作为承载部件，如果油缸2本身的材料弹性形变量无法弥补两个油缸2之间伸长量的误差，则本来应由两个油缸2同时伸长至极限位置，以共同承载风载的情况，变为由其中一个伸长至极限位置的油缸2来单独承载风载。

2)当紧急变桨时，控制系统不再控制液压油缸2的伸长量，只对其执行驱动命令，同时驱动两个油缸2伸长至极限位置，受限于前底座7和加强板3的固有机械位置，两个油缸2的伸长和收缩动作必然一致。此时若两个油缸2存在伸长量不同步的情况，当其中一个油缸2已经伸长至极限，虽然另一个油缸2仍有伸长余量，但也无法再进行伸长。在这种情况下，当极限风载来临时，仍然为其中一个油缸2单独承受风载。

综上，由于叶片在变桨终止锁定时，如果本应两个油缸2共同承载，由于制造、装配误差等原因，变为由一个油缸2单独承载的情况，则在极限工况下，根据强度校核结果，一个油缸2往往无法承受极限风载。目前液压油缸2的供应商较难生产制造出能单独承受极限风载的油缸2，且油缸2本身的制造成本十分昂贵，通过加强油缸2来弥补上述风险显得比较困难，也不经济。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种用于风电机组液压变桨系统的机械限位结构，以解决上述现有技术的问题。

为达到上述目的，本实用新型提供了一种用于风电机组液压变桨系统的机械限位结构，所述风电机组液压变桨系统包括轮毂、两个油缸及与叶片相连的加强板，所述油缸的固定端与所述轮毂相连，所述油缸的驱动端与所述加强板相连，两个所述油缸同时驱动加强板，使得叶片变桨，其中，所述机械限位结构包括：设置于所述轮毂上的机械限位安装凸台、设置于所述机械限位安装凸台上的底座、设置于所述底座上朝向所述加强板延伸的限位锁销及设置于所述加强板上的限位槽；当所述限位槽端部抵住所述限位锁销时叶片变桨终止，同时两个所述油缸均未伸长至极限位置。

上述的用于风电机组液压变桨系统的机械限位结构，其中，当叶片从变桨至87°度时，所述限位槽端部抵住所述限位锁销。

上述的用于风电机组液压变桨系统的机械限位结构，其中，所述轮毂上固定设有液压锁，所述液压锁的锁销能够在叶片从0°变桨至87°度的范围内落入所述限位槽中。

上述的用于风电机组液压变桨系统的机械限位结构，其中，所述底座与所述机械限位安装凸台通过紧固件连接；所述限位锁销与所述底座通过紧固件连接；所述限位槽与所述加强板通过紧固件连接。

上述的用于风电机组液压变桨系统的机械限位结构，其中，所述底座为l形结构，所述底座的垂直部分固定在所述机械限位安装凸台上，所述限位锁销固定在所述底座的水平部分上。

上述的用于风电机组液压变桨系统的机械限位结构，其中，所述限位锁销包括安装部分及位于所述安装部分下方的锁销部分；所述限位锁销的安装部分固定在所述底座的水平部分的上方；所述底座的水平部分设有供所述限位锁销的锁销部分穿出的通孔。

上述的用于风电机组液压变桨系统的机械限位结构，其中，所述限位锁销的安装部分与锁销部分的连接处采用圆角过渡；底座水平部分上的所述通孔的上沿设有与所述圆角配合的倒角。

上述的用于风电机组液压变桨系统的机械限位结构，其中，底座水平部分上的所述通孔的内壁向外倾斜设置。

上述的用于风电机组液压变桨系统的机械限位结构，其中，所述限位槽端部设有与所述限位锁销的锁销部分形状配合的凹槽。

上述的用于风电机组液压变桨系统的机械限位结构，其中，限位槽端部的所述凹槽的内壁向外倾斜设置。

相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型可以应用于液压变桨的风机机组，通过在液压变桨系统中增加机械限位，避免了在最终变桨锁定时，本应由两个油缸共同承受风载，而实际为其中一个油缸单独承载风载，造成油缸无法承受极限风载并造成损坏的风险。通过本实用新型，液压变桨系统在正常变桨时，由机械限位结构和油缸共同承受风载；液压变桨系统在紧急变桨时，由机械限位承受载荷。保证了整个风电机组的安全运行，同时规避了直接通过提高油缸承载能力的方法带来的加工、制造难度和产品成本。

附图说明

图1为现有的风电机组液压变桨系统变桨至90°终止时的结构示意图；

图2为风电机组液压变桨系统中液压锁落锁时的结构示意图；

图3为本实用新型用于风电机组液压变桨系统的机械限位结构的示意图一；

图4为本实用新型用于风电机组液压变桨系统的机械限位结构的示意图二；

图5为应用本实用新型机械限位结构后叶片变桨至87°终止时的结构示意图；

图6为应用本实用新型机械限位结构后叶片为初始状态0°时的结构示意图；

图7为说明应用本实用新型机械限位结构后液压锁在叶片为初始状态0°时能够落锁的结构示意图；

图8为本实用新型最佳实施例中底座的结构示意图；

图9为本实用新型最佳实施例中限位锁销的结构示意图；

图10为本实用新型最佳实施例中限位槽端部与限位锁销接触位置的结构示意图；

图11为本实用新型最佳实施例中限位锁销工作时的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过具体实施例对本实用新型作进一步的描述，这些实施例仅用于说明本实用新型，并不是对本实用新型保护范围的限制。

典型的风电机组液压变桨系统包括轮毂1、两个油缸2及与叶片相连的加强板3，其中，油缸2的固定端21与轮毂1相连，油缸2的驱动端22与加强板3相连，两个油缸2同时驱动加强板3，进而带动叶片随同加强板3旋转，使得叶片变桨。其中一个油缸2上安装有位置传感器，控制系统通过改变油缸2的伸长量，以调节叶片的变桨角度。如图3和图4所示，本实用新型在此基础上提供了一种用于风电机组液压变桨系统的机械限位结构，该机械限位结构包括：设置于轮毂1上的机械限位安装凸台6、设置于机械限位安装凸台6上的底座7、设置于底座7上朝向加强板3延伸的限位锁销8及设置于加强板3上的弧形限位槽5；当所述限位槽5端部51抵住所述限位锁销8时叶片变桨终止，同时两个所述油缸2均未伸长至极限位置。通过安装机械限位结构，使得在变桨锁定终止时，能够通过机械限位来承受极限风载。在正常变桨时，由机械限位结构和油缸2共同承受风载；在紧急变桨时，由机械限位结构承受载荷。

进一步，如图5和图6所示，根据油缸2固定端21及驱动端22、加强板3、限位槽5、油缸2行程等因素的累计误差计算，将原变桨锁定角度90°向前整调为87°，保证在变桨终止位，两个油缸2均没有伸长至极限位置。也即当叶片从初始状态0°变桨至87°度时，限位锁销8能够与限位槽5端部51的结构配合接触，以限制最终变桨角度，并承受风载。同时，由于在紧急变桨时(0°至87°)，液压锁4先落锁，油缸2再伸长进行变桨，因此在0°至87°范围内，需保证固定于轮毂1上的液压锁4的锁销41在叶片从初始状态0°变桨至87°度的范围内均能够落入限位槽5中，且不会与限位槽5的上述端部51干涉。如图7所示，图中隐藏了液压锁4结构，在叶片初始状态0°时，液压锁4的锁销41不能与限位槽5的端部51结构干涉，限位槽5提供给液压锁4销落锁的空间；当变桨终止87°时，限位锁销8能与限位槽5端部51配合接触并承受载荷，同时液压锁4销能够落锁进入限位槽5，完成叶片的锁定。

进一步，底座7与机械限位安装凸台6通过紧固件9连接；限位锁销8与底座7通过紧固件9连接；限位槽5与加强板3通过紧固件9连接。通过紧固件9的使用，使得底座7和机械限位安装凸台6之间、底座7和限位锁销8之间以及限位槽5和加强板3之间均能够可拆卸连接，便于安装及维修。限位槽5采用整体式结构(非两个单独的限位结构)，能同时满足机械限位和液压锁4销的功能，以及限位槽5与加强板3可以采用更多的紧固件9进行紧固，提高整体安全性。

进一步，如图8所示，底座7为l形结构，底座7的垂直部分71固定在机械限位安装凸台6上，限位锁销8固定在底座7的水平部分72上。限位锁销8包括安装部分81及位于安装部分81下方的锁销41部分；限位锁销8的安装部分81固定在底座7的水平部分72的上方；底座7的水平部分72设有供限位锁销8的锁销41部分穿出的通孔73。如图9所示，限位锁销8的安装部分81与锁销部分82的连接处采用圆角r过渡，以避免在此位置产生应力集中；同时底座7水平部分72上的通孔73的上沿与圆角r对应处设有与上述圆角r配合并略微大于圆角r的倒角c，以避免与圆角r干涉。底座7水平部分72上的上述通孔73的内壁可以进一步向外倾斜设置，优选采用1:30的倾斜角，保证限位锁销8在实际承载过程中，由于受力变形，能够与底座7有更多的接触面积，以降低其本身受到的应力。如果通过增大限位锁销8的直径以增加受力接触面积，根据仿真计算结果，其效果不显著，且增加制造成本。如图10和图11所示，限位槽5端部51设有与限位锁销8的锁销41部分形状配合的凹槽52。该凹槽52的内壁可以进一步向外倾斜设置，优选采用0.5:30的倾斜角，增加承载受力面积。如果仅靠增加限位槽5的高度以增加受力接触面积，或改用更高强度的材料，效果不显著，且增加制造成本。

综上所述，根据目前国内的海上风电机组液压变桨系统的执行过程，同时驱动的两个液压油缸可能存在伸长量不同步的情况，且难以避免。通过本实用新型，液压变桨系统在正常变桨时，由机械限位结构和油缸共同承受风载；液压变桨系统在紧急变桨时，由机械限位结构承受载荷。通过本实用新型的机械限位来承受变桨终止锁定时的风载，弥补了可能只由一个油缸来承受载荷的风险。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。