[发明专利]风力发动机的主轴系统制动装置及停机时的安全保护方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发动机的主轴系统制动装置及停机时的安全保护方法，尤其涉及一种适合于风力发动机在大风停机时使用的主轴系统制动装置及安全保护方法。

背景技术

风力发动机在大风时的停机一般是通过主轴系统制动装置来实现的。在风力发电机中，主轴系统制动装置一般有两种用途：一是用作大风时风力发动机的停机制动；二是用作风力发动机维修的停机制动。所述的主轴系统对于设置有齿轮箱的风力发动机而言，一般包括轮毂、主轴、齿轮箱、高速轴和发电机，对于不包括齿轮箱的风力发动机而言，一般包括轮毂、主轴和发电机，例如直驱型风力发动机。前述的两种形式的停机制动都是将主轴系统抱死来实现的。例如，2007年4月29日公告的CN2937540Y中国实用新型专利说明书公布了一种风力发动机制动机构，这种制动机构能够实现平稳停机制动，但是，它没有考虑停机制动后，尤其是大风时，叶片和主轴系统的振动问题。

对于变桨距风力发动机，在风速超过切出风速，例如风速达到25m/s时，风力发动机一般需要顺桨，即叶片桨距角调整到90度，以使叶片受到的风载最小，同时抱死主轴系统，以停机制动。

由于主轴转速慢，扭矩大，所以将主轴系统制动装置设置在主轴上的主轴制动一般适用于中小型风力发动机。大风停机制动时，主轴被制动装置抱死。这时，制动装置将齿轮箱和发电机与叶轮隔开，从而避免其受到扭转振动的损坏。但是，由于主轴被抱死，相当于轮毂固定，刮大风时，随着风向和风速的快速变化，叶片的振动不可避免。

将主轴系统制动装置设置在高速轴上的高速轴制动一般适用于大型的风力发动机，大风停机制动时，高速轴被抱死。这时，叶片和主轴系统均暴露在外载荷之下。考虑到刮大风时风向和风速的快速变化，而风力发动机的偏航系统来不及反应，叶片的振动不可避免。同时，叶片在平面内的振动，将引发主轴系统的扭转振动。这些振动形式会对叶片和主轴系统造成严重的损坏，特别是叶片和齿轮箱的损坏。

已有另一种大风停机的方法，风力发动机大风顺桨停机时，制动装置不抱死，而将主轴系统和叶轮(叶片和轮毂)放空，使其在大风中自由转动。这种大风停机方法防止了叶片和主轴系统的过载，但对抑制振动效果并不明显。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风力发动机的主轴系统制动装置及风力发动机在大风停机时的安全保护方法，避免风力发动机在大风停机时因振动而被损坏。

为了实现所述目的，根据本发明的风力发动机在大风停机时的安全保护方法，其适用的该风力发动机包括主轴系统以及主轴系统制动装置，该主轴系统制动装置包括制动盘，该安全保护方法的特点是利用主轴系统制动装置向制动盘提供第一制动力，第一制动力用于阻尼主轴系统的扭转振动，该第一制动力不足以将风力发动机主轴系统抱死，此时，主轴系统制动装置不提供第二制动力，该第二制动力产生的力矩用于将风力发动机主轴系统抱死。

所述方法利用主轴系统制动装置提供第一制动力用于阻尼主轴系统的扭转振动，该第一制动力所产生的力矩不足以将风力发动机抱死，这时的主轴系统制动装置相当于一个阻尼器，起到了消耗振动能量的效果，从而抑制了风力发动机的主轴系统的扭转振动和叶片在平面内的振动，最终达到在停机时避免风力发动机由于振动而受到损坏的目的。

所述的风力发动机在大风停机时的安全保护方法，其进一步的特点是，该主轴系统主要由轮毂、发电机、低速轴、齿轮箱和高速轴构成，所述制动盘设置在低速轴上或者高速轴上。若风力发动机为中小型风力发动机，第一制动力可施加在主轴上，从而可进一步地避免齿轮箱受到振动的影响。若风力发动机为大型风力发动机，第一制动力可施加在高速轴上，以便以较小的第一制动力，即可实现风力发动机的制动。

所述的风力发动机在大风停机时的安全保护方法，其进一步的特点是，该风力发动机为直驱型风力发动机，该主轴系统主要由主轴、轮毂和发电机构成，所述制动盘与轮毂联接。

所述的风力发动机在大风停机时的安全保护方法，其进一步的特点是，该第二制动力产生的力矩是将风力发动机抱死的最小转矩，第一制动力是第二制动力的2-50％。

所述的风力发动机在大风停机时的安全保护方法，其进一步的特点是，该第二制动力产生的力矩是将风力发动机抱死的最小转矩，第一制动力是第二制动力的5-20％。