[发明专利]一种垂直轴风力发电机液压控制设备用液压油的输送技术

说明书

所属技术领域：

本发明专利涉及一种垂直轴风力发电机液压控制设备用液压油的输送技术，它属于液压技术领域。

背景材料：

目前中小型垂直轴风力发电机的风轮叶片的安装方式都是固定式，不能转动，它有碍于风能转换效率的提高。随着垂直轴风力发电机功率不断扩大，提高风能转换效率显得越来越重要。提高风能转换效率的有效措施之一就是把风轮叶片的安装形式由固定式改进为转动式，其叶片安装角随着风向、风速、风轮转速和叶片在风轮上所处的位置等因素，通过计算机的控制，在不断地，有序地转动，以获得最佳风能转换效率。控制叶片转动的方式，有电动和液压。由于电动控制的功率相对偏小，对于大功率垂直轴风力发电机风轮叶片转动控制，无疑是采用液压控制方式。由于液压控制装置是安装在控制对象即风轮叶片的附近，它是随着风轮一起旋转，而向液压控制装置提供高压油的液压泵站，因体积大，重量重等原因，只能安装在不旋转的固定地方。由它提供的高压油如何送到处在旋转状态的液压控制设备之中，又如何把使用后的液压油返回到液压泵站的集油箱之中。液压控制设备用液压油输送技术成了垂直轴风力发电机能否采用液压控制方式来调节风轮叶片转角的关键技术之一。

由于在垂直轴风力发电机中采用液压控制方式来调节风轮叶片安装角，以提高风力发电机风能转换效率是一项新技术，在文献资料中未见有关液压油输送技术的报导。在公知的液压技术领域中，使用一种液压旋转接头，就是把固定场合的液压管路的油流，通过它输送到处于转动状态的液压管路中的液压器件。但这种液压旋转接头都使用在转速较低，旋转直径较小的场合。而在垂直轴风力发电机中，若使用这类液压旋转接头，可供安装的场合就是风轮主轴处。对于百千瓦以上的垂直轴风力发电机风轮主轴的直径都很粗，均在(200-250)毫米左右，甚至于更大。这样使旋转接头的结构尺寸很大，旋转接头的圆周速度相对偏高，密封圈磨损加大。同时液压控制系统要求提供的液压油的压力一般在7Mpa-10Mpa之间。这样的工作条件要液压旋转接头达到满意的密封效果和较长的工作寿命很难达到。如果密封装置的磨损和损坏需要更换时，对于这种常规液压旋转接头，由于结构原因，必须拆卸与风轮主轴相连接的增速箱和联轴器，其难度是不言而喻。此外，还要考虑液压控制设备液压油的回油，则需要安装二套液压旋转接头，使它的综合制造成本变得更高，因此这种技术方案理论上可行，实际上是难以被采纳的，必须加以改进，必须从设计、制造、安装、运行和成本等方面予以综合考虑。

发明内容：

为了克服在风轮主轴处设计液压旋转接头所带来的一系列的缺点，即液压旋转接头结构尺寸庞大，圆周速度大，密封圈磨损快，工作寿命短，大直径密封圈价格昂贵，制造成本高，安装检修困难等。本发明提供了一种垂直轴风力发电机液压控制设备用液压油输送技术，利用该技术制造的液压油输送系统具有良好的综合技术特性，使它能被垂直轴风力发电机所采纳，为垂直轴风力发电机采用液压控制方式来调节风轮叶转角，从而提高风能转换效率有了可能。

本发明专利解决其技术问题所采用的技术方案是：

1.液压旋转接头能否被采用，受到三个因素的制约，即圆周速度，油压和油温。圆周速度越大，油温越高，油压越高，其密封效果越差，工作寿命越低。采用大直径液压旋转接头成本提高，也是用户十分关注的问题。油压的高低是由液压控制系统设计所决定，过低的油压是要影响液压控制系统的性能，油温的高低是受环境条件和液压控制系统功耗发热量所决定。要使液压旋转接头获得良好的密封效果和较长的工作寿命，只得从降低液压旋转接头的圆周速度着手。由于旋转接头的转速由风力发电机风动特性所决定，要降低圆周速度的唯一可行方案是缩小旋转接头的直径。

风力发电机风轮轴系由风轮主轴(1)和增速箱低速轴(2)组成，用联轴器(3)把两者可靠地连在一起。但二根轴的直经都很粗，不宜在这些部位设置液压旋转接头。如果把它移至在增速箱低速轴(2)下端部，则液压旋转接头的旋转直经大小不再受风轮主轴(1)和增速箱低速轴(2)轴径的影响，而由液压油流量大小计算所得到的通径来决定。因此液压旋转接头的旋转直径能缩小(3-5)倍，使它的圆周速度能大幅度下降，工作条件改善，密封效果和工作寿命得到有效提高。

2.液压旋转接头的安装位置下移至增速箱低速轴(2)下部，它输出的液压油要输送到风轮旋转平台上，上下相距数米，为实施液压油输送采取下列措施：

a)设计一个输出长管(4)，它不仅能承受液压油的高压，而且有足够长度，能从增速箱低速轴(2)下端部抵达至风轮旋转平台；