本实用新型涉及机械设备及安全控制技术领域，具体涉及一种风电机组超速控制装置。
背景技术：
超速保护是风电机组安全链中的重要一环，其目的是为了防止风机发生飞车，导致叶片折断，风机倾倒等严重安全问题。风电机组正常运行期间，当风速超过机组额定风速时，变桨系统在主电源的供电作用下会根据风速的变化对风电机组的桨叶角度进行自动调整，使风轮的转速保持恒定，以此来保证发电机组发电功率的稳定性。风电机组一般包括主轴、轮毂、叶片和变桨系统，变桨系统在主电源供电的情况下由变桨中央控制器控制变桨驱动电机驱动桨叶旋转完成变桨动作；当风电机组正常运转时，叶片处于与风向呈一定夹角的做功位置；当发电机组发生任何紧急情况引起停机时，变桨控制系统在主电源的供电作用下，控制叶片相对于轮毂发生转动，使得叶片的前端转动到朝向风向的方向即顺桨到与风向保持平行的顺桨位置，叶片的着风面积最小，利用空气阻力制动，使风电机组快速停机，以此保证风电机组的安全。
如果主电源供电失效时，就会通过轮毂内的备用电池来驱动变桨装置动作，完成顺桨动作，使机组停机。
然而，上述两种变桨控制都是通过电能驱动变桨驱动电机完成顺桨停机的，一旦主电源和备用电池同时供电失效导致变桨系统失灵时，如果风电机组运行超速，变桨系统将无法控制叶片完成顺桨停机动作，风电机组就极有可能发生飞车、倒塔事故，仍然存在一定的安全隐患。
技术实现要素：
因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的风电机组的变桨系统的主电源和备用电池供电同时发生故障失灵时，变桨系统无法完成顺桨动作，仍然存在一定的安全隐患。
本实用新型的一种风电机组超速控制装置，安装在风电机组的轮毂内，包括：
三组超速控制子系统，受驱动地分别控制三组桨叶转动完成变桨动作；
至少一个超速检测装置，用于实时监测风电机组的转速；
每组所述超速控制子系统包括气动装置和变桨驱动传动装置，至少一个所述超速检测装置和所述气动装置电连接，所述气动装置与所述变桨驱动传动装置啮合，所述变桨驱动传动装置和齿圈啮合，所述齿圈和桨叶固定；
至少一个所述超速检测装置监测到超速时，发送超速信号给控制器，通过控制器控制所述气动装置启动，控制所述气动装置启动，驱动所述变桨驱动传动装置转动，所述齿圈随所述变桨驱动传动装置的转动而转动。
优选地，所述的风电机组超速控制装置，所述变桨驱动传动装置包括变桨驱动电机、变桨驱动轴、第一齿轮和变桨驱动齿轮，
所述第一齿轮安装在所述变桨驱动电机的电机输出轴上且和所述气动装置啮合，所述电机输出轴的输出末端同轴设置有变桨驱动轴，所述变桨驱动齿轮安装在所述变桨驱动轴上，所述变桨驱动齿轮和所述齿圈啮合。
优选地，所述的风电机组超速控制装置，所述气动装置包括：
气体储能装置，用于储存压缩气体，其气体出口处设置有第一电磁阀，所述第一电磁阀用于控制所述气体储能装置的启闭；
气缸，其进气端与所述气体储能装置连接，出气端与所述第一齿轮啮合，所述气缸上设有第二电磁阀，在风电机组正常运行时，所述第二电磁阀打开；
所述超速检测装置包括三个，在至少两个所述超速检测装置检测到超速时，所述第一电磁阀开启所述气体储能装置，驱动所述气缸做伸缩运动。
优选地，所述的风电机组超速控制装置，所述气缸其进气端通过气体管道与所述气体储能装置的出气端连接，所述气缸其出气端设有活塞杆，所述活塞杆设有齿条，所述齿条与所述第一齿轮啮合。
优选地，所述的风电机组超速控制装置，所述第二电磁阀设置在所述气缸的进气端。
优选地，所述的风电机组超速控制装置，所述气体储能装置上设有气体压力监测装置。
优选地，所述的风电机组超速控制装置，所述气体压力监测装置包括
气体压力传感器，用于实时监测所述气体储能装置内的气体压力；
数据采集装置，与所述气体压力传感器连接并采集所述气体压力传感器监测的压力数值，所述压力数值经处理器处理并在压力数值不正常时发出报警信号；
服务器报警装置，与所述处理器连接，接收报警信号并进行报警。
优选地，所述的风电机组超速控制装置，所述气体管道上靠近所述气体储能装置的出气端设有安全阀。
优选地，所述的风电机组超速控制装置，所述气体管道上靠近所述气缸的进气端设有泄压阀。
优选地，所述的风电机组超速控制装置，所述第一齿轮的齿数小于所述变桨驱动齿轮的齿数。
本实用新型技术方案，具有如下优点：
1.本实用新型提供的一种风电机组超速控制装置，包括安装在风电机组轮毂内的三组超速控制子系统，超速检测装置实时监测主轴的转速，当检测超速时将超速信号发送到控制器，控制器接收超速信号并控制三组超速控制子系统分别驱动各自对应地三组桨叶转动从而实现桨距角度的调节，完成变桨动作；解决了现有的风电机组电机控制变桨的电机惯量大，动态响应能力差，电机容易损坏的缺点；结构更加可靠，在风电机组超速时电机变桨驱动失灵的情况下仍可以驱动变桨，相比现有的电机变桨系统增加了一道保护屏障。
2.本实用新型提供的一种风电机组超速控制装置，超速控制子系统包括气动装置和变桨驱动传动装置，气动装置和变桨驱动传动装置啮合，变桨驱动传动装置和齿圈啮合，通过气动驱动变桨，由齿条直线动作转换为齿轮的转动从而实现变桨，简化了机械结构，结构更加可靠。
3.本实用新型提供的一种风电机组超速控制装置，变桨驱动传动装置包括变桨驱动电机、变桨驱动轴、第一齿轮和变桨驱动齿轮，第一齿轮安装在电机输出轴且和所述气动装置传动连接，变桨驱动齿轮套设在变桨驱动轴上，电机输出轴的输出末端同轴设置有变桨驱动轴，变桨驱动齿轮和齿圈啮合，确保第一齿轮和变桨驱动齿轮的角速度相同。
4.本实用新型提供的一种风电机组超速控制装置，气动装置包括气体储能装置和气缸，气体储能装置为气缸提供气源驱动气缸做伸缩动作，气缸与第一齿轮通过齿条啮合，将齿条的直线运动转化为第一齿轮的转动，以便变桨驱动齿轮能够随着第一齿轮的转动而转动，从而完成变桨。
5.本实用新型提供的一种风电机组超速控制装置，气缸的进气端设有第二电磁阀，在风电机组转速正常时打开保证气缸两侧的压力平衡，出气端设有泄压阀，在风电机组转速恢复正常运行时，将气缸及气体管道中的高压气体泄漏出去，降低气缸和气体管道内部的气体压力。
6.本实用新型提供的一种风电机组超速控制装置，气体储能装置上设有气体压力监测装置，时刻监测气体储能装置的内部气体压力，保证气体储能装置中有足够的气体满足超速控制装置的工作条件，确保气动装置能够驱动变桨驱动传动装置转动带动桨叶转动完成顺桨。
7.本实用新型提供的一种风电机组超速控制装置，第一齿轮的齿数小于变桨驱动齿轮的齿数，提高传动比。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型的主视图；
图2为本实用新型的图1的局部结构示意图；
图3为本实用新型的一组超速控制子系统的结构示意图；
图4为超速控制装置的工作原理示意图。
附图标记说明：
1-超速检测装置；
2-气体储能装置；21-第一电磁阀；22-气体压力监测装置；
3-气缸；31-活塞杆；32-齿条；33-第二电磁阀；
4-电机输出轴；5-第一齿轮；6-变桨驱动齿轮；7-齿圈；8-气体管道；9-安全阀；10-泄压阀；11-变桨驱动电机；12-桨叶。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例的风电机组超速控制装置，如图1至图4所示，安装在风电机组的轮毂内，包括三组超速控制子系统、三组超速检测装置1a，1b，1c和控制器，三组超速控制子系统分别和三个桨叶12连接并控制对应地桨叶12转动实现桨距角的调节，完成变桨动作；超速检测装置1安装在轮毂内三个桨叶12附近，用于实时监测轮毂主轴的转速，主轴的离心力与转速的平方成正比，超速检测装置1根据检测到的转速计算出主轴的离心力，从而判断主轴是否超过预设的正常运行下的最大转速；控制器(未图示)与三组超速检测装置1a，1b，1c和三组超速控制子系统均电连接；当三个超速检测装置1a，1b，1c中的至少两个(比如1a，1b)检测到超速时，超速检测装置1a，1b将超速信号发送给控制器，控制器接收超速信号并控制超速控制子系统驱动对应地桨叶12转动实现桨距角的调节，完成变桨动作。设置三个超速检测装置1a，1b，1c的目的在于减少单个超速检测装置因故障导致超速控制装置误动使得风电机组停机。输出使得气动装置通电启动，驱动变桨驱动传动装置动作对桨叶12的桨距角进行调节完成变桨动作，使得风电机组迅速降低转速至停机，提高风电机组的安全性能。
比如，三个超速检测装置1a，1b，1c连接在控制器的输入端，第一电磁阀21和第二电磁阀33分别通过一个继电器与控制器的输出端连接。作为更优选地，在控制器的输入端还可以设置用于提供直流电源的蓄电池，控制器的输出端还设有状态指示灯。
三组超速控制子系统结构一样，均包括气动装置和变桨驱动传动装置，气动装置的输入端与控制器的输出端电连接，气动装置的输出端和变桨驱动传动装置啮合传动连接，变桨驱动传动装置和齿圈7啮合，桨叶12固定在齿圈7外侧。
如图1至图4所示，气动装置包括气体储能装置2和气缸3，气体储能装置2和气缸3通过气体管道8连接，气体储能装置2内部储存有足够量的高压气体通过气体管道8为气缸3提供气源动力，驱动气缸3做伸缩动作从而带动变桨驱动传动装置转动实现桨叶的桨距角调节；气体储能装置2可以为现有的高压储气罐，其出气口上设有第一电磁阀21，第一电磁阀21与控制器输出端连接，通过第一电磁阀21控制其出气口的开闭；气缸3的进气端即和气体管道8连接的一端设有第二电磁阀33，第二电磁阀33与控制器电连接；气缸3的出气端即远离气体管道8的一端设有活塞杆31，活塞杆31上设有齿条32，气缸3通过齿条32与变桨驱动传动装置啮合。
在风电机组正常运行时，控制器与第一电磁阀连接的输出开关断开，第一电磁阀21的驱动线圈未通电，第一电磁阀21关闭，同时控制器与第二电磁阀33连接的输出开关闭合，第二电磁阀33的驱动线圈通电，第二电磁阀33打开，保证气缸3的两侧压力平衡；当超速检测装置1检测到风电机组超速时，控制器接收超速信号，控制器与第一电磁阀21连接的输出开关闭合使得第一电磁阀21的驱动线圈通电并打开阀门，气体储能装置2打开，同时，控制器与第二电磁阀33连接的输出开关断开，第二电磁阀33的驱动线圈未通电，第二电磁阀33关闭；高压气体通过气体管道8从气体储能装置2中进入到气缸3，气缸3的活塞杆31在高压气体的驱动下做伸缩动作，带动齿条32做直线伸缩，进而驱动变桨驱动传动装置转动，由齿条32的直线动作转化为变桨驱动传动装置的转动。
气体储能装置2上设有气体压力监测装置22，气体压力监测装置22包括压力监测传感器、数据采集装置和服务器报警装置，气体压力传感器22，用于实时监测气体储能装置2内的气体压力；数据采集装置，与气体压力传感器连接并采集气体压力传感器监测的压力数值，压力数值经处理器处理并在压力数值不正常时发出报警信号；服务器报警装置，与处理器连接，接收报警信号并进行报警。当气体储能装置2内部的高压气体不足时，将无法满足超速控制装置的工作，无法驱动气缸3带动变桨驱动传动装置转动实现桨距角的调节，气体压力监测装置22便会通过服务器报警装置进行报警，提醒工作人员停机并及时对气体储能装置2内补充高压气体，以满足超速控制装置的正常运行。气体压力传感器、数据采集装置和服务器报警装置可以为现有的结构，其结构和工作原理在此不做描述。
如图1至图3所示，气体管道8上靠近气体储能装置2的出气端设有安全阀9。安全阀9的设置用来保证整个系统的安全，当装置动作时，如果气体储能装置2内的高压气体释放，超过系统能够承受的的最大压力，此时安全阀9打开，排除超压气体，避免损伤系统。
如图1至图3所示，气体管道8上靠近所述气缸3的进气端设有泄压阀10。当风电机组超速时，风电机组上原有的变桨系统失灵的情况下，超速控制装置启动控制风电机组变桨停机后，气缸3内以及气体管道8内仍存在高压气体。当需要恢复机组正常运行时可以通过泄压阀10来降低系统内部的气体压力。
如图1至图3所示，变桨驱动传动装置包括变桨驱动电机11、变桨驱动轴、第一齿轮5和变桨驱动齿轮6，第一齿轮5套设在变桨驱动电机11的电机输出轴4上，变桨驱动电机11作用于第一齿轮5，变桨驱动齿轮6设置在变桨驱动轴(未示意出)上，电机输出轴4的输出末端同轴设置有变桨驱动轴，使得变桨驱动轴和电机输出轴同轴设置且传动连接，第一齿轮5和变桨驱动齿轮6具有相同的角速度，第一齿轮5和齿条32啮合，变桨驱动齿轮6和齿圈7啮合。气缸3在气体储能装置2的气压驱动下做伸缩动作时，通过齿条32的直线运动转化为第一齿轮5的转动，变桨驱动齿轮6随着第一齿轮5的转动而转动，从而带动与其啮合的齿圈7转动，实现桨叶12的桨距角的调整，完成变桨动作，使得风电机组迅速降低转速至停机，确保风电机组的安全性能。在另一种可替换的实施例中，电机输出轴和变桨驱动轴可以为同一轴，第一齿轮和变桨驱动齿轮分别间隔设置在轴上的两端。
另外，在风电机组正常运行时需要变桨时，可以通过变桨驱动电机11驱动第一齿轮5转动，带动变桨驱动轴和变桨驱动齿轮6转动，从而对桨叶的桨距角进行调节实现变桨，第一齿轮5转动带动齿条32及气缸3的活塞杆31做伸缩直线动作，不影响本申请中所述的风电机组超速控制装置的正常运行。
第一齿轮5的齿数小于变桨驱动齿轮6，提高传动比。
作为可替换的实施例，本实施例的超速检测装置1a，1b，1c可以为现有的机械式超速检测装置，其结构和工作原理在此不做描述。
作为另一种可替换的实施例，本实施例的控制器可以为现有的plc控制器，其结构和工作原理在此不做描述。
作为第三种可替换的实施例中，超速检测装置1的数量也可以为一个或两个。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。
技术特征：
1.一种风电机组超速控制装置，安装在风电机组的轮毂内，其特征在于，包括：
三组超速控制子系统，受驱动地分别控制三组桨叶(12)转动完成变桨动作；
至少一个超速检测装置(1)，用于实时监测风电机组的转速；
每组所述超速控制子系统包括气动装置和变桨驱动传动装置，至少一个所述超速检测装置(1)和所述气动装置电连接，所述气动装置与所述变桨驱动传动装置啮合，所述变桨驱动传动装置和齿圈(7)啮合，所述齿圈(7)和桨叶(12)固定；
至少一个所述超速检测装置(1)监测到超速时，发送超速信号给控制器，通过控制器控制所述气动装置启动，驱动所述变桨驱动传动装置转动，所述齿圈(7)随所述变桨驱动传动装置的转动而转动。
2.根据权利要求1所述的风电机组超速控制装置，其特征在于，所述变桨驱动传动装置包括变桨驱动电机(11)、变桨驱动轴、第一齿轮(5)和变桨驱动齿轮(6)，
所述第一齿轮(5)安装在所述变桨驱动电机(11)的电机输出轴(4)上且和所述气动装置啮合，所述电机输出轴(4)的输出末端同轴设置有变桨驱动轴，所述变桨驱动齿轮(6)安装在所述变桨驱动轴上，所述变桨驱动齿轮(6)和所述齿圈(7)啮合。
3.根据权利要求2所述的风电机组超速控制装置，其特征在于，所述气动装置包括：
气体储能装置(2)，用于储存压缩气体，其气体出口处设置有第一电磁阀(21)，所述第一电磁阀(21)用于控制所述气体储能装置(2)的启闭；
气缸(3)，其进气端与所述气体储能装置(2)连接，出气端与所述第一齿轮(5)啮合，所述气缸(3)上设有第二电磁阀(33)，在风电机组正常运行时，所述第二电磁阀(33)打开；
所述超速检测装置(1)包括三个，在至少两个所述超速检测装置(1)检测到超速时，所述第一电磁阀(21)开启所述气体储能装置(2)，驱动所述气缸(3)做伸缩运动。
4.根据权利要求3所述的风电机组超速控制装置，其特征在于，所述气缸(3)其进气端通过气体管道(8)与所述气体储能装置(2)的出气端连接，所述气缸(3)其出气端设有活塞杆(31)，所述活塞杆(31)设有齿条(32)，所述齿条(32)与所述第一齿轮(5)啮合。
5.根据权利要求4所述的风电机组超速控制装置，其特征在于，所述第二电磁阀(33)设置在所述气缸(3)的进气端。
6.根据权利要求5所述的风电机组超速控制装置，其特征在于，所述气体储能装置(2)上设有气体压力监测装置(22)。
7.根据权利要求6所述的风电机组超速控制装置，其特征在于，所述气体压力监测装置(22)包括
气体压力传感器，用于实时监测所述气体储能装置内的气体压力；
数据采集装置，与所述气体压力传感器连接并采集所述气体压力传感器监测的压力数值，所述压力数值经处理器处理并在压力数值不正常时发出报警信号；
服务器报警装置，与所述处理器连接，接收报警信号并进行报警。
8.根据权利要求4所述的风电机组超速控制装置，其特征在于，所述气体管道(8)上靠近所述气体储能装置(2)的出气端设有安全阀(9)。
9.根据权利要求8所述的风电机组超速控制装置，其特征在于，所述气体管道(8)上靠近所述气缸(3)的进气端设有泄压阀(10)。
10.根据权利要求2-9任一项所述的风电机组超速控制装置，其特征在于，所述第一齿轮(5)的齿数小于所述变桨驱动齿轮(6)的齿数。
技术总结
本实用新型涉及机械设备及安全控制技术领域，具体涉及一种风电机组超速控制装置，包括三组超速控制子系统，每组均包括啮合传动连接的气动装置和变桨驱动传动装置，变桨驱动传动装置和齿圈啮合驱动桨叶变桨，超速检测装置实时监测轮毂的转速。现有的变桨系统通过主电源或者备用电源控制实现桨距角的改变，一旦主电源或者备用电源均出现故障失灵时，变桨系统将无法完成变桨，导致风电机组发生飞车、倒塔，因此非常有必要增设一套超速保护装置为现有变桨系统增加一道保护屏障。当检测轮毂超速时将超速信号发送到控制器，控制器控制气动装置启动驱动变桨驱动传动装置转动带动齿圈转动从而实现桨距角度的调节，完成变桨动作。
技术研发人员：吕志远;宋国华;李磊
受保护的技术使用者：观为监测技术无锡股份有限公司
技术研发日：.03.14
技术公布日：.02.18
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