风力发电厂的液压制动系统.pdf

一种液压制动系统，包括用于促动和释放制动件(12)的活塞/缸体单元(14)，其中缸体(17)包括适于容纳供应到其中的高压工作流体的一定容积(16)，以便使活塞(24)从制动位置运动到释放位置以释放制动件。该液压制动系统还包括用于从贮槽(22)中提供工作流体的供给管线(18)、用于从至少一个活塞/缸体单元(14)的容积(16)中排放出工作流体的排放管线(30)、第一阀(34)和用于确定流动阻力的元件(36)、设有第二全开/全闭阀(38)并可与排放管线(30)形成平行流动的旁通管线(32)。在制动过程的开始时，在制动件的释放状态下处于关闭状态的两个全开/全闭阀(34，38)之间，打开第一全开/全闭阀(34)，在从第一全开/全闭阀(34)打开后过去了预设的第一时间段(Tdelay1)之后，打开第二全开/全闭阀(38)。

1.  一种用于制动风力发电厂中的运动部件的液压制动系统，包括：
-至少一个用于促动和释放制动件(12)的活塞/缸体单元(14)，
-所述活塞(24)可被偏压到制动位置以促动所述制动件(12)，而所述缸体(17)包括适于容纳供应到其中的高压工作流体的一定容积(16)，以便使所述活塞(24)从所述制动位置运动到释放位置以释放所述制动件(12)，
-与所述至少一个活塞/缸体单元(14)的容积(16)相连以便从贮槽(22)中提供工作流体的供给管线(18)，
-设于所述供给管线(18)中的泵(20)，
-用于从所述至少一个活塞/缸体单元(14)的容积(16)中排放出工作流体的排放管线(30)，
-设置在所述排放管线(30)中的第一全开/全闭阀(34)和用于确定流动阻力的元件(36)，
-设有第二全开/全闭阀(38)的旁通管线(32)，其设置成可与所述排放管线(30)形成平行的流动，和
-附加全开/全闭阀(46)，其用于在所述泵(20)和所述至少一个活塞/缸体单元(14)的容积(16)之间选择性地断开或保持流体连接，
-用于所述全开/全闭阀(34，38，46)的驱动单元(48)，
-其中，在制动过程的开始时，所述驱动单元(48)关闭所述附加全开/全闭阀(46)，并且在设于所述排放管线(30)和旁通管线(32)中的在所述制动件的释放状态下处于关闭状态的所述两个全开/全闭阀(34，38)之间，所述驱动单元(48)打开所述第一全开/全闭阀(34)，在从所述第一全开/全闭阀(34)打开后过去了预设的第一时间段(T_delay1)之后，打开所述第二全开/全闭阀(38)。

2.  根据权利要求1所述的液压制动系统，其特征在于，所述系统包括：
-与所述至少一个活塞/缸体单元(14)的容积(16)相连的附加供给管线(42)，和
-与所述附加供给管线(42)相连的高压工作流体的存储装置(40)，
-所述泵(20)和所述至少一个活塞/缸体单元(14)的容积(16)之间的所述附加全开/全闭阀(46)设于所述附加供给管线(42)中，
-所述驱动装置(48)在制动过程的开始时关闭了所述附加全开/全闭阀(46)，该阀(46)在所述制动件的释放状态下处于打开状态，和
-在制动过程的结束时，所述驱动装置(48)关闭了所述第一和第二全开/全闭阀(34，38)且打开所述附加全开/全闭阀(46)，以便将高压工作流体从所述存储装置(40)提供到所述至少一个活塞/缸体单元(14)的容积(16)中。

3.  根据权利要求2所述的液压制动系统，其特征在于，所述供给管线(18)设置成在所述存储装置(40)和附加全开/全闭阀(46)之间进入到所述附加供给管线(42)中。

4.  根据权利要求3所述的液压制动系统，其特征在于，在从所述附加全开/全闭阀(46)打开后过去了预设的第二时间(T_delay2)之后，所述驱动装置(48)在制动过程的结束时关闭所述附加全开/全闭阀(46)，并打开所述第一全开/全闭阀(34)。

5.  根据权利要求4所述的液压制动系统，其特征在于，在从所述第一全开/全闭阀(34)关闭后过去了第三时间段(T_delay3)之后，所述驱动装置(48)打开所述第二全开/全闭阀(38)。

6.  根据权利要求2到5中任一项所述的液压制动系统，其特征在于，所述附加供给管线(42)具有设于其中的可增大流动阻力的限流件(44)。

7.  一种用于制动风力发电厂中的运动部件的液压制动系统，包括：
-至少一个用于促动和释放制动件(62)的活塞/缸体单元(64)，
-所述缸体(66)包括适于容纳供应到其中以促动所述制动件(62)的高压工作流体的一定容积(68)，
-与所述至少一个活塞/缸体单元(64)的容积(68)相连以便从贮槽(76)中提供高压工作流体的供给管线(72)，
-设于所述供给管线(72)中的泵(74)，
-第一全开/全闭阀(80)和用于确定流动阻力的元件(82)，它们均设置在所述供给管线(72)中的所述泵(74)和所述至少一个活塞/缸体单元(64)的容积(68)之间，
-设有第二全开/全闭阀(86)的旁通管线(84)，其设置成与所述第一全开/全闭阀(80)和用于确定流动阻力的元件(82)平行，和
-用于所述两个全开/全闭阀(80，86)的驱动单元(94)，
-在制动过程的开始时，在所述制动件(62)的释放状态下处于关闭状态的所述两个全开/全闭阀(80，86)之间，所述驱动单元(94)打开所述第一全开/全闭阀(80)，在从所述第一全开/全闭阀(80)打开后过去了预设的时间段(T_delay)之后，打开所述第二全开/全闭阀(86)。

8.  根据权利要求7所述的液压制动系统，其特征在于，所述系统包括：
-设有附加全开/全闭阀(90)的排放管线(88)，其设置成与所述至少一个活塞/缸体单元(64)的容积(68)流动式相通，
-在制动过程的开始时，在所述制动件(62)的释放状态下处于关闭状态的所述附加全开/全闭阀(90)保持在关闭状态下，和
-其中，在制动过程的结束时，如果待制动部件的速度已降低到预设值，所述驱动单元(94)便打开所述附加全开/全闭阀(90)，以便将高压工作流体从所述至少一个活塞/缸体单元(64)的容积(68)中释放出来。

9.  根据权利要求8所述的液压制动系统，其特征在于，所述排放管线(88)具有设于其中的用于确定流动阻力的另一元件(92)。

10.  根据权利要求8或9所述的液压制动系统，其特征在于，所述排放管线(88)设置成从所述旁通管线(84)中的所述第二全开/全闭阀(86)和所述泵(74)之间分出来，或者从所述供给管线(72)和包括了所述第一全开/全闭阀(89)和可确定流动阻力的元件(82)的装置中分出来，或者所述排放管线(88)直接与所述至少一个活塞/缸体单元(64)的容积相连。

11.  根据权利要求1到10所述的液压制动系统，其特征在于，用于确定流动阻力的各所述元件(36，44，82，94)设置成全开/全闭阀和/或管线中的截面限流件，或者设置成导流片。

风力发电厂的液压制动系统
发明领域
本发明涉及一种用于制动风力发电厂的运动部件、例如风力发电厂的能量传输系统或方位驱动装置中的制动盘的液压制动系统。
发明背景
在若干工程应用中使用了液压制动系统，其中尤其是在紧急情况下，出于安全方面的原因，必须在非常短的时间内将旋转部件制动到静止状态。这种工程应用的一个例子为风力发电厂，其转子必须在产生故障时被非常快地制动。
为了满足快速制动的要求，应当施加较大的制动力，然而这可能会在待制动系统中导致相当大的振动和过大的动负载尖峰。这又会损坏系统，导致比较大的材料疲劳和老化。
从WO-A-98/23474中已知了一种可用于风力发电厂的液压制动系统，其可通过比较复杂的阀驱动来保证转子平稳的制动。
发明概要
本发明的一个目的是提供一种用于制动旋转部件的液压制动系统，该制动系统具有非常简单的构造，可实现比较小的振动，并且在任何情况下均能可靠地制动部件。
为了达到这一目的，根据第一方面，本发明提供了一种液压制动系统，包括：
-至少一个用于促动和释放制动件地活塞/缸体单元，
-活塞可被偏压到制动位置以促动制动件，而缸体包括适于容纳供应到其中的高压工作流体的一定容积，以便使活塞从制动位置运动到释放位置以释放制动件，
-与所述至少一个活塞/缸体单元的容积相连以便从贮槽中提供工作流体的供给管线，
-设于供给管线中的泵，
-用于从所述至少一个活塞/缸体单元的容积中排放出工作流体的排放管线，
-设置在排放管线中的第一全开/全闭阀和用于确定流动阻力的元件，
-设有第二全开/全闭阀的旁通管线，其设置成可与排放管线形成平行的流动，和
-附加全开/全闭阀，其用于在泵和所述至少一个活塞/缸体单元的容积之间选择性地中断或保持流体连接，
-用于这两个全开/全闭阀的驱动单元，
-其中，在制动过程的开始时，在制动件的释放状态下处于关闭状态的两个全开/全闭阀之间，驱动单元打开第一全开/全闭阀，在从第一全开/全闭阀打开后过去了预设的第一时间段之后，打开第二全开/全闭阀。
或者，该制动系统包括：
-至少一个用于促动和释放制动件的活塞/缸体单元，
-活塞可被偏压到制动位置以促动制动件，而缸体包括适于容纳供应到其中的高压工作流体的一定容积，以便使活塞从制动位置运动到释放位置以释放制动件，
-与所述至少一个活塞/缸体单元的容积相连以便从贮槽中提供工作流体的供给管线，
-设于供给管线中的泵，
-用于从所述至少一个活塞/缸体单元的容积中排放出工作流体的排放管线，
-设置在排放管线中的第一全开/全闭阀和用于确定流动阻力的元件，
-设有第二全开/全闭阀的旁通管线，其设置成可与排放管线形成平行的流动，
-附加全开/全闭阀，其用于在泵和所述至少一个活塞/缸体单元的容积之间选择性地断开或保持流体连接，
-用于全开/全闭阀的驱动单元，
-其中，在制动过程的开始时，驱动单元关闭附加全开/全闭阀，在设于排放管线和旁通管线中的在制动件的释放状态下处于关闭状态的两个全开/全闭阀之间，驱动单元打开第一全开/全闭阀，在从第一全开/全闭阀打开后过去了预设的第一时间段(T_delay1)之后，打开第二全开/全闭阀。
上述两个实施例中的第一实施例包括了被动制动件，其在工作流体的压力下降时自动地作用于待制动部件上。出于这一目的，所述至少一个活塞/缸体单元的活塞例如可被弹簧机械式偏压到释放位置。在活塞/缸体单元的容积中通常供应有高压工作流体，其由泵经由供给管线来供给并保持在一定的压力下，因此能够克服弹簧的偏压而将制动件保持在打开位置。
为了防止制动件在泵失效时自动进入到工作位置，在活塞/缸体单元的容积上经由管线连接了存储装置，所述存储装置由泵来供应高压工作流体。在泵失效时，活塞/缸体单元的容积内的工作流体的压力通过存储装置来保持。这一方面出于安全原因是非常重要的，然而对本发明来说不太重要。
为了能够在紧急情况下促动该被动制动件，工作流体可经由排放管线从活塞/缸体单元的容积中排出。为了防止这一过程过于突然地发生，根据本发明，排放管线一方面能够被打开和关闭，为此应在排放管线中设置全开/全闭阀。另一方面，可通过在排放管线中设置元件或通过阀的构造来增大排放管线中的工作流体的流动阻力，使得工作流体不能过于突然地从活塞/缸体单元的容积中流出来。确定流动阻力的元件尤其为限流件，即截面减小的结构。
考虑到操作安全性，必须在每单位时间内使足够的工作流体经由排放管线排出，以便允许该制动件在适当地时候以足够大的范围进入到工作位置中。为了即使在因在阀和/或元件和/或管线中设置了元件而引起流通截面产生无意中下降的情况下保证这一点，本发明提供了附加阀，其设置在与排放管线平行地相连的旁通管线中，并且在制动过程的开始时关闭，所述阀在排放管线中的阀打开之后以时间控制的方式打开。该时间段是预先设定的。根据本发明，第二阀的这种迫动打开保证了实际上有与制动件的最终促动所需的一样多的工作流体可从活塞/缸体单元的容积中离开，与工作流体是否已经从活塞/缸体单元的容积中离开或者所离开的工作流体有多大量无关。在确定了排放管线中的流动阻力的元件的正确操作时，在过去了排放管线中的全开/全闭阀打开和旁通管线中的全开/全闭阀打开之间的时间段之后，制动件的正确促动所需的全部工作流体量已经经由排放管线而流出到该至少一个活塞/缸体单元的容积之外；因此，旁通管线中的全开/全闭阀可执行安全功能。
由于本发明所提供的制动件具有“平稳地进入到工作位置中”的概念，因此作用在待制动系统上的振动和过大的动负载尖峰下降，使得该系统的部件不会受损，材料疲劳降低。
然而，振动和过大的动负载尖峰不仅发生在制动过程的开始，而且发生在所述过程的结束(所谓的停机振动)。因此，根据本发明的另一方面，制动件在待制动部件进入到最终停止状态之前被释放。出于这一原因，制动系统还包括：
-与至少一个活塞/缸体单元的容积相连的附加供给管线，
-与附加供给管线相连的高压工作流体的存储装置，和
-设在附加供给管线中的附加全开/全闭阀，
-驱动单元，其在制动过程的开始时可关闭附加全开/全闭阀，该附加全开/全闭阀在制动件处于释放状态时处于打开位置，和
-在制动过程的结束时，驱动单元关闭第一和第二全开/全闭阀并打开附加全开/全闭阀，以便将高压工作流体从存储装置供应到至少一个活塞/缸体单元的容积中。
根据本发明的这一方面而设置的存储装置与上述存储装置有所不同，它尤其可通过泵和贮槽来实现。从存储装置到活塞/缸体单元的容积的附加供给管线是常开的。
在制动过程的开始时，该(附加)全开/全闭阀关闭，其它的阀通过驱动单元而被如上所述地驱动。当达到待制动部件的预设最小转速或最小速度时，排放管线和旁通管线中的阀关闭，而附加阀打开，使得工作流体从存储装置流入到活塞/缸体单元的容积中，并再次释放被动制动件。这便抵消了停机振动的产生。
为了防止活塞/缸体单元容积的(再)填充过于突然地发生，可以在排放管线中适当地设置元件以增大流动阻力，这可由附加阀、附加供给管线的相应结构或元件如限流结构的设置来实现。
制动件优选在其释放后被再次促动，这可通过与制动过程开始时相同的方式来适当地执行。因此，驱动单元可关闭附加阀，并且打开排放管线中的阀。在该过程之后优选进行旁通管线中的阀的时间控制打开。
作为被动制动件的替代，根据本发明的制动系统可包括主动制动件，为实现促动目的，它的至少一个活塞/缸体单元必须被供应高压工作流体。本发明的这一实施例设有：
-至少一个用于促动和释放制动件的活塞/缸体单元，
-该缸体包括可容纳供应到其中的高压工作流体的容积，
-与所述至少一个活塞/缸体单元的容积相连以便从贮槽或存储装置中提供高压工作流体的供给管线，
-设于供给管线中的泵，
-第一全开/全闭阀和用于确定流动阻力的元件，它们均设置在供给管线中的泵和所述至少一个活塞/缸体单元的容积之间，
-设有第二全开/全闭阀的旁通管线，其设置成平行于第一全开/全闭阀和用于确定流动阻力的元件，和
-用于这两个全开/全闭阀的驱动单元，
-其中，在制动过程的开始时，在制动件的释放状态下处于关闭状态的两个全开/全闭阀之间，驱动单元打开第一全开/全闭阀，在从第一全开/全闭阀打开后过去了预设的第一时间段之后，打开第二全开/全闭阀。
在该实施例中，全开/全闭阀和确定了流动阻力的元件设于将泵与活塞/缸体单元的容积相连的供给管线中。设有全开/全闭阀的旁通管线设置成与供给管线的这一部分平行。在制动过程开始时，供给管线中的阀先打开，使得如流动阻力所确定的那样，工作流体以特定的速率流入到活塞/缸体单元的容积中，以便“平稳地”促动主动制动件。在逝去了预设的时间段之后，旁通管线中的阀以时间控制的方式打开。因此，可以保证主动制动件可靠地进入到工作位置中。
出于工作安全性方面的原因，泵将工作流体泵送到存储装置中，该存储装置在泵之后和阀或确定了流动阻力的元件之前从供给管线中分出来。在泵失效的情况下，存储装置含有足够量的工作流体，以便填充制动件的所有活塞/缸体单元。包含有主动制动件的液压制动系统的这一方面对本发明来说不太重要。
如上所述的本发明实施例可以在制动过程开始时克服产生于待制动系统中的振动和过大的动负载尖峰。该实施例可由设有阀的(附加)(排放)管线来扩展，以便降低在制动过程结束时的停机振动。为此，本发明的该实施例的这一方面包括：
-设有附加全开/全闭阀的排放管线，其设置成与至少一个活塞/缸体单元的容积流动式相通；
-其中在制动件的释放状态下关闭的附加全开/全闭阀在制动过程开始时保持在关闭状态下，和
-在制动过程结束时，如果待制动部件的速度降低到预设值，驱动单元便打开附加全开/全闭阀，以便将高压工作流体从至少一个活塞/缸体单元的容积中释放出来。
经由例如从旁通管线或供给管线中分出来的排放管线，工作流体便可通过打开附加阀而从活塞/缸体单元中排出。该过程释放了制动件。对于在所述部件已停止时为了实现固定待制动部件的目的而在之后促动制动件来说，附加阀再次关闭，使得工作流体不再能够流到活塞/缸体单元的容积之外，因此这一容积被便来自存储装置的工作流体所再次填充。
下面将参考附图来详细地介绍本发明，在图中：
图1显示了包括有被动(防故障)制动件的液压制动系统的线路图，
图2显示了用于驱动图1所示系统的阀的示意性时序图，
图3显示了包括有主动制动件的液压制动系统的线路图，和
图4显示了用于驱动图3所示系统的阀的示意性时序图。
图1和2涉及到第一实施例的液压制动系统10。系统10包括用于旋转部件13(如风力发电厂的转子轴上的制动盘)的被动制动件12，并带有一个或多个活塞/缸体单元14。通过泵20并经由供给管线18来从贮槽22中为活塞/缸体单元14的缸体17的容积16提供高压工作流体。各活塞/缸体单元14的活塞24例如通过弹簧26被偏压到可促动制动件12的制动位置，并且可通过将工作流体泵送到该工作容积中来克服偏压力而运动到释放位置中。在工作容积16上连接了第一存储装置28，其可存储一定量的高压工作流体，使得制动活塞和存储装置的总体容积总是足以关闭制动件12。
在各活塞/缸体单元14的工作容积16上连接了平行相连的排放管线30和旁通管线32，这些管线通向贮槽22。排放管线30具有全开/全闭阀34和设于其中的限流件36，旁通管线32具有设于其中的全开/全闭阀38。
附加的(供给)管线42设置成通到供给管线18中，其与附加存储装置40相连并设有附加的限流件44。该管线42在工作流体的流动方向上于泵20和设于泵20之后的附加全开/全闭阀46之间与供给管线相连。为了执行制动过程，所有的阀34，38和46均由驱动单元48以图2所示的顺序来控制。
在制动过程之前，阀34和38关闭而阀46打开。泵20将高压工作流体供应给两个存储装置28和40，并供应给被动制动件12的各个活塞/缸体单元14。
在制动过程的开始T₁时，阀34打开，工作流体可从各活塞/缸体单元14中流出来。流出速率由限流件36决定，并选择成使得制动件12不会过于灵敏地作用在待制动的部件13上。这样便避免了待制动系统(未示出)的过大振动和过大的动负载尖峰。
从制动过程的开始T₁时过去了延迟时间T_delay1之后，旁通管线32的阀38在时间点T₂(T₂＝T₁+T_delay1)处被驱动单元48有效地打开。因此，可以保证最迟在过去了时间段T_delay1之后，会妨碍制动件的完全有效性的仍保留在活塞/缸体单元14中的工作流体将会流出来。在排放管线被至少部分地堵住时即为这种情况。
在朝向制动过程的结束的过程中，阀46在时间T₃时打开，而阀34和38关闭。此时，工作流体以由限流件44所决定的流率从存储装置40中向外运动，进入到被动制动件12的活塞/缸体单元14的容积16中，使得被动制动件12再次被释放。在时间T₃时，待制动部件13仍具有一定的残余旋转速度，即它仍不是静止的。通过在此时间点处释放制动件12，就可以防止产生停机振动。
存储装置40的尺寸必须选择成可得到足量的高压工作流体，以便可充满活塞/缸体单元14的工作容积16以释放制动件，并且在给定的条件下，它可与存储装置28形成“桥接”。
在这样释放了制动件之后，制动件应当被适当地再次促动，用于实现部件13的最终制动(锁定制动功能)。为此，在由从时间点T₃过去了的时间段T_delay2之后所提供的时间点T₄处关闭阀46，并且打开阀34。此时，工作流体便从活塞/缸体单元14的容积16中流出，其流出速率由限流件36来确定。在从时间点T₄逝去了时间段T_delay3之后，阀38在时间点T₅(T₅＝T₄+T_delay3)处打开，因而能够保证用于固定部件13的制动件12的最终促动，即使在时间段T_delay3的期间内并不是所有工作流体都经由排放管线30从活塞/缸体单元14的工作容积16中流出来时也是如此。
各个时间段T_delay1、T_delay2和T_delay3可以相同或相互间不同，并且应当选择成与系统状态相对应，并且针对性能来选择。
图3和4显示了具有主动制动件62的液压制动系统的一个实施例，该制动件62用于对制动件63如风力发电厂的转子轴上的制动盘进行制动。制动件62包括至少一个活塞/缸体单元64，其具有缸体66、工作容积68和活塞70。在工作容积68上连接了供给管线72，其具有设于其中的用于工作流体的泵74。泵74设置成在制动件被促动时，其可将工作流体从贮槽76加压泵送至活塞/缸体单元64的工作容积16中。在供给管线72上连接了存储装置78，其通过泵74来供应高压工作流体。在泵74产生故障时，仍可经由存储装置78来促动制动件62。
在供给管线72中设有全开/全闭阀80和限流件82。因此，当制动件62被促动时，供给管线72打开，工作流体可在由限流件82所决定的流率下流入到各活塞/缸体单元64的工作容积68中。
在各活塞/缸体单元64上连接了与供给管线72平行地设置的旁通管线84，其中设有全开/全闭阀86。在相对于工作流体流动方向的泵74的下游处，该旁通管线84与供给管线72相连。旁通管线84具有从中分出来的排放管线88，在其中设有全开/全闭阀90和限流件92。
采用上述系统60便可得到一种制动曲线图，其中在制动过程的开始和结束时待制动系统的驱动管线中的振动和过大负载均得到抑制；在图4中显示了由驱动单元94来驱动的阀80，86和90的顺序。
在正常情况下，即在制动件未被促动时，所有上述三个阀80，86和90均关闭。存储装置78装有高压工作流体。
在制动过程的开始T₁时，阀80打开，使得工作流体在泵74失效时从存储装置78引入到工作容积68中，而在泵74功能完好时从贮槽76引入到工作容积68中；流率由限流件82以能够避免使制动件62过于突然地被促动的方式来确定。在从时间T₁处过去了预定的时间段T_delay之后，阀86被有效地打开(时间T₂)，因此便保证了各活塞/缸体单元64的容积68在任何情况下均被供应有工作流体，以实现制动件62的最大的可能制动，这对因干扰而无法通过供给管线72在之前进行制动的情况是有用的。
通过限流件82来设定供给管线72中的流率允许“柔和”地启动制动过程，防止在待制动系统中产生振动和过大的负载尖峰。在一定时间延迟后打开的旁通管线84在安全方面是有用的，在正常情况下，其应当不再会影响制动件的促动。
为了避免或降低停机振动，在待制动部件63的旋转速度已经降低到预定值的时间T₃时，排放管线中的阀90打开，因此工作流体可从活塞/缸体单元68中经由供给管线72和/或旁通管线84(阀80和86均打开或至少一个打开)排出到排放管线88中，并从此处进入到贮槽76中。因此便释放了制动件62。这一过程可在很短一段时间后终止，使得制动件62将再次处于其与待制动部件63所形成的完全摩擦接合状态，从而将其制动(处于停机状态下)。活塞/缸体单元64的再填充首先经由供给管线72来进行(阀80打开但阀86仍关闭)，之后经由旁通管线(此时阀86打开)来进行。这便实现了平稳且在任何情况下均安全的(新建立)的制动件62的促动，因此制动件便可用作锁定制动件。