风力发电机组的偏航教学设备的制作方法

1.本发明涉及风力发电技术领域，更具体地讲，涉及一种风力发电机组的偏航教学设备。


背景技术：

2.随着环境保护的需求加强，新能源技术的不断革新，全球清洁能源产业，尤其是风能产业近年蓬勃发展，装机容量每年持续大幅增加，我国到2019年累计装机突破2亿千瓦。对于风电优质的服务人才的需求也在不断增加。
3.偏航系统是风力发电机组的重要组成部分，对风力发电机组偏航对风、位置采集以及保证有效出力起至关重要的作用。风力发电机组的偏航系统在运行期间难免会出现故障，因此需要维护人员进行维修，这对维护人员关于偏航系统的熟悉程度以及对问题解决能力要求较高。
4.因此对维护人员的技术培训就显得尤为重要，但是考虑到真机操作的难度、安全因素以及成本等综合因素，就需要开发一套关于风力发电机组的偏航教学设备，以用于培训维修人员。
5.目前现有技术中，相关的教学设备缺少与主控系统的信息交互，人员无法直观了解到平台当前的状态，缺少交互性，无法清晰阐述偏航系统与主控系统之间的关联特性。


技术实现要素：

6.本发明从为解决高效开展对偏航系统培训，开发一种可视化、小型化的风电偏航教学设备的角度，提供了一种风力发电机组的偏航教学设备，以至少解决背景技术中提到的技术问题。
7.根据本发明示例性实施例的一个方面，提供一种风力发电机组的偏航教学设备，其中，所述偏航教学设备包括偏航平台，所述偏航平台包括平台支架总成、偏航控制系统总成以及偏航驱动总成，所述平台支架总成包括平台底座和位于所述平台底座上方的上平台支架，所述偏航控制系统总成固定在所述上平台支架的承载面上；所述偏航驱动总成的动力输出部分穿过所述上平台支架的承载面并与所述上平台支架的承载面固定连接，所述偏航驱动总成的传动部分设置在所述平台底座和所述上平台支架之间；其中，偏航控制系统总成与偏航驱动总成通信连接，用于输出偏航控制信息给偏航驱动总成，控制所述动力输出部分驱动所述传动部分带动所述上平台支架相对所述平台底座转动，以模拟风力发电机组的偏航控制。
8.利用本发明提供的技术方案，可提供一种可视化、小型化的风力发电机组的偏航教学设备，利用该偏航教学设备可在安全有效的室内环境、等效模拟现场的作业场景开展教学任务，缩短培训人员的培养周期，实现“零距离”上岗要求。
9.将在接下来的描述中部分阐述本发明总体构思另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本发明总体构思的实施而得知。
附图说明
10.通过下面结合示例性地示出实施例的附图进行的描述，本发明的示例性实施例的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
11.图1是示出根据本发明的示例性实施例的偏航教学设备的系统拓扑图；
12.图2是示出根据本发明的示例性实施例的控制台的结构示意图；
13.图3是示出根据本发明的示例性实施例的偏航平台的整体结构示意图；
14.图4是示出根据本发明的示例性实施例的偏航平台的驱动结构示意图；
15.图5是示出根据本发明的示例性实施例的偏航平台的主视图；
16.图6是示出根据本发明的示例性实施例的偏航平台的加强环结构示意图；
17.图7是示出根据本发明的示例性实施例的偏航平台的加强环结构的另一示意图；
18.图8是示出根据本发明的示例性实施例的偏航平台的滑梯总成结构示意图。
具体实施方式
19.提供下面的具体实施方式以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解本技术的公开之后，在此描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改和等同物将是清楚的。例如，在此描述的操作的顺序仅是示例，并且不限于在此阐述的那些顺序，而是除了必须以特定的顺序发生的操作之外，可如在理解本技术的公开之后将是清楚的那样被改变。此外，为了更加清楚和简明，本领域已知的特征的描述可被省略。
20.在此描述的特征可以以不同的形式来实现，而不应被解释为限于在此描述的示例。相反，已提供在此描述的示例，以仅示出实现在此描述的方法、设备和/或系统的许多可行方式中的一些可行方式，所述许多可行方式在理解本技术的公开之后将是清楚的。
21.在此使用的术语仅用于描述各种示例，并不将用于限制公开。除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式也意在包括复数形式。术语“包含”、“包括”和“具有”说明存在叙述的特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。
22.除非另有定义，否则在此使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与由本发明所属领域的普通技术人员在理解本发明之后通常理解的含义相同的含义。除非在此明确地如此定义，否则术语(诸如，在通用词典中定义的术语)应被解释为具有与它们在相关领域的上下文和本发明中的含义一致的含义，并且不应被理想化或过于形式化地解释。
23.此外，在示例的描述中，当认为公知的相关结构或功能的详细描述将引起对本发明的模糊解释时，将省略这样的详细描述。
24.图1是示出根据本发明的示例性实施例的偏航教学设备的系统拓扑图；图3是示出根据本发明的示例性实施例的偏航平台的整体结构示意图。参照图1和图3，偏航教学设备包括控制台和偏航平台，具体地将在下文描述。
25.根据本发明的示例性实施例的一个方面，提供一种风力发电机组的偏航教学设备，其中，参照图1和图3，该偏航教学设备包括偏航平台，偏航平台包括平台支架总成900、偏航控制系统总成400以及偏航驱动总成500。
26.平台支架总成900还包括平台底座904和位于平台底座904上方的上平台支架902，上平台支架902的承载面即为平台支架总成900的承载面，偏航控制系统总成400固定在平
台支架总成900的承载面上，偏航驱动总成500由上台支架902固定支撑，并且其动力输出部分位于平台支架总成900的承载面上方，偏航驱动总成500的传动部分设置在平台支架总成900的平台底座904和上平台支架902之间，以驱动上平台支架902相对于平台底座904旋转。
27.下面描述平台支架总成900、偏航控制系统总成400以及偏航驱动总成500之间的相对位置关系。这里需要说明的是，由于上述各总成所包括的结构分布较为分散，因此在图3至图8中没有示出有关总成的标号。基于此情况，为便于理解本发明的方案，下面将结合各总成内部涉及具体结构的标号描述它们之间的相对位置关系。
28.在图1和图3示出的实施例中，平台底座904用于模拟包括风力发电机组的固定部分，例如塔筒等。偏航驱动总成500的传动部分包括偏航轴承，平台底座904上设置有连接法兰，以与偏航轴承504的轴承外圈固定连接，而偏航轴承504的轴承内圈与上平台支架902连接，从而上平台支架902能够相对于平台底座904旋转。
29.偏航控制系统总成400固定在平台支架总成900的承载面上，具体地，偏航控制系统总成400固定在上平台支架902上，以在偏航轴承504的轴承内圈相对于平台底座904旋转时，与上平台支架902一起旋转，从而模拟机舱系统等效场景。
30.上平台支架902的上部形成为平板结构，以形成平台支架总成900的承载面。作为示例，上平台支架902可以包括上平台盖板9021和连接在上平台盖板9021的下表面上的加强环9024，加强环9024与偏航轴承的轴承内圈固定连接(将在下面进行详细描述)。
31.偏航控制系统总成400包括偏航电控柜支架402和设置在偏航电控柜支架402上的偏航电控柜401。其中，偏航电控柜支架402固定安装在上平台盖板9021上，偏航电控柜支架402的侧部设置有走线槽，用于容纳偏航电控柜401与外围设备之间的连接电缆。
32.如上所述，偏航控制系统总成400设置在平台支架总成900的承载面上，可便于人员在该承载面上操控偏航控制系统总成400，以完成教学、观摩等任务。设置偏航电控柜支架402可优化对上平台盖板9021的空间占用。同时也可匹配操作人员的身高，便于人员操作偏航电控柜401。
33.可选地，偏航电控柜401可集成安全控制、转速检测、液压控制、偏航控制、润滑控制、风速风向等功能，可独立进行偏航系统的本地控制，以及与控制台通信，以实现远程控制。
34.在图1和图3示出的实施例中，偏航驱动总成500由上平台支架902支撑，并且偏航驱动总成500的动力输出部分穿过上平台支架并与上平台支架的承载面固定连接，偏航驱动总成500的传动部分设置在平台支架总成900的平台底座904和上平台支架902之间，以与偏航轴承504的轴承外圈结合。
35.可以理解，考虑到教学的直观性，这里以实现上平台支架902相对平台底座904转动为目标，设计了偏航驱动总成500的传动部分位于平台底座904和上平台支架902之间，使得上平台支架902以及其上承载的各结构模拟风力发电机组的偏航控制时的塔顶机舱转动部分，平台底座904模拟塔筒等固定部分，从而模拟风力发电机组的偏航控制。
36.具体地，在图3实施例中，偏航驱动总成500的动力输出部分可包括偏航电机501和减速器502，偏航驱动总成500的传动部分可包括驱动齿轮503和偏航轴承504。其中，偏航轴承504包括轴承内圈和具有外齿的轴承外圈，轴承外圈与平台底座904固定连接，轴承内圈与加强环9024的下法兰面固定连接。偏航电机501的输出轴与减速器502连接，减速器502的
输出轴与驱动齿轮503连接，驱动齿轮503与偏航轴承504的轴承外圈上的外齿啮合。
37.参照图3，在平台底座904用于与偏航轴承504的轴承外圈固定连接的位置，设置有沿平台底座904高度方向的环形凸起。设置环形凸起的目的在使偏航轴承504的轴承外圈的下端面与平台底座904的上表面间隔预定距离，为设置刹车盘9041预留空间，以及配合安装制动器602，具体将在下文描述。
38.在一个可选地实施例中，参照图4，平台底座904具有由顶板和侧壁围成的内部空腔，且在侧壁上设置有用于遮挡走线入口的挡板9042。偏航平台电源线缆可由该走线入口布置在上述内部空腔中。
39.参照图3，上平台盖板9021上安装偏航驱动总成500的位置设置有通孔，减速器502穿过该通孔而设置。具体地，该通孔为圆形，减速器502外壳为圆柱体，在圆柱体的外表面环绕固定设置有限位装置，在减速器502外壳穿过通孔时，由于限位装置大于通孔直径，从而与通孔边缘接触对减速器502形成限位和固定。优选地，可将限位装置与通孔边缘固定，强化对减速器502的限位效果。
40.可选择地，减速器502可采用摆线针轮减速机，其能与偏航电机501高速输出轴连接，摆线针轮减速机具有传动比大、传动效率高、重量轻、体积小、运行平稳、拆装方便、使用可靠、寿命长等优点。偏航轴承504可以为四点接触球轴承。
41.在图1和图3示出的实施例中，偏航控制系统总成400与偏航驱动总成500通信连接，用于输出偏航控制信息给偏航驱动总成500，控制偏航驱动总成500的动力输出部分驱动偏航驱动总成500的传动部分带动上平台支架902相对平台底座904转动，从而模拟风力发电机组的偏航控制。
42.具体地，偏航电控柜401可与偏航电机501通信连接，用于模拟控制偏航电机501根据偏航对风角度输出偏航转矩，以通过偏航电机501驱动偏航轴承504转动。从而可实现针对该风力发电机组的本地控制，无需响应于控制台发送的指令操作，从而可提高控制效率。
43.在图3所示的实施例中，上平台支架902可包括上平台盖板9021、传感器维护盖板9022、轴承维护盖板9023以及加强环9024。
44.可选择地，上平台盖板9021、传感器维护盖板9022、轴承维护盖板9023拼接形成一个整体盖板。
45.如上所述，上平台盖板9021可认为是一个平板框架，传感器维护盖板9022、轴承维护盖板9023嵌入到上平台盖板9021中。其中，轴承维护盖板9023可以与上平台盖板9021在安装位置的边缘单侧枢接，以形成可开合的盖板，打开轴承维护盖板9023即可对下方空间内的结构器件(例如，偏航轴承504)执行检修。传感器维护盖板9022可相对于上平台盖板9021拆卸，以便于维修人员检修安装在上平台盖板9021的下表面上的传感器。
46.如图6所示，加强环9024形成为环状结构，并且形成有连接法兰。可选择地，加强环9024的上法兰面与上平台盖板9021固定连接，加强环9024的下法兰面与所述传动部分转动连接。作为连接示例，可以使紧固螺栓从上至下依次穿过上平台盖板9021、加强环9024的连接法兰以及偏航轴承504的轴承内圈，然后与通过螺母进行紧固。
47.具体地，参照图6，加强环9024包括内环90241、外环90242、连接内环90241与外环90242的加强筋90243，以及连接内环90241与外环90242底部的连接底板90244。内环90241上形成有螺栓孔，从而使内环90241用作与上平台盖板9021以及轴承内圈进行连接的连接
法兰。具体地，内环90241的上端面及下端面分别与上平台盖板9021以及偏航轴承504的轴承内圈固定连接。加强筋90243上设置有多个过孔9025，用于布置电力或控制线缆或其他管路等。图6中所示的过孔为圆孔型，在具体实施时，过孔也可设置为u型孔，如图7所示。
48.可以理解，由于偏航轴承504具有外齿的轴承外圈与平台底座904的凸起部分固定连接，从而利用偏航轴承504的轴承内圈和具有外齿的轴承外圈之间的相对转动结构，实现了上述加强环9024的下法兰面与偏航驱动总成500的传动部分转动连接，从而实现上平台支架902相对于平台底座904可转动。并且，设置加强环9024可以增加上平台盖板9021与偏航轴承504内圈之间的结构稳定性。另一方，还可以通过加强环9024的厚度来调节上平台盖板9021与平台底座904的上表面之间的距离，从而使得驱动齿轮503能够与偏航轴承504外圈对准，并控制两者之间的啮合高度。
49.另外，利用加强环9024的内部空间以及过孔9025可以布置液压油管、润滑油管和振动开关803以及机舱位置传感器804的控制线缆走线，设置加强筋90243可增加内环90241、外环90242之间的结构强度和稳定性。
50.参照图1、图3至图5，偏航平台还包括设置在平台底座904以及上平台盖板9021上的液压系统总成600、润滑系统总成700以及外围传感器总成800。
51.其中，液压系统总成600与偏航控制系统总成400通信连接，响应于偏航控制系统总成400输出的制动控制指令，控制制动器602对刹车盘9041进行制动；润滑系统总成700与偏航控制系统总成400通信连接，响应于偏航控制系统总成400输出的润滑指令，对偏航轴承504执行润滑操作；外围传感器总成800用于检测偏航教学设备在模拟风力发电机组偏航过程中的状态参数，并反馈给偏航控制系统总成400。
52.在一个实施例中，参照图3和图4，液压系统总成600可包括液压站601、制动器602以及液压油管。其中，液压站601设置在上平台盖板9021的承载面上，刹车盘9041固定连接在轴承外圈的下表面上或设置在平台底座904的上表面上，制动器602可固定连接于上平台支架902上，并围绕刹车盘9041的外周边缘，制动器602与刹车盘9041之间接触面的压力能够响应于制动控制指令变化，从而夹紧或释放刹车盘9041；液压油管连接液压站601与制动器602，以使得制动器602能执行液压制动。
53.这里，液压站601可采用风力发电机组上原装的液压站，具备手动建压、自检、储能等功能。所述的液压油管包括进油管和出油管，其中，进油管用于为制动器602供油以提供制动压力，出油管用于将油返回给液压站601以释放制动器的压力。
54.可选择地，制动器602可为包括两组液压制动钳，对称设置在刹车盘9041不同侧。
55.其中，制动器602的沿高度方向的上端面可与上平台盖板9021或者加强环9024沿厚度方向的下表面固定连接，从而通过制动器602与刹车盘9041之间接触摩擦实现对上平台支架902的偏航旋转执行刹车制动。
56.参照图1、图3至图5，润滑系统总成700包括润滑泵701、齿润滑器702以及润滑油管。其中，润滑泵701设置在上平台盖板9021的承载面上，齿润滑器702与偏航轴承504的外齿啮合，齿润滑器702具有内部空腔且每个齿的表面设置有连通内部空腔的过孔，润滑泵701响应于润滑指令，通过润滑油管703向齿润滑器702的内部空腔注入润滑剂，以使得偏航轴承504外齿带动齿润滑器702旋转时，润滑剂能够涂抹在偏航轴承504的外齿上。
57.这里，齿润滑器702可采用尼龙材质加工的空心齿轮。润滑泵701可采用风力发电
机组上原装的液压站，具备自动加脂、堵塞告警等功能。
58.可以理解，通过齿润滑器对偏航轴承504的外齿进行润滑，可延缓偏航轴承504的外齿的磨损。
59.参照图1、图3和图4，外围传感器总成800包括风向标801、风速仪802、振动开关803以及机舱位置传感器804。其中，风向标801和风速仪802分别设置在偏航电控柜支架402的上部，用于采集周围环境中的风向和风速信息；振动开关803设置在上平台支架902上，用于检测偏航轴承504转动时的振动强度信息；机舱位置传感器804设置在上平台支架902上，用于检测偏航轴承504转动时所模拟的机舱位置信息。
60.这里，风向标801、风速仪802安装在电控柜支架402上，信号线缆接入偏航电控柜401内，模拟实际设置在风力发电机组顶部机舱上的风向标和风速仪。可选地，振动开关803和机舱位置传感器804均可设置在上平台盖板9021沿厚度方向的下表面边缘。偏航电控柜401可响应于检测到的振动强度信息判断偏航设备运行稳定性；以及响应于机舱位置信息确定模拟的机舱位置。
61.参照图3和图8，偏航教学设备还包括平台护栏901和滑梯总成903。平台护栏901沿上平台盖板9021承载面的边缘设置，并且平台护栏901上设置有用于安装滑梯总成903的安装位。滑梯总成903一端通过安装位安装在平台支架总成900上，另一端相对平台支架总成900可伸缩折叠。
62.可以理解，由于上平台盖板9021承载面是人员活动的作业面，因此设置平台护栏可防止跌落，造成危险。另外设置滑梯总成903可方便作业人员上下上平台盖板9021承载面。
63.具体地，参照图3，滑梯总成903包括滑梯9032、滑梯拉手9035、一对滑梯扶手9033、两组相对设置的滑梯支撑9031以及两组相对设置的滑梯支架9034。
64.其中，两组滑梯支撑9031的一端分别与上平台盖板9021的承载面固定连接，另一端分别与对应的立柱顶部固定连接，以实现对立柱的侧向支撑。两组滑梯支架9034分别设置在对应的立柱上，且底部分别与上平台盖板9021的承载面固定连接，以使得两组滑梯支架9034基于立柱相对设置，相对设置的滑梯支架9034中任意一个在朝向另一个的侧面上设置有滑轨。两组滑梯扶手9033分别设置在对应的滑梯支架9034上，滑梯9032两侧支架上设置有与滑轨匹配的滑块，以使得滑梯9032能够沿滑轨滑动，滑梯拉手9035设置在滑梯9032纵向顶部，用于拉动滑梯9032。
65.这里，为节约成本，也可人员手动推拉。在一个可选实施例中，滑梯的推拉动力也可采用伺服电机或电动推杆方式实现。此外，滑梯总成903的材料可以为不锈钢，或者钢化玻璃。
66.在一个实施例中，滑梯总成903还包括自锁装置，自锁装置设置在滑轨顶部，在滑梯9032被拉动过程中，当滑块第一次与自锁装置接触时，自锁装置锁定滑块，再次拉动滑梯9032时，自锁装置解锁滑块。
67.可以理解，滑梯9032拉升锁定与平台护栏901形成闭合围栏，可对位于上平台盖板9021承载面的人员提供保护。另外，这种结构也可避免偏航转动时，滑梯9032松动下滑与地面或平台底座904发生剐蹭。
68.在一个实施例中，本公开的偏航教学设备还包括与偏航平台通信连接的控制台，
控制台与偏航平台通信连接，以模拟风力发电机组的主控制器。
69.参照图1和图2，控制台包括控制系统200和人机交互界面300。其中，控制系统200与偏航控制系统总成400通信连接，用于接收偏航控制系统总成400返回的信息，并向偏航控制系统总成400输出主控信号。人机交互界面300与控制系统200通信连接，用于显示控制系统200以及偏航平台的状态参数。
70.其中，控制系统200还包括控制柜体201、多个指示灯以及多个开关，在控制柜体201高度方向的顶端设置有控制面板，人机交互界面300设置在控制面板上，多个指示灯和多个开关也设置在控制面板上且分布在人机交互界面300的旁侧。
71.需要说明的是，控制系统200可模拟风力发电机组控制单元，与偏航平台建立逻辑控制与数据交换，模拟风力发电机组在启动、停止、维护模式下的偏航控制，加强人员对偏航系统远端控制的掌握。进一步地，控制柜体201中包含风力发电机组plc控制器，内置机组状态仿真控制程序，可执行机组逻辑控制功能，建立与偏航平台的通讯连接，进行数据采集。
72.人机交互界面300可采用高清mgcs工业触控屏搭建，用于显示平台状态信息、偏航系统采集的数字量与模拟量、故障告警和远程偏航控制操作等内容，提高整个教学系统的可视化效果，便于实时交互。
73.具体地，在图2实施例中，多个指示灯包括绿色指示灯202、黄色指示灯203以及红色指示灯204。其中，绿色指示灯202用于模拟指示风力发电机组的正常状态，黄色指示灯203用于模拟指示风力发电机组的并网状态，红色指示灯204用于模拟指示风力发电机组的并网触发状态。
74.多个开关包括急停开关205、维护开关206、复位开关207、停机开关208、启动开关209。其中，急停开关205用于模拟控制风力发电机组安全急停，同时可执行模拟风力发电机组外部安全链动作而引起偏航系统动作执行操作，维护开关206用于模拟控制风力发电机组进入维护状态，复位开关207用于模拟控制风力发电机组复位，停机开关208用户模拟控制风力发电机组停机，启动开关209用户模拟控制风力发电机组启动，满足偏航平台根据控制台当前状态进行自动对风。
75.在另一可选的实施例中，参照图1和图2，所述偏航教学设备还包括供电系统100，与控制台以及偏航平台分别电连接，用于为控制台以及偏航平台供电。
76.具体地，供电系统100包括供电开关101和供电回路，供电开关101设置在控制柜体201的侧壁上，供电回路设置在控制柜体201的内部空间，供电开关101与供电回路电连接，用于控制供电回路的进入开路状态或者闭合状态。
77.综上所述，利用本发明的方案，通过包含偏航控制系统总成400、偏航驱动总成500、液压系统总成600、润滑系统总成700、外围传感器总成800和平台支架总成900的偏航平台结构设计，模拟风力发电机组机舱系统场景等效，再配合包含供电系统100、控制系统200和人机交互界面300的控制台模拟远程偏航控制，为需要培训的人员提供了可在室内学习的现场应用设备，模拟机组现场运行环境，从而可直观展示教学过程，便于加强现场运维人员实践技能培训；通过实训考核，培养现场运维人员职业技能和岗位能力，为后续现场作业实现“零距离”上岗。另外，本公开的偏航教学设备不仅用于现场运维人员实训，亦可作为企业，教师科研应用的平台。
78.虽然已表示和描述了本公开的一些示例性实施方式，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本公开的原理和精神的情况下，可以对这些实施方式进行修改。