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风力发电偏航系统高效智能集中润滑关键技术研究

作　者: 周益
导　师: 臧铁钢
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 风力发电设备偏航系统自动集中润滑系统液压缸驱动润滑泵
分类号: TM315
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着人类社会的不断发展与进步，人类对能源的需求量越来越大。为了有效缓解人类对能源的大量需求，必需大力发展新能源和可再生能源。在风能、太阳能、生物质能、氢能、潮汐能等新型能源中，风能作为一种清洁的可再生能源，已发展成为发展最为迅速的一种重要的新型能源。为了更好的使用风能资源，丹麦首先建立了世界上第一台风力发电装置。随着时间的推移，人类对风力发电系统的不断改进，风力发电得到了迅速的发展。但在风力发电设备的应用过程中尚存在一些需改进的部分，润滑系统就是其中的一部分。风力发电设备上常用自动集中润滑系统为其服务，但随着集中润滑的不断发展与应用，越来越多的缺点逐渐显现出来，风力发电机组常年处在野外工作，环境恶劣，影响润滑系统的可靠性；与此同时，风电设备润滑的管路布线比较冗长，附加阻力较大，压力损失比较严重，尤其在低温的时候，润滑泵动力不足显得更加突出，影响润滑系统的可靠性。本文针对风力发电设备自动润滑系统进行了深入的研究与开发，特别针对偏航系统设计了一款新型的自动润滑系统，解决了传统自动集中润滑系统的压力流量小和可靠性低的问题，具体实现了高可靠性、高流量下的泵送单元，在实际应用中取得了良好的效果。本文主要从以下几个角度着手研究：第一，介绍了基于液压缸驱动方式的润滑泵的开发背景，以及其优越性，并阐述了该泵的液压工作原理：通过齿轮泵、电磁换向阀、双杆双作用液压缸等构成高效、高压、大流量的润滑泵。针对新型润滑泵的液压工作原理进行分析，验证液压缸驱动方式的润滑泵的原理的可行性。第二，对基于液压缸驱动方式的润滑泵的总体结构进行设计，对各关键组成零部件进行了详细的结构设计与合理性验证，包括双作用双杆液压缸的设计、单向阀的设计、润滑泵柱塞的设计等等，主要就是设计了一套集成式液压驱动系统。第三，对基于液压缸驱动方式的润滑泵的控制系统进行总体方案设计，对控制系统的总体框架进行了构建，详细介绍了控制系统的组成部分与相应实现的功能，同时分别叙述了各功能模块的设计过程与作用；以硬件电路设计为基础，完善各功能模块。最后进行了相应的控制软件的设计，以满足实现自动流程控制的功能。第四，针对风力发电偏航系统的自身特点与其润滑点的分布情况，结合实际，辅以相应的后置管路配件以及外围设备，将新型润滑泵应用于其中，构建具有针对性的高效智能集中润滑系统。最后对本文进行了总体总结，概括全文的要点，分析总结研究成果，并指出本研究所存在的不足和以后进行深入研究的具体方向。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-16
第一章绪论  16-29
  1.1 研究背景  16-17
  1.2 国内外研究现状及发展趋势  17-26
    1.2.1 风力发电润滑的现状及发展趋势  17-22
      1.2.1.1 偏航轴承润滑需求  18-19
      1.2.1.2 偏航大齿圈润滑需求  19
      1.2.1.3 偏航轴承润滑方式  19-20
      1.2.1.4 偏航大齿圈润滑方式  20-22
    1.2.2 集中润滑的现状及发展趋势  22-24
    1.2.3 润滑泵的现状及发展趋势  24-26
  1.3 课题来源、主要研究内容与意义  26-27
  1.4 论文的组织安排  27-28
  1.5 本章小结  28-29
第二章偏航系统专用新型润滑泵液压原理与结构设计  29-50
  2.1 润滑泵的开发背景及必要性  29-32
    2.1.1 传统电动柱塞式润滑泵性能分析  29-31
      2.1.1.1 润滑泵输出压力分析  29-31
      2.1.1.2 润滑泵输出流量分析  31
    2.1.2 润滑泵开发的必要性  31-32
  2.2 偏航系统专用新型润滑泵液压原理  32-34
    2.2.1 润滑泵的组成  32-33
    2.2.2 润滑泵组成部分的功能  33
    2.2.3 偏航系统专用新型润滑泵的液压原理  33-34
  2.3 偏航系统专用新型润滑泵功能要求与主要技术指标  34-35
    2.3.1 偏航系统专用新型润滑泵功能要求  34
    2.3.2 偏航系统专用新型润滑泵的主要技术指标  34-35
  2.4 液压缸设计  35-41
    2.4.1 双杆活塞液压缸的设计计算  35-38
      2.4.1.1 液压缸内径 D 和活塞杆直径 d 的计算  35-36
      2.4.1.2 液压缸活塞行程  36
      2.4.1.3 缸体壁厚计算  36
      2.4.1.4 液压缸油口直径计算  36-37
      2.4.1.5 液压缸的强度和刚度校核  37-38
    2.4.2 双杆活塞液压缸的结构设计  38-39
    2.4.3 液压缸的泄漏检测  39-41
  2.5 大容量柱塞设计  41-43
  2.6 齿轮泵选型  43-44
  2.7 新型润滑泵总体结构  44
  2.8 新型润滑泵性能分析  44-49
    2.8.1 新型润滑泵输出压力分析  45-46
    2.8.2 新型润滑泵输出流量分析  46-48
    2.8.3 新型润滑泵可靠性分析  48-49
  2.9 本章小结  49-50
第三章偏航系统专用润滑泵控制器设计  50-77
  3.1 总体设计  50-52
    3.1.1 芯片选择  50-51
    3.1.2 单片机最小应用系统  51-52
  3.2 温度采集电路设计  52-53
  3.3 数据存储模块  53
  3.4 报警系统  53-55
  3.5 按键与 LED 显示器模块设计  55-57
  3.6 电机驱动电路  57-59
  3.7 电磁换向阀与行程开关模块  59-61
  3.8 预留串口电路设计  61-62
  3.9 电源电路设计  62-63
  3.10 软件设计  63-72
    3.10.1 主程序  64
    3.10.2 温度控制子程序  64-65
    3.10.3 存储模块程序设计  65-67
    3.10.4 报警系统子程序  67-68
    3.10.5 人机交互子程序  68-70
    3.10.6 电机驱动子程序  70-71
    3.10.7 电磁换向阀与行程开关子程序  71-72
  3.11 偏航系统专用新型润滑泵工作间隔时间的控制方法  72
    3.11.1 常用控制方法概述  72
    3.11.2 传统的时间控制方法  72
  3.12 偏航系统专用新型润滑泵的模糊控制  72-75
    3.12.1 模糊控制的基本原理  73-74
    3.12.2 模糊控制器的设计  74
    3.12.3 输入量的模糊化处理  74-75
    3.12.4 模糊控制规则的建立  75
    3.12.5 模糊推理及非模糊化方法  75
  3.13. 本章小结  75-77
第四章新型润滑泵在偏航系统润滑中的应用  77-86
  4.1 分配器  77-81
    4.1.1 分配器工作原理  77-80
    4.1.2 递进式分配器的特点  80-81
  4.2 辅助加热装置设计  81-83
    4.2.1 陶瓷加热圈简介  81-82
    4.2.2 加热控制系统的原理  82
    4.2.3 新型润滑泵加热时间计算  82-83
  4.3 高效智能集中润滑系统的构建  83-85
    4.3.1 集中润滑系统概述  83-84
    4.3.2 高效智能集中润滑系统的构建  84-85
  4.4 本章小结  85-86
第五章总结与展望  86-88
  5.1 全文总结  86
  5.2 工作展望  86-88
参考文献  88-91
致谢  91-92
在学期间的研究成果及发表的学术论文  92

风力发电偏航系统高效智能集中润滑关键技术研究

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