风电机组液压系统

风电机组液压系统•风力发电机组的液压系统的主要功能是刹车（高、低速轴、偏航刹车），变桨控制、偏航控制。•在定桨距风力发电机组中，液压系统的主要作用是提供风力发电机组的气动刹车，机械刹车的压力，控制机械与气动刹车的开启实现风力发电机组的开机和停机。•在变桨距风力发电机组中，液压系统主要控制变距机构，•实现风力发电机组的转速控制、功率控制，同时也控制机械刹车机构及驱动偏航减速器。定桨距风力发电机组的液压系统气动刹车机构•气动刹车机构是由安装在叶尖的气动扰流器通过钢丝绳与叶片根部液压油缸的活塞杆相联接构成的。当风力发电机组正常运行时，在液压力的作用下，叶尖扰流器与叶片主体部分紧密地合为一体，组成完整的叶片。当风力发电机组需要停机时，液压油缸失去压力，扰流器在离心力的作用下释放并旋转70°～90°形成阻尼板，由于叶尖部分处于叶片的最远端，整个叶片作为一个长的杠杆，使扰流器产生相当大的气动阻力，使风力发电机组的叶轮转速迅速降下来直至停止，这一过程即为叶片空气动力刹车。叶尖扰流器是风力发电机组的主要制动器，每次制动时都是它起主要作用。控制系统指令或液压系统的故障引起液压系统失压都将导致扰流器释放而使叶轮停止运行。因此，空气动力刹车是一种失效保护装置，它使整个风力发电机组的制动系统具有很高的可靠性。•机械刹车机构•机械刹车机构由安装在低速轴或高速轴上的刹车盘与布置在它四周的液压钳构成。液压钳是固定的，刹车圆盘随轴一起转动。由PLC控制刹车钳的打开和关闭。实现风力发电组轴系的启、停。为了监视机械刹车机构的内部状态，刹车钳内部装有指示刹车片厚度的传感器。•1-油箱2-液压泵3-电动机4-滤油器5-油位指示器6-溢流阀•7-单向阀8-蓄能器9-压力开关10-节流阀11-压力表12-电磁阀(1)13-电磁阀(2)14-减压阀14-1，2，3刹车夹钳15-突开阀16-电磁阀•上图是定桨距风力发电机组的液压系统，主要功能是用来控制风力发电机组的启、停。它由四个控制回路组成。图左侧Ⅰ回路是气动刹车控制回路，压力油经油泵2、滤油器4进入系统。溢流阀6用来限制系统最高压力。开机时电磁阀12-2工作，压力油经电磁阀12-1，单向阀7-2，蓄能器8-2，单向阀7-3和旋转接头进入气动刹车油缸。压力开关9-2由蓄能器的压力控制，当蓄能器压力达到设定值时，压力开关9-2动作，电磁阀12-1关闭。运行时，回路压力主要由蓄能器保持，通过液压油缸上的钢丝绳拉住叶尖扰流器，使之与叶片主体紧密结合，形成一个完整的叶片。•电磁阀12-2为停机阀，用来释放油缸的液压油，使叶尖扰流器在离心力作用下滑出；突开阀15，用于超速保护，当叶轮的转速超过设计值时，通过离心力对活塞的作用，使回路内压力升高；当压力达到一定值时，突开阀开启，压力油泄回油箱。突开阀不受控制系统的指令控制，是独立的安全保护装置。•图中，Ⅱ、Ⅲ控制回路是两个独立的高速轴制动回路，通过电磁阀13-l，13-2分别控制制动器中压力油的进出，从而控制制动器动作。工作压力由蓄能器8-1保持。压力开关9-1根据蓄能器的压力控制液压泵电动机的启、停。压力开关9-3、9-4用来指示制动器的工作状态。•图中，Ⅳ控制回路为偏航系统回路，偏航系统有两个工作压力，分别提供偏航时的阻尼和偏航结束时的制动力。工作压力仍由蓄能器8-1保持。工作时，电磁阀16得电，回路压力由溢流阀调节，为系统提供足够的压力保持机舱的稳定；偏航结束时，电磁阀16失电，制动压力由蓄能器直接提供。变桨距风力发电机组的液压系统•比例控制技术•变桨距系统采用了比例控制技术。比例控制技术是在开关控制技术和伺服控制技术间的过渡技术，它具有控制原理简单、控制精度高、价格适中，受到人们的普遍重视，使该技术得到飞速发展。它是在普通液压阀基础上，用比例电磁铁取代普通电磁铁构成的。采用比例放大器控制比例电磁铁就可实现对比例阀进行连续控制，从而实现对液压系统压力、流量、方向的连续调节。•比例控制技术基本工作原理是根据输入电压值的大小，通过放大器，将该输入电压信号(一般在0～±10V之间)转换成相应的电流信号。这个电流信号作为输入量来控制比例电磁铁，从而产生和输入信号成比例的输出量---力或位移。•该力或位移又作为输入量加给比例阀，后者产生一个与前者成比例的流量或压力。通过这样的转换，一个输入电压信号的变化，不但能控制执行元件和机械设备上工作部件的运动方向，而且可对其作用力和运动速度进行连续调节。•变桨距风机液压系统图•液压变桨距风力发电机组的液压系统与定桨距风力发电机组的液压系统很相似，也由两个液压控制回路组成。一路由蓄能器通过比例阀供给叶片变距油缸，另一路由蓄能器供给机械刹车机构。•液压泵站•液压泵站是由液压泵组、油箱、过滤器等元件组成。液压泵组包括电动机、液压泵，管路等元件，液压泵5安装在油箱油面以下并通过联轴器6，由油箱上部的电动机驱动。为液压系统提供一定压力和流量的工作介质。液压泵的启停由压力传感器12控制。当泵停止时，系统由蓄能器16-1保持压力。当压力低于设定压力时，泵起动；在高于设定压力时，泵停止。在运行、暂停和停止状态,泵根据压力传感器的信号自动工作。•压力油从泵流经过滤器10和单向阀11-1传送到蓄能器16-1。过滤器上装有旁通阀和污染指示器。单向阀11-1在泵停止时阻止油液回流。在滤油器进口、出口有二个压力测点(M1和M2)，它们用于测量泵的压力或滤油器两端的压差。测量时将各测量点的连接器通过软管与连接器M8上的压力表14接通。•节流阀18-1用于抑制蓄能器预压力并在系统维修时，释放来自蓄能器16-1的压力油。油箱上装有油位开关2，用来监视油箱的油位，防止油箱内油溢出或泵在缺油情况下运转。•油箱内的油温由装在油箱上部的热电阻（PT100）测得。油温达到设定值时会报警。•1)液压系统在运转／暂停时的工作情况•电磁阀19-1和19-2(紧急顺桨阀)通电后，使比例阀上的P口得到来自泵和蓄能器16-1压力。油缸的左端(前端)与比例阀的A口相连。电磁阀21-1通电后，从而使液控单向阀控制回路(虚线)增加压力。液控单向阀24装在油缸后端靠压力油打开以允许活塞向右运动。比例阀20右侧电磁铁通电(P-A，B-T)时，压力油即通过单向阀11-2和电磁阀19-2传送P-A至缸筒的前端。活塞向右移动，相应的叶片节距向-50方向调节，油从油缸右端(后端)通过阀24和比例阀(B口至T口)回流到油箱。•比例阀左侧电磁铁通电(P-B，A-T)时，压力油通过液控单向阀进入油缸后端，活塞向左移动，相应的叶片节距向+870方向调节，油从油缸左端(前端)通过电磁阀19-2和单向阀11-3回流到油箱。•2)液压系统在停机／紧急停机时的工作情况•停机指令发出后，电磁阀19-1和19-2断电，油从蓄能器16-1通过阀19-1和节流阀17-l及液控单向阀24传送到油缸后端。缸筒的前端通过阀19-2和节流阀17-2排放到油箱，叶片变距到+880机械端点而不受来自比例阀的影响。•电磁阀2l-1断电时，控制回路压力油流回油箱，液控单向阀24不再保持在双向打开位置，但仍然保持止回阀的作用，只允许压力油流进缸筒。从而使来自风的变距力不能从油缸左端方向移动活塞，避免向-50的方向调节叶片节距。•在停机状态，液压泵继续自动停／起运转。顺桨由部分来自蓄能器16-1，部分直接来自泵5的压力油来完成。在紧急停机位时，泵很快断开，顺桨只由来自蓄能器16-1的压力油来完成。为了防止在紧急停机时，蓄能器内油量不够变距油缸一个行程，紧急顺桨将由来自风的自变距力完成。•紧急顺桨的速度由节流阀17-1控制并限制到约90/s。液压系统的试验•定桨距风电机组液压装置试验•1)试验内容在正常运行和刹车状态，分别观察液压系统压力保持能力和液压系统各元件动作情况，记录系统自动补充压力的时间间隔。•2)试验要求在执行气动与机械刹车指令时动作正确；在连续观察的6h中自动补充压力油2次，每次补油时间约2s。在保持压力状态24h后，无外泄漏现象。•3)试验方法•①打开油压表，进行开机、停机操作，观察液压是否及时补充、回放，卡钳补油，收回叶尖的压力是否保持在设定值。•②运行24h后，检查液压系统的泄漏现象。•③用电压表测试电磁阀的工作电压。•④分别操作风力发电机组的开机，松刹、停机动作，观察叶尖、卡钳是否相应动作。•⑤观察在液压补油，回油时是否有异常噪声。•飞车试验（此项试验通常只在样机开发阶段进行）•飞车试验的目的是为了设定或检验液压系统中的突开阀。一般按如下程序进行试验：•1)将所有过转速保护的设置值均改为正常设定值的2倍，以免这些保护首先动作。•2)将发电机并网转速调至5000r/min。•3)调整好突开阀后，起动风力发电机组。当风力发电机组转速达到额定转速的125％时，突开阀将打开并将气动刹车油缸中的压力油释放，从而导致空气动力刹车动作，使风轮转速迅速降低。•4)读出最大风轮转速值和风速值。•5)试验结果正常时，将转速设置改为正常设定值。液压系统的使用与维护•1液压油的污染与控制•随着液压技术的发展和广泛的应用，对液压系统工作的灵敏性、稳定性、可靠性和寿命提出了愈来愈高的要求，而油液的污染会影响系统的正常工作和使用寿命，甚至引起设备事故。据统计，由于油液污染引起的故障占总故障的75％以上，固体颗粒是液压系统中最主要的污染物。可见要保证液压系统工作灵敏、稳定、可靠，就必须控制油液的污染。•液压油污染原因与危害•液压油污染原因•1)藏在液压元件和管道内的污染物•液压元件在装配前，零件未去毛刺和未经严格清洗，铸造型砂、切屑、灰尘等杂物潜藏在元件内部；液压元件在运输过程中油口堵塞被碰掉，因而在库存及运输过程中侵入灰尘和杂物；安装前未将管道和管道接头内部的水锈、焊渣和氧化皮等杂物冲洗干净。•2)液压油工作期间所产生的污染物•油液氧化变质产生的胶质和沉淀物；油液中的水分在工作过程中使金属腐蚀形成的水锈；液压元件因磨损而形成的磨屑；油箱内壁上的底漆老化脱落形成的漆片等。•3)外界侵入的污染•油箱防尘性差，容易侵入灰尘、切屑和杂物；油箱没有设置清理箱内污物的窗口，造成油箱内部难清理或无法清理干净；切削液混进油箱，使油液严重乳化或掺进切屑；维修过程中不注意清洁，将杂物带入油箱或管道内等。•4)管理不严•新液压油质量未检验；未清洗干净的桶用来装新油，使油液变质；未建立液压油定期取样化验的制度；换新油时，未清洗干净管路和油箱；管理不严，库存油液品种混乱；将两种不能混合使用的油液混合使用。•2液压油被污染的危害•油液污染会使系统工作灵敏性、稳定性和可靠性降低，液压元件使用寿命缩短。具体危害如下。•1)污染物使节流孔口和压力控制阀的阻尼孔时堵时通，引起系统压力和速度不稳定，动作不灵敏。•2)污染物会导致液压元件磨损加剧，内泄漏增大，使用寿命缩短。•3)污染物会加速密封件的损坏、缸或活塞杆表面的拉伤，引起液压缸内外泄漏增大。•4)污染物会将阀芯卡住，使阀动作失灵，引起故障。•5)污染物会将过滤器堵塞，使泵吸油困难，引起空穴现象，导致噪声增大。•6)污染物会使油液氧化速度加快，寿命缩短，润滑性能下降。•控制液压油污染的措施•为确保液压系统工作正常、可靠和寿命长的要求，必须采取有效措施控制液压油的污染。•1控制液压油的工作温度•对于石油基液压油，当油温超过55℃时，其氧化加剧，使用寿命大幅度缩短。据资料介绍，当石油基液压油温度超过55℃时，油温每升高9℃，其使用寿命将缩减一半。可见，必须严格控制油温才能有效地控制油液的氧化变质。•2合理选择过滤器精度•过滤器的过滤精度一般按液压系统中对过滤精度要求最高的液压元件来选择。•3加强现场管理•加强现场管理是防止外界污染物侵入系统和滤除系统污染物的有效措施。现场管理主要项目如下。•1)检查油液的清洁度设备管理部门在检查设备的清洁度时，应同时检查液压系统油液、油箱和过滤器的清洁度，若发现油液污染超标，应及时换油或更换过滤器。•2)建立液压系统一级保养制度设备管理部门在制定一级保养制内容时，应有液压系统方面的具体保养内容，如油箱内外应