风力发电机液压系统

风力发电机液压系统张晓东液压系统是以液压体为介质，实现动力传输和运动控制的机械单元。液压系统具有传动平稳，功率密度大，容易实现五级变速，易于更换元件和过载保护可靠等优点，在大型风力发电机组中得到广泛的应用。在变桨距风力发电机组中，液压系统主要用于控制变桨机构（我公司为电机控制）和机械制动，也用于偏航驱动与制动（我公司主要为制动）此外还常用于齿轮箱润滑油液的冷却和过滤；发电机水冷；变流器的温度控制；开关机舱和驱动起重机等。一、液压元件液压系统是各种液压元件组成。液压元件可分为动力元件，控制元件，执行元件和辅助元件。动力元件是将机械能转换为液体压力能，如液压泵；控制元件控制系统压力，流量，方向以及进行信号转换和放大，作为控制元件主要是各种阀。执行元件是将流体的压力能转换为机械能，驱动各类机构，如液压缸。辅助元件为保证系统正常工作除上述三种原件外的装置，如油箱，过滤器，蓄能器，管件等。1、液压泵（1）液压泵分类及工作原理液压泵是能量转换装置，用来向液压系统输送压力油，推动执行元件做功。按照结构的不同，液压泵可分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、和螺杆泵。按照额定压力的不同，可分为低压泵、中压泵、中高压泵、高压泵和超高压泵。按照液压泵输出流量能否调节，又分为定量泵和变量泵图示为风力发电机组常用的齿轮泵。齿轮泵结构比较简单，它的最基本得形式就是两个尺寸相同的齿轮在一个紧密配合的壳体内相互啮合旋转，两啮合的齿轮将泵体、前后盖板和齿轮包围的密闭容积分为两部分，齿轮进入啮合的一侧密闭容积减小，经压油口排油，退出啮合的一侧密闭容积增大，经吸油口吸油。随着驱动轴的不断地旋转，泵也就不间断的输出高压油。（2）液压泵的性能参数额定压力、排量、功率和效率是液压泵的主要性能参数。1）液压泵的工作压力和额定压力液压泵的工作压力是指液压泵实际工作时输出的油液的压力，它是油液克服阻力而建立起来的压力。液压泵输出的工作压力，随着负载大小变化而变化。若有负载作用，液压泵出口处所推动的液体必然建立起一定的工作压力，推动工作台等运动。液压泵的额定压力是产品铭牌上所标定的压力，是指泵在正常工作条件下，允许连续运转达到的出口最大工作压力。液压泵必须在额定工作压力之内工作，超过此值将使泵过载。2.液压阀液压阀按其功能分为：方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀。(1)方向控制阀方向控制阀用来控制液压系统的油流向，接通和断开油路，从而控制执行机构的启动、停止或改变运动方向。方向控制阀有单向阀和换向阀两大类。1)普通单向阀它控制油液只能沿一个方向流动，不能反向流动，它由阀体、阀芯和弹簧等零件组成。2)带控制口的单向阀称为液控单向阀，当控制口通压力油时，油液也可以反向流动。3）换向阀的作用是利用阀芯相对阀体的运动来控制液流方向、接通或断开油路，从而改变执行机构的运动方向、启动或停止。换向阀的种类很多，按操作阀芯运动的方式可分为手动、机动、电磁动、液动、电液动等。换向阀的稳定工作位置称为“位”，对外接口称为“通”。（2）压力控制阀在液压系统中用来控制油液压力，或利用压力作为信号来控制执行元件和电气元件动作的阀称为压力控制阀，简称压力阀。这类阀工作原理的共同特点是，利用油液压力作用在阀芯的力与弹簧力相平衡的原理进行工作的。按压力控制阀在液压系统中的功用不同，可分为溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器等。1)常用溢流阀有直动型和先导型两种。直动型溢流阀由阀芯，阀体，弹簧，上盖，调节杆，调节螺母等零件组成。阀体上进油口连接泵的出口，出口接油箱。原始状态，阀芯在弹簧压力作用下处于最下端位置，进出油口隔断。当液压力等于或大于弹簧压力时，阀芯上移，阀口开启，进口压力油经阀口流回油箱。2）溢流阀的主要功用①在定量泵节流调速系统中用来保持液压泵出口压力恒定，并将泵输出多余油液放回油箱，起到稳压溢流作用，此时称为定压阀②当系统负载达到其限定压力时。打开阀门，使系统压力不能上升，对设备起到安全保护作用，此时称为安全阀③溢流阀与电磁换向阀集成称为电磁溢流阀，电磁溢流阀可以在执行机构不工作时使泵卸载3）减压阀用于降低压力系统中某一回路的压力。它可以使出口压力基本稳定，并且可调。4)压力继电器是利用液体压力来启闭电器触点的液电信号转换元件，用于当系统压力达到压力继电器设定压力时，发出信号，控制电气元件动作，实现系统的工作程序切换。（3）流量控制阀在液压系统中用来控制液体流量的阀类统称为流量控制阀，简称流量阀。它是靠改变控制口的大小，调节通过阀的液体流量，以改变执行元件的运动速度。流量控制阀包括节流阀、调速阀和分流集流阀等。（4）电液伺服阀电液伺服阀是一种根据输入信号连续成比例的控制系统流量和压力的液压控制阀。它将小功率的电信号转换为大功率的液压能输出，实现执行元件的位移、速度、加速度及力的控制。电液伺服阀控制精度高，相应速度快，应用于精度要求较高的场合。（5）电液比例阀电液比例阀是用比例电磁铁代替普通电磁换向阀电磁铁的液压控制阀。它可以根据输入电信号连续成比例的控制系统流量和雅鹿。在动态特性上不如电液伺服阀，但在制造成本、抗污染能力等方面优于电液伺服阀。3.液压缸液压缸是液压系统的执行元件，是将输入的液压能转换为机械能的能量转换装置，它可以很方便的获得直线往复运动。液压变距风机液压系统中的液压缸有时采用差动连接。所谓差动连接是指把单活塞杆液压缸两腔连接起来，同时通入压力油。由于活塞两侧有效面积与不相等，便产生推力差，在此推力差的作用下，活塞杆伸出，此时有杆腔排除的油液与泵供油q一起流入无杆腔，增加了无杆腔的进油量，提高了无杆腔进油时活塞的运动速度。4.辅助元件液压系统中的辅助元件包括油管、管接头、蓄能器、过滤器、油箱、密封件、冷却器、加热器、压力表和压力开关等。（1）蓄能器在液压系统中，蓄能器用来存储和释放液体的压力能。当系统的压力高于蓄能器内液体的压力时，系统中的液体充进蓄能器中，直到蓄能器内外压力相等；反之当蓄能器内液体压力高于系统压力时，蓄能器内的液体流到系统中去，直到蓄能器内外压力平衡。蓄能器可作为辅助能源和应急能源使用，还可吸收压力脉动和减少液压冲击。（2）过滤器液压油中含有杂质是造成液压系统故障的重要原因。因为杂质的存在会引起相对运动零件的急剧磨损、划伤、破坏配合表面的精度。颗粒过大时甚至会使阀芯卡死，节流阀节流口以及各阻尼小孔堵塞，造成元件动作失灵。影响液压系统的工作性能，甚至使液压系统不能工作。因此，保持液压油的清洁是液压系统能正常工作的必要条件。过滤器可净化油液中的杂质，控制油液的污染。二、系统原理图图示为某定桨距风力发电机组的液压系统工作原理图。该系统由三组回路组成：左侧是空气动力制动压力保持回路；中间为主传动制动回路；右侧为偏航系统制动回路。液压系统开机后，电磁换向阀（12-2）电磁铁①带电，液压断开。压力油经液压泵（2）、滤油器（4）、电磁换向阀（12-1）、单向阀(7-2)进入蓄能器（8-2），并通过单向阀（7-3）和旋转接头（19）进入控制叶尖扰流器液压缸。当蓄能器压力达到设定值时，压力继电器(9-2)动作，电磁换向阀（12-1）电磁铁5带电，液路断开，回路压力由蓄能器保持。并且液压缸上的弹簧钢索拉住叶尖扰流器，使之与叶片主体保持相一致的结合。当风力发电机停车时，电磁换向阀（12-2）电磁铁①失电，控制叶尖扰流器液压缸油液经过电磁换向阀(12-2)流回油箱。使叶尖扰流器在离心力作用下偏离叶片主体相应的角度。溢流阀（6）用来限制系统最高压力。在液压系统中还设有一个完全独立于控制系统的、用于安全保护的紧急停机装置。在控制叶尖扰流器的油路上，并联了一个受压力控制可突然开启的突开阀(15)(突开阀在压力失去后也不能自动关闭)。作用在叶尖扰流器上的离心力与风轮转速的二次方成正比。风轮超速时，液压缸的压力迅速升高，到达设定值时，突开阀被打开，压力油流回油箱，叶尖扰流器在离心力的作用下，迅速脱离脱离叶片主体，旋转成为阻尼板，使机组在控制系统或检测系统或电磁阀失效的情况下得以安全停机。电磁换向阀（13-1）(13-2)分别控制两个主传动器压力油的进出，从而控制制动器动作。该回路中工作压力由蓄能器(8-1)保持，压力继电器（9-1）根据蓄能器（8-1）的压力高低控制液压泵（2）的启停。压力继电器（9-3）（9-4）用以监视制动器(14-1)(14-2)中的油液压力，防止电磁换向阀（13—1）、（13-2）误动作而中断制动。偏航系统制动回路有两种工作状态。在偏航驱动时为，了保持调向过程稳定，电磁换向阀（16）电磁铁④得电，偏航制动器油腔有一定压力，为调向过程提供阻尼；在偏航结束时，电磁换向阀（16）电磁铁④失电，制动压力由蓄能器（8-1）直接提供。压力继电器（9-5）用以监视制动器（14-3）中的油液压力，防止电磁换向阀（16）误动作而中断制动。三、液压系统的维护1.设备的检查在启动前的项目检查有：油位是否正常，行程开关和限位块是否紧固，手动和自动循环是否正常，电磁阀是否处在原始状态等。在设备中监视工况的项目有：系统压力是否稳定并在规定范围中，设备有无异常震动和噪声，油温是否在允许的范围内（一般为35-55ºC范围内，不得大于60ºC），有无漏油，电压是否保持在额定值的+5%--15%的范围内等。定期检查的项目有：螺钉和管接头的检查和紧固，10MPa以上的系统每月一次，10MPa以下的系统每三个月一次。过滤器和空气滤清器的检查，每月一次。定期进行油液污染度检验，对换新油，经过1000h使用后应取样化验，取油样需用专用容器，并保证不受污染，取样应取正在使用的“热油”，不取静止油，取样数量为300-500ml/次，按油料化验单化验，油料化验单应纳入设备档案。2.液压油液压系统的介质是液压油，一般采用专门用于液压系统的矿物油。液压系统的液压油应与生产企业制定的牌号相符(我公司使用的为EssoUnivisHVI26）。在正常工作温度下液压油粘度范围一般为20×―200/s。当环境温度较低时选用粘度较低的油液。液压油的寿命：矿物油8000h或至少每年更换一次。3.清洗过滤器和空气滤清器过滤器堵塞会发出信号，需要进行清洗。清洗时需要确保电机未启动，电磁阀为通电。拔下插头，要清洁液压单元表面的灰尘。打开过滤器后，取出滤芯清洗。若滤芯损坏，必须更换。清洁过滤器后，应检查油位，必要时要加足油液。若没收到堵塞信号的情况下，至少每六个月清洗一次过滤器。在正常环境下每1000h清洗一次空气滤清器；在灰尘较大的环境下每500h清洗一次滤清器。四、液压系统的常见故障1.出现异常震动和噪声原因可能是：旋转轴连接不同心；液压泵超载或吸油受阻；管路松动；液压阀出现自激震荡；液面低；油液粘度高；过滤器堵塞；油液中混有空气等。2.输出压力不足原因可能是：液压泵失效；吸油口漏气；油路有较大的泄露；液压阀调节不当；液压缸内泄等。3.油温过高原因可能是：系统内泄露过大；系统冷却能力不足；在保压期间液压泵未卸荷；系统的油液不足；冷却水阀不起作用；温控器设置过高；没有冷却水或制冷风扇失效；冷却水温度过高；周围环境温度过高；系统散热条件不好。4.液压泵的启停太频繁原因可能是：系统内泄露过大；在蓄能系统中，蓄能器和泵的参数不匹配；蓄能器充气压力过低；气囊（或薄膜）失效；压力继电器设置错误等。