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1、風力發(fā)電機液壓系統(tǒng) 張曉東 液壓系統(tǒng)是以液壓體為介質(zhì)，實現(xiàn)動力傳輸和運動控制 的機械單元。液壓系統(tǒng)具有傳動平穩(wěn)，功率密度大，容易實 現(xiàn)五級變速，易于更換元件和過載保護可靠等優(yōu)點，在大型 風力發(fā)電機組中得到廣泛的應(yīng)用。 在變槳距風力發(fā)電機組中，液壓系統(tǒng)主要用于控制變槳 機構(gòu)（我公司為電機控制）和機械制動，也用于偏航驅(qū)動與 制動（我公司主要為制動）此外還常用于齒輪箱潤滑油液的 冷卻和過濾；發(fā)電機水冷；變流器的溫度控制；開關(guān)機艙和 驅(qū)動起重機等。 一、液壓元件 液壓系統(tǒng)是各種液壓元件組成。液壓元件可分為動力元 件，控制元件，執(zhí)行元件和輔助元件。動力元件是將機械能

2、轉(zhuǎn)換為液體壓力能，如液壓泵；控制元件控制系統(tǒng)壓力，流 量，方向以及進行信號轉(zhuǎn)換和放大，作為控制元件主要是各 種閥。執(zhí)行元件是將流體的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能，驅(qū)動各類 機構(gòu)，如液壓缸。輔助元件為保證系統(tǒng)正常工作除上述三種 原件外的裝置，如油箱，過濾器，蓄能器，管件等。 1、液壓泵 （ 1）液壓泵分類及工作原理 液壓泵是能量轉(zhuǎn)換裝置，用 來向液壓系統(tǒng)輸送壓力油，推動執(zhí)行元件做功。按照結(jié)構(gòu)的 不同，液壓泵可分為齒輪泵、葉片泵、柱塞泵、和螺桿泵。 按照額定壓力的不同，可分為低壓泵、中壓泵、中高壓泵、 高壓泵和超高壓泵。按照液壓泵輸出流量能否調(diào)節(jié)，又分為 定量泵和變量泵圖示為風力發(fā)電機組常用的

3、齒輪泵。 齒輪泵結(jié)構(gòu)比較簡單，它的最基本得形式就是兩個尺 寸相同的齒輪在一個緊密配合的殼體內(nèi)相互嚙合旋轉(zhuǎn)，兩 嚙合的齒輪將泵體、前后蓋板和齒輪包圍的密閉容積分為 兩部分，齒輪進入嚙合的一側(cè)密閉容積減小，經(jīng)壓油口排 油，退出嚙合的一側(cè)密閉容積增大，經(jīng)吸油口吸油。隨著 驅(qū)動軸的不斷地旋轉(zhuǎn)，泵也就不間斷的輸出高壓油。 （ 2）液壓泵的性能參數(shù) 額定壓力、排量、功率和效率 是液壓泵的主要性能參數(shù)。 1）液壓泵的工作壓力和額定壓力 液壓泵的工作壓力是 指液壓泵實際工作時輸出的油液的壓力，它是油液克服阻力 而建立起來的壓力。液壓泵輸出的工作壓力，隨著負載大小 變化而變化。若有負載作

4、用，液壓泵出口處所推動的液體必 然建立起一定的工作壓力，推動工作臺等運動。 液壓泵的額定壓力是產(chǎn)品銘牌上所標定的壓力，是指泵在正 常工作條件下，允許連續(xù)運轉(zhuǎn)達到的出口最大工作壓力。液 壓泵必須在額定工作壓力之內(nèi)工作，超過此值將使泵過載。 2.液壓閥 液壓閥按其功能分為：方向控制閥、壓力控制閥和流量 控制閥。 (1)方向控制閥 方向控制閥用來控制液壓系統(tǒng)的油流向， 接通和斷開油路，從而控制執(zhí)行機構(gòu)的啟動、停止或改變運 動方向。方向控制閥有單向閥和換向閥兩大類。 1)普通單向閥 它控制油液只能沿一個方向流動，不能反 向流動，它由閥體、閥芯和彈簧等零件組成。

5、 2)帶控制口的單向閥稱為液控單向閥，當控制口通壓力 油時，油液也可以反向流動。 3）換向閥的作用是利用閥芯相對閥體的運動來控制液 流方向、接通或斷開油路，從而改變執(zhí)行機構(gòu)的運動方向、 啟動或停止。換向閥的種類很多，按操作閥芯運動的方式可 分為手動、機動、電磁動、液動、電液動等。換向閥的穩(wěn)定 工作位置稱為“位”，對外接口稱為“通”。 （ 2）壓力控制閥 在液壓系統(tǒng)中用來控制油液壓力，或利 用壓力作為信號來控制執(zhí)行元件和電氣元件動作的閥稱為壓 力控制閥，簡稱壓力閥。這類閥工作原理的共同特點是，利 用油液壓力作用在閥芯的力與彈簧力相平衡的原理進行工作 的。按壓力控制閥在液壓系統(tǒng)

6、中的功用不同，可分為溢流閥、 減壓閥、順序閥、壓力繼電器等。 1)常用溢流閥有直動型和先導(dǎo)型兩種。直動型溢流閥由 閥芯，閥體，彈簧，上蓋，調(diào)節(jié)桿，調(diào)節(jié)螺母等零件組成。 閥體上進油口連接泵的出口，出口接油箱。原始狀態(tài)，閥芯 在彈簧壓力作用下處于最下端位置，進出油口隔斷。當液壓 力等于或大于彈簧壓力時，閥芯上移，閥口開啟，進口壓力 油經(jīng)閥口流回油箱。 2）溢流閥的主要功用 在定量泵節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中用來保持液壓泵出口壓力恒 定，并將泵輸出多余油液放回油箱，起到穩(wěn)壓溢流作用，此 時稱為定壓閥 當系統(tǒng)負載達到其限定壓力時。打開閥門，使系統(tǒng)壓 力不能上升，對設(shè)備起到安全保護

7、作用，此時稱為安全閥 溢流閥與電磁換向閥集成稱為電磁溢流閥，電磁溢流 閥可以在執(zhí)行機構(gòu)不工作時使泵卸載 3）減壓閥用于降低壓力系統(tǒng)中某一回路的壓力。它可 以使出口壓力基本穩(wěn)定，并且可調(diào)。 4)壓力繼電器是利用液體壓力來啟閉電器觸點的液電信 號轉(zhuǎn)換元件，用于當系統(tǒng)壓力達到壓力繼電器設(shè)定壓力時， 發(fā)出信號，控制電氣元件動作，實現(xiàn)系統(tǒng)的工作程序切換。 （ 3）流量控制閥 在液壓系統(tǒng)中用來控制液體流量的閥 類統(tǒng)稱為流量控制閥，簡稱流量閥。它是靠改變控制口的大 小，調(diào)節(jié)通過閥的液體流量，以改變執(zhí)行元件的運動速度。 流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)速閥

8、和分流集流閥等。 （ 4）電液伺服閥 電液伺服閥是一種根據(jù)輸入信號連續(xù)成 比例的控制系統(tǒng)流量和壓力的液壓控制閥。它將小功率的電 信號轉(zhuǎn)換為大功率的液壓能輸出，實現(xiàn)執(zhí)行元件的位移、速 度、加速度及力的控制。電液伺服閥控制精度高，相應(yīng)速度 快，應(yīng)用于精度要求較高的場合。 （ 5）電液比例閥 電液比例閥是用比例電磁鐵代替普通電 磁換向閥電磁鐵的液壓控制閥。它可以根據(jù)輸入電信號連續(xù) 成比例的控制系統(tǒng)流量和雅鹿。在動態(tài)特性上不如電液伺服 閥，但在制造成本、抗污染能力等方面優(yōu)于電液伺服閥。 3.液壓缸 液壓缸是液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件，是將輸入的液壓能轉(zhuǎn)換 為機械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，

9、它可以很方便的獲得直線往復(fù)運 動。 液壓變距風機液壓系統(tǒng)中的液壓缸有時采用差動連接。 所謂差動連接是指把單活塞桿液壓缸兩腔連接起來，同時通 入壓力油。由于活塞兩側(cè)有效面積與不相等，便產(chǎn)生推力差， 在此推力差的作用下，活塞桿伸出，此時有桿腔排除的油液 與泵供油 q一起流入無桿腔，增加了無桿腔的進油量，提高 了無桿腔進油時活塞的運動速度。 4.輔助元件 液壓系統(tǒng)中的輔助元件包括油管、管接頭、蓄能器、過 濾器、油箱、密封件、冷卻器、加熱器、壓力表和壓力開關(guān) 等。 （ 1）蓄能器 在液壓系統(tǒng)中，蓄能器用來存儲和釋放液體 的壓力能。當系統(tǒng)的壓力高于蓄能器內(nèi)液體的壓力時，系

10、統(tǒng) 中的液體充進蓄能器中，直到蓄能器內(nèi)外壓力相等；反之當 蓄能器內(nèi)液體壓力高于系統(tǒng)壓力時，蓄能器內(nèi)的液體流到系 統(tǒng)中去，直到蓄能器內(nèi)外壓力平衡。蓄能器可作為輔助能源 和應(yīng)急能源使用，還可吸收壓力脈動和減少液壓沖擊。 （ 2）過濾器 液壓油中含有雜質(zhì)是造成液壓系統(tǒng)故障的 重要原因。因為雜質(zhì)的存在會引起相對運動零件的急劇磨損、 劃傷、破壞配合表面的精度。顆粒過大時甚至會使閥芯卡死， 節(jié)流閥節(jié)流口以及各阻尼小孔堵塞，造成元件動作失靈。影 響液壓系統(tǒng)的工作性能，甚至使液壓系統(tǒng)不能工作。因此， 保持液壓油的清潔是液壓系統(tǒng)能正常工作的必要條件。過濾 器可凈化油液中的雜質(zhì)，控制油液的污染。 二

11、、系統(tǒng)原理圖 圖示為某定槳距風力發(fā)電機組的液壓系統(tǒng)工作原理圖。 該系統(tǒng)由三組回路組成：左側(cè)是空氣動力制動壓力保持回路； 中間為主傳動制動回路；右側(cè)為偏航系統(tǒng)制動回路。 液壓系統(tǒng)開機后，電磁換向閥（ 12-2）電磁鐵帶電， 液壓斷開。壓力油經(jīng)液壓泵（ 2）、濾油器（ 4）、電磁換向 閥（ 12-1）、單向閥 (7-2)進入蓄能器（ 8-2），并通過單向 閥（ 7-3）和旋轉(zhuǎn)接頭（ 19）進入控制葉尖擾流器液壓缸。 當蓄能器壓力達到設(shè)定值時，壓力繼電器 (9-2)動作，電磁換 向閥（ 12-1）電磁鐵 5帶電，液路斷開，回路壓力由蓄能器 保持。并且液壓缸上的彈簧鋼索拉住葉尖擾流器，

12、使之與葉 片主體保持相一致的結(jié)合。當風力發(fā)電機停車時，電磁換向 閥（ 12-2）電磁鐵失電，控制葉尖擾流器液壓缸油液經(jīng)過 電磁換向閥 (12-2)流回油箱。使葉尖擾流器在離心力作用下 偏離葉片主體相應(yīng)的角度。溢流閥（ 6）用來限制系統(tǒng)最高 壓力。 在液壓系統(tǒng)中還設(shè)有一個完全獨立于控制系統(tǒng)的、用于 安全保護的緊急停機裝置。在控制葉尖擾流器的油路上，并 聯(lián)了一個受壓力控制可突然開啟的突開閥 (15)(突開閥在壓力 失去后也不能自動關(guān)閉 )。作用在葉尖擾流器上的離心力與風 輪轉(zhuǎn)速的二次方成正比。風輪超速時，液壓缸的壓力迅速升 高，到達設(shè)定值時，突開閥被打開，壓力油流回油箱，葉尖 擾流器在離心

13、力的作用下，迅速脫離脫離葉片主體，旋轉(zhuǎn)成 為阻尼板，使機組在控制系統(tǒng)或檢測系統(tǒng)或電磁閥失效的情 況下得以安全停機。 電磁換向閥（ 13-1） (13-2)分別控制兩個主傳動器壓力 油的進出，從而控制制動器動作。該回路中工作壓力由蓄能 器 (8-1)保持，壓力繼電器（ 9-1）根據(jù)蓄能器（ 8-1）的壓力 高低控制液壓泵（ 2）的啟停。壓力繼電器（ 9-3）（ 9-4） 用以監(jiān)視制動器 (14-1)(14-2)中的油液壓力，防止電磁換向閥 （ 13 1）、（ 13-2）誤動作而中斷制動。 偏航系統(tǒng)制動回路有兩種工作狀態(tài)。在偏航驅(qū)動時為， 了保持調(diào)向過程穩(wěn)定，電磁換向閥（ 16）電

14、磁鐵得電，偏 航制動器油腔有一定壓力，為調(diào)向過程提供阻尼；在偏航結(jié) 束時，電磁換向閥（ 16）電磁鐵失電，制動壓力由蓄能器 （ 8-1）直接提供。壓力繼電器（ 9-5）用以監(jiān)視制動器（ 14- 3）中的油液壓力，防止電磁換向閥（ 16）誤動作而中斷制 動。 三、液壓系統(tǒng)的維護 1.設(shè)備的檢查 在啟動前的項目檢查有：油位是否正常，行程開關(guān)和限 位塊是否緊固，手動和自動循環(huán)是否正常，電磁閥是否處在 原始狀態(tài)等。 在設(shè)備中監(jiān)視工況的項目有：系統(tǒng)壓力是否穩(wěn)定并在規(guī) 定范圍中，設(shè)備有無異常震動和噪聲，油溫是否在允許的范 圍內(nèi)（一般為 35-55C范圍內(nèi)，不得大于 60C），

15、有無漏油， 電壓是否保持在額定值的 +5%--15%的范圍內(nèi)等。 定期檢查的項目有：螺釘和管接頭的檢查和緊固， 10MPa以上的系統(tǒng)每月一次， 10MPa以下的系統(tǒng)每三個月一 次。過濾器和空氣濾清器的檢查，每月一次。定期進行油液 污染度檢驗，對換新油，經(jīng)過 1000h使用后應(yīng)取樣化驗，取 油樣需用專用容器，并保證不受污染，取樣應(yīng)取正在使用的 “熱油”，不取靜止油，取樣數(shù)量為 300-500ml/次，按油料 化驗單化驗，油料化驗單應(yīng)納入設(shè)備檔案。 2.液壓油 液壓系統(tǒng)的介質(zhì)是液壓油，一般采用專門用于液壓系統(tǒng) 的礦物油。液壓系統(tǒng)的液壓油應(yīng)與生產(chǎn)企業(yè)制定的牌號相符 (我公司使用

16、的為 Esso Univis HVI 26） 。 在正常工作溫度下液壓油粘度范圍一般為 20 200/s 。 當環(huán)境溫度較低時選用粘度較低的油液。 液壓油的壽命：礦物油 8000h或至少每年更換一次。 3.清洗過濾器和空氣濾清器 過濾器堵塞會發(fā)出信號，需要進行清洗。清洗時需要確 保電機未啟動，電磁閥為通電。拔下插頭，要清潔液壓單元 表面的灰塵。打開過濾器后，取出濾芯清洗。若濾芯損壞， 必須更換。清潔過濾器后，應(yīng)檢查油位，必要時要加足油液。 若沒收到堵塞信號的情況下，至少每六個月清洗一次過濾器。 在正常環(huán)境下每 1000h清洗一次空氣濾清器；在灰塵較 大的環(huán)

17、境下每 500h清洗一次濾清器。 四、液壓系統(tǒng)的常見故障 1.出現(xiàn)異常震動和噪聲 原因可能是：旋轉(zhuǎn)軸連接不同心；液壓泵超載或吸油受 阻；管路松動；液壓閥出現(xiàn)自激震蕩；液面低；油液粘度高； 過濾器堵塞；油液中混有空氣等。 2.輸出壓力不足 原因可能是：液壓泵失效；吸油口漏氣；油路有較大的 泄露；液壓閥調(diào)節(jié)不當；液壓缸內(nèi)泄等。 3.油溫過高 原因可能是：系統(tǒng)內(nèi)泄露過大；系統(tǒng)冷卻能力不足；在 保壓期間液壓泵未卸荷；系統(tǒng)的油液不足；冷卻水閥不起作 用；溫控器設(shè)置過高；沒有冷卻水或制冷風扇失效；冷卻水 溫度過高；周圍環(huán)境溫度過高；系統(tǒng)散熱條件不好。 4.液壓泵的啟停太頻繁 原因可能是：系統(tǒng)內(nèi)泄露過大；在蓄能系統(tǒng)中，蓄能器 和泵的參數(shù)不匹配；蓄能器充氣壓力過低；氣囊（或薄膜） 失效；壓力繼電器設(shè)置錯誤等。