风电机组液压系统

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Baidu Nhomakorabea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。
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。
• 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。
• 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。
• 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。
• 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。
• 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。
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。
• 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
• 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。
• 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。
• 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。
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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。
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。
• 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。
• 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。