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1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)液壓系統(tǒng) 張曉東 液壓系統(tǒng)是以液壓體為介質(zhì),實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳輸和運(yùn)動(dòng)控制 的機(jī)械單元。液壓系統(tǒng)具有傳動(dòng)平穩(wěn),功率密度大,容易實(shí) 現(xiàn)五級(jí)變速,易于更換元件和過載保護(hù)可靠等優(yōu)點(diǎn),在大型 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中得到廣泛的應(yīng)用。 在變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中,液壓系統(tǒng)主要用于控制變槳 機(jī)構(gòu)(我公司為電機(jī)控制)和機(jī)械制動(dòng),也用于偏航驅(qū)動(dòng)與 制動(dòng)(我公司主要為制動(dòng))此外還常用于齒輪箱潤滑油液的 冷卻和過濾;發(fā)電機(jī)水冷;變流器的溫度控制;開關(guān)機(jī)艙和 驅(qū)動(dòng)起重機(jī)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(dòng)力元 件,控制元件,執(zhí)行元件和輔助元件。動(dòng)力元件是將機(jī)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(jìn)行信號(hào)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(jī)械能,驅(qū)動(dòng)各類 機(jī)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(dòng)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(fēng)力發(fā)電機(jī)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(gè)尺 寸相同的齒輪在一個(gè)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(jìn)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(dòng)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(shí)際工作時(shí)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(fù)載大小 變化而變化。若有負(fù)載作
4、用,液壓泵出口處所推動(dòng)的液體必 然建立起一定的工作壓力,推動(dòng)工作臺(tái)等運(yùn)動(dòng)。 液壓泵的額定壓力是產(chǎn)品銘牌上所標(biāo)定的壓力,是指泵在正 常工作條件下,允許連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)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(jī)構(gòu)的啟動(dòng)、停止或改變運(yùn) 動(dòng)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(gè)方向流動(dòng),不能反 向流動(dòng),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(dāng)控制口通壓力 油時(shí),油液也可以反向流動(dòng)。 3)換向閥的作用是利用閥芯相對(duì)閥體的運(yùn)動(dòng)來控制液 流方向、接通或斷開油路,從而改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方向、 啟動(dòng)或停止。換向閥的種類很多,按操作閥芯運(yùn)動(dòng)的方式可 分為手動(dòng)、機(jī)動(dòng)、電磁動(dòng)、液動(dòng)、電液動(dòng)等。換向閥的穩(wěn)定 工作位置稱為“位”,對(duì)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(hào)來控制執(zhí)行元件和電氣元件動(dòng)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(diǎn)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(jìn)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(dòng)型和先導(dǎo)型兩種。直動(dòng)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(jìn)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(jìn)出油口隔斷。當(dāng)液壓 力等于或大于彈簧壓力時(shí),閥芯上移,閥口開啟,進(jìn)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(shí)稱為定壓閥 當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載達(dá)到其限定壓力時(shí)。打開閥門,使系統(tǒng)壓 力不能上升,對(duì)設(shè)備起到安全保護(hù)
7、作用,此時(shí)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(jī)構(gòu)不工作時(shí)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(diǎn)的液電信 號(hào)轉(zhuǎn)換元件,用于當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到壓力繼電器設(shè)定壓力時(shí), 發(fā)出信號(hào),控制電氣元件動(dòng)作,實(shí)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(yùn)動(dòng)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(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換為大功率的液壓能輸出,實(shí)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(hào)連續(xù) 成比例的控制系統(tǒng)流量和雅鹿。在動(dòng)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(jī)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(yùn) 動(dòng)。 液壓變距風(fēng)機(jī)液壓系統(tǒng)中的液壓缸有時(shí)采用差動(dòng)連接。 所謂差動(dòng)連接是指把單活塞桿液壓缸兩腔連接起來,同時(shí)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(shí)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(jìn)油量,提高 了無桿腔進(jìn)油時(shí)活塞的運(yùn)動(dòng)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(chǔ)和釋放液體 的壓力能。當(dāng)系統(tǒng)的壓力高于蓄能器內(nèi)液體的壓力時(shí),系
10、統(tǒng) 中的液體充進(jìn)蓄能器中,直到蓄能器內(nèi)外壓力相等;反之當(dāng) 蓄能器內(nèi)液體壓力高于系統(tǒng)壓力時(shí),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(dòng)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?yàn)殡s質(zhì)的存在會(huì)引起相對(duì)運(yùn)動(dòng)零件的急劇磨損、 劃傷、破壞配合表面的精度。顆粒過大時(shí)甚至?xí)归y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(dòng)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(fēng)力發(fā)電機(jī)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(dòng)力制動(dòng)壓力保持回路; 中間為主傳動(dòng)制動(dòng)回路;右側(cè)為偏航系統(tǒng)制動(dòng)回路。 液壓系統(tǒng)開機(jī)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(jìn)入蓄能器( 8-2),并通過單向 閥( 7-3)和旋轉(zhuǎn)接頭( 19)進(jìn)入控制葉尖擾流器液壓缸。 當(dāng)蓄能器壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí),壓力繼電器 (9-2)動(dòng)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(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)停車時(shí),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(gè)完全獨(dú)立于控制系統(tǒng)的、用于 安全保護(hù)的緊急停機(jī)裝置。在控制葉尖擾流器的油路上,并 聯(lián)了一個(gè)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(dòng)關(guān)閉 )。作用在葉尖擾流器上的離心力與風(fēng) 輪轉(zhuǎn)速的二次方成正比。風(fēng)輪超速時(shí),液壓缸的壓力迅速升 高,到達(dá)設(shè)定值時(shí),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(jī)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(jī)。 電磁換向閥( 13-1) (13-2)分別控制兩個(gè)主傳動(dòng)器壓力 油的進(jìn)出,從而控制制動(dòng)器動(dòng)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(dòng)器 (14-1)(14-2)中的油液壓力,防止電磁換向閥 ( 13 1)、( 13-2)誤動(dòng)作而中斷制動(dòng)。 偏航系統(tǒng)制動(dòng)回路有兩種工作狀態(tài)。在偏航驅(qū)動(dòng)時(shí)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(dòng)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(shí),電磁換向閥( 16)電磁鐵失電,制動(dòng)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(dòng)器( 14- 3)中的油液壓力,防止電磁換向閥( 16)誤動(dòng)作而中斷制 動(dòng)。 三、液壓系統(tǒng)的維護(hù) 1.設(shè)備的檢查 在啟動(dòng)前的項(xiàng)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(dòng)和自動(dòng)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(xiàng)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(dòng)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(xiàng)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(gè)月一 次。過濾器和空氣濾清器的檢查,每月一次。定期進(jìn)行油液 污染度檢驗(yàn),對(duì)換新油,經(jīng)過 1000h使用后應(yīng)取樣化驗(yàn),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(yàn)單化驗(yàn),油料化驗(yàn)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(hào)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(dāng)環(huán)境溫度較低時(shí)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(huì)發(fā)出信號(hào),需要進(jìn)行清洗。清洗時(shí)需要確 保電機(jī)未啟動(dòng),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(shí)要加足油液。 若沒收到堵塞信號(hào)的情況下,至少每六個(gè)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(dòng)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(dòng);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(dāng);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(fēng)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(cuò)誤等。