定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉尖液壓系統(tǒng)改造

李強(qiáng)++王一甲

摘 要：定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片都裝有葉尖擾流器，葉尖擾流器由葉尖液壓系統(tǒng)控制，實(shí)現(xiàn)氣動剎車功能。所改造機(jī)型液壓站位于輪轂內(nèi)，在低溫環(huán)境下液壓系統(tǒng)工作條件較惡劣。當(dāng)液壓站出現(xiàn)故障時(shí)，檢修人員從導(dǎo)流罩外面進(jìn)入輪轂進(jìn)行維護(hù)，既不方便，安全性也差。改造后的液壓站位于機(jī)艙內(nèi)，可有效改善液壓站的工作環(huán)境，減少了故障的發(fā)生。同時(shí)維護(hù)檢修方便，人員操作更加安全。

關(guān)鍵詞：定槳距 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 葉尖 液壓系統(tǒng) 改造

中圖分類號：TM315 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（a）-0122-02

定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具有結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠的特點(diǎn)，在我國早期風(fēng)場有較多安裝使用。定槳距風(fēng)電機(jī)組的葉片和輪轂的連接是固定的，運(yùn)行中的風(fēng)電機(jī)組在脫網(wǎng)的情況下，葉片自身必須具備制動能力，使機(jī)組在大風(fēng)情況下安全停機(jī)。葉尖擾流器在風(fēng)電機(jī)組上的成功應(yīng)用，解決了在突甩負(fù)載的情況下安全停機(jī)的問題[1]。安裝在葉尖的擾流器通過鋼絲繩與葉片根部的液壓油缸的活塞桿相聯(lián)接，液壓站為液壓缸提供動力。

1 葉尖液壓系統(tǒng)簡介

改造機(jī)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉尖擾流器單獨(dú)配備一個(gè)液壓站，液壓站位于輪轂內(nèi)，固定在主軸端面上，通過油管與葉尖擾流器的液壓缸連接，電源和控制信號通過電滑環(huán)輸入。液壓系統(tǒng)油箱為全封閉式，驅(qū)動電機(jī)為直流永磁電機(jī)。由于液壓站位于輪轂內(nèi)，在低溫環(huán)境下液壓系統(tǒng)工作條件較惡劣。

液壓系統(tǒng)由壓力傳感器17控制液壓泵3啟停動作，機(jī)組運(yùn)行時(shí)擾流器液壓缸始終保持壓力。風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，電磁閥14.1、14.2、14.3得電，液壓泵工作，保持葉尖收回，風(fēng)機(jī)發(fā)電。系統(tǒng)超壓時(shí)，電磁閥14.3點(diǎn)動，卸去多余壓力。風(fēng)機(jī)需要停機(jī)時(shí)，電磁閥14.1、14.2、14.3失電，系統(tǒng)泄壓，葉尖打開實(shí)現(xiàn)氣動剎車。當(dāng)風(fēng)輪超速時(shí)，電磁閥14.1、14.2、14.3失電，機(jī)組停機(jī)。如果控制失效，爆破片做為獨(dú)立的安全控制裝置，在風(fēng)輪超速時(shí)爆破片爆裂泄壓，機(jī)組停機(jī)。

2 改造

2.1 改造方案

針對原液壓系統(tǒng)存在的問題，采取以下措施進(jìn)行改造

將液壓站放置在機(jī)艙內(nèi)，機(jī)艙為封閉環(huán)境，安裝了加熱器，在冬季液壓站有一個(gè)良好的工作環(huán)境。電滑環(huán)改為液壓滑環(huán)。

把原液壓站的閉式系統(tǒng)改為開式系統(tǒng)。閉式系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是油箱的體積很小，結(jié)構(gòu)緊湊，空氣進(jìn)入油液的機(jī)會少。缺點(diǎn)是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，油箱易漏油。開式系統(tǒng)的油箱結(jié)構(gòu)簡單，常壓不易漏油。將驅(qū)動電機(jī)由直流電機(jī)改為交流異步電機(jī)。異步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉。將新液壓站增加一個(gè)液位開關(guān)，串接到安全鏈中，實(shí)現(xiàn)低油位報(bào)警。壓力回路增加一個(gè)蓄能器。起到穩(wěn)壓和緩沖液壓沖擊的作用。

改造后的液壓系統(tǒng)原理圖見圖1。

2.2 主要部件選型要點(diǎn)

2.2.1 液壓泵和電機(jī)

液壓泵所需工作壓力的確定，主要根據(jù)液壓缸在工作循環(huán)各階段所需最大壓力P1，再加上泵的出油口到缸進(jìn)油口處總的壓力損失ΣΔP，即

PP=P1+ΣΔP （1）

上面所計(jì)算的最大壓力PP是系統(tǒng)靜態(tài)壓力，系統(tǒng)工作過程中存在著過渡過程的動態(tài)壓 力，而動態(tài)壓力往往比靜態(tài)壓力高得多，所以泵的額定壓力PP應(yīng)比系統(tǒng)最高壓力大25%～60%，使液壓泵有一定的壓力儲備。

液壓泵所需流量的確定，在多液壓缸同時(shí)動作時(shí)，液壓泵的流量要等于同時(shí)動作的幾個(gè)液壓缸所需的最大流量，并應(yīng)考慮系統(tǒng)的泄漏和液壓泵磨損后容積效率的下降，即

QP=K（Σq）max （2）

式中QP為泵流量，m3/s；K為系統(tǒng)泄漏系數(shù)，K=1.1～1.3；（Σq）max為同時(shí)動作的液壓缸的最大總流量，m3/s；

確定驅(qū)動液壓泵的功率。按液壓泵實(shí)際使用情況，用下式計(jì)算驅(qū)動功率[2]：

P=ψPN QN/（103ηP）（kW） （3）

式中：ψ為轉(zhuǎn)換系數(shù)；PN為液壓泵的額定壓力（Pa）；QN為液壓泵的額定流量（m3/s）；ηP為液壓泵的總效率。

按上述計(jì)算結(jié)果，可以從產(chǎn)品樣本中選取標(biāo)準(zhǔn)異步電動機(jī)和齒輪泵，再進(jìn)行驗(yàn)算，其超載量在允許范圍內(nèi)。

2.2.2 閥門

電磁閥換向閥、單向閥、溢流閥和節(jié)流閥等閥門均采用螺紋插裝閥，插裝閥是一種結(jié)構(gòu)緊湊且經(jīng)濟(jì)性高的部件，比起傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)，它使用管件更少，安裝更便捷，且泄漏點(diǎn)更少[3]。電磁閥宜選擇大流量，可使泄壓時(shí)快速回油，及時(shí)收葉尖。

2.2.3 爆破片

爆破片組件是一種壓力泄放安全裝置，當(dāng)爆破片兩側(cè)壓力差達(dá)到預(yù)定溫度下的預(yù)定值時(shí)，爆破片立即破裂，泄放出壓力介質(zhì)[4]。如果風(fēng)機(jī)葉輪轉(zhuǎn)速超過額定速度，葉尖的離心力會使系統(tǒng)壓力隨之增加。當(dāng)轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速設(shè)定值時(shí)，爆破片會爆裂，使液壓油流回油箱。當(dāng)液壓釋放時(shí)，葉尖擾流器動作，轉(zhuǎn)速立即降低到安全速度。

2.2.4 油滑環(huán)

油滑環(huán)是一種旋轉(zhuǎn)接頭，一端固定在齒輪箱低速軸上通過油管聯(lián)通液壓缸，和低速軸一起旋轉(zhuǎn)，另一端與齒輪箱體固定，連接到液壓站。油滑環(huán)結(jié)構(gòu)精密，密封要求可靠性高。選型時(shí)應(yīng)注意轉(zhuǎn)速和壓力之間的線性關(guān)系，不許超壓使用。

2.2.5 液壓油

一般說來，要使液壓系統(tǒng)處于最佳工作狀態(tài)，油液粘度最好在20～80 cst之間，過低的粘度會使油泵效率下降，系統(tǒng)潤滑不足，導(dǎo)致元件過早磨損，液壓泵站使用壽命下降。過高的粘度會使油泵啟動后產(chǎn)生空穴現(xiàn)象，系統(tǒng)壓力降增大，增加系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間和噪聲。

液壓油的粘度受油液溫度影響比較大，溫度升高油液粘度變低，溫度下降油液粘度增加。因此，液壓油應(yīng)選擇低傾點(diǎn)，粘溫特性好的油品，才能保證設(shè)備處于最佳工作狀態(tài)，延長設(shè)備使用壽命。

3 調(diào)試endprint

系統(tǒng)調(diào)試一般應(yīng)按泵站調(diào)試、系統(tǒng)壓力調(diào)試和執(zhí)行元件速度調(diào)試的順序進(jìn)行[2]。泵站調(diào)試在制造廠內(nèi)進(jìn)行，而系統(tǒng)壓力調(diào)試和液壓缸速度調(diào)試在風(fēng)機(jī)上進(jìn)行。下面針對風(fēng)機(jī)上進(jìn)行的調(diào)試步驟進(jìn)行簡要介紹。

3.1 調(diào)試前的準(zhǔn)備

液壓站固定在機(jī)艙底座上，連接好管路。運(yùn)動部件狀態(tài)良好并檢查合格。電氣設(shè)備及線路全部安裝完畢并檢查合格。熟悉調(diào)試所需的技術(shù)文件，如液壓原理圖、使用維護(hù)說明書等。

3.2 啟動液壓泵

液壓泵電機(jī)轉(zhuǎn)向一般為順時(shí)針轉(zhuǎn)動，點(diǎn)動電動機(jī)，觀察散熱風(fēng)扇是否為順時(shí)針轉(zhuǎn)動，同時(shí)觀察壓力表是否有壓力，繼而判定電動機(jī)轉(zhuǎn)向是否正確。否則改變電動機(jī)接線，使電機(jī)反轉(zhuǎn)。

3.3 系統(tǒng)排氣

電磁閥14.1、14.2、14.3得電，啟動液壓泵后，將系統(tǒng)壓力調(diào)到10 bar左右，使油液分別循環(huán)到各支路中。將液壓缸活塞桿伸出側(cè)的排氣閥打開，活塞桿運(yùn)動，將空氣排出，升到上止點(diǎn)時(shí)，關(guān)閉排氣閥。重復(fù)上述排氣方法，直到將液壓缸中的空氣排凈為止。

3.4 管路泄漏檢查

停泵后，壓力達(dá)到系統(tǒng)要求值，檢查每個(gè)管接頭是否有漏油現(xiàn)象。

3.5 空載調(diào)試

按調(diào)試說明書中規(guī)定的內(nèi)容，分別對系統(tǒng)的壓力、流量、速度等進(jìn)行調(diào)整與設(shè)定，可逐個(gè)支路按先手動后電動的順序進(jìn)行。手動調(diào)整結(jié)束后，應(yīng)在設(shè)備機(jī)、電、液單獨(dú)無負(fù)載試車完畢后，開始進(jìn)行空載聯(lián)動試車。

3.6 負(fù)載試車

設(shè)備開始運(yùn)行后，應(yīng)逐漸加大負(fù)載，如情況正常，才能進(jìn)行最大負(fù)載試車。最大負(fù)載試車成功后，應(yīng)及時(shí)檢查系統(tǒng)的工作情況是否正常，對壓力、噪聲、振動、速度、溫升、液位等進(jìn)行全面檢查，并根據(jù)試車要求做出記錄。

4 結(jié)語

液壓系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行對風(fēng)電機(jī)組的安全運(yùn)行具有重要意義，必須確保質(zhì)量。改造后的液壓站保壓效果良好，維護(hù)檢查方便。經(jīng)過風(fēng)場一年多的運(yùn)行，證明改造是可行的。不僅減少風(fēng)機(jī)的停機(jī)次數(shù)、停機(jī)時(shí)間，也減少了風(fēng)機(jī)日常的維護(hù)費(fèi)用。在提高風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率同時(shí)，還提高了檢修人員的安全性。

參考文獻(xiàn)

[1] 葉杭冶.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[2] 成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊單行本液壓傳動[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[3] 張海平.液壓螺紋插裝閥[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[4] 李志義，喻健良.爆破片技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.endprint

系統(tǒng)調(diào)試一般應(yīng)按泵站調(diào)試、系統(tǒng)壓力調(diào)試和執(zhí)行元件速度調(diào)試的順序進(jìn)行[2]。泵站調(diào)試在制造廠內(nèi)進(jìn)行，而系統(tǒng)壓力調(diào)試和液壓缸速度調(diào)試在風(fēng)機(jī)上進(jìn)行。下面針對風(fēng)機(jī)上進(jìn)行的調(diào)試步驟進(jìn)行簡要介紹。

3.1 調(diào)試前的準(zhǔn)備

液壓站固定在機(jī)艙底座上，連接好管路。運(yùn)動部件狀態(tài)良好并檢查合格。電氣設(shè)備及線路全部安裝完畢并檢查合格。熟悉調(diào)試所需的技術(shù)文件，如液壓原理圖、使用維護(hù)說明書等。

3.2 啟動液壓泵

液壓泵電機(jī)轉(zhuǎn)向一般為順時(shí)針轉(zhuǎn)動，點(diǎn)動電動機(jī)，觀察散熱風(fēng)扇是否為順時(shí)針轉(zhuǎn)動，同時(shí)觀察壓力表是否有壓力，繼而判定電動機(jī)轉(zhuǎn)向是否正確。否則改變電動機(jī)接線，使電機(jī)反轉(zhuǎn)。

3.3 系統(tǒng)排氣

電磁閥14.1、14.2、14.3得電，啟動液壓泵后，將系統(tǒng)壓力調(diào)到10 bar左右，使油液分別循環(huán)到各支路中。將液壓缸活塞桿伸出側(cè)的排氣閥打開，活塞桿運(yùn)動，將空氣排出，升到上止點(diǎn)時(shí)，關(guān)閉排氣閥。重復(fù)上述排氣方法，直到將液壓缸中的空氣排凈為止。

3.4 管路泄漏檢查

停泵后，壓力達(dá)到系統(tǒng)要求值，檢查每個(gè)管接頭是否有漏油現(xiàn)象。

3.5 空載調(diào)試

按調(diào)試說明書中規(guī)定的內(nèi)容，分別對系統(tǒng)的壓力、流量、速度等進(jìn)行調(diào)整與設(shè)定，可逐個(gè)支路按先手動后電動的順序進(jìn)行。手動調(diào)整結(jié)束后，應(yīng)在設(shè)備機(jī)、電、液單獨(dú)無負(fù)載試車完畢后，開始進(jìn)行空載聯(lián)動試車。

3.6 負(fù)載試車

設(shè)備開始運(yùn)行后，應(yīng)逐漸加大負(fù)載，如情況正常，才能進(jìn)行最大負(fù)載試車。最大負(fù)載試車成功后，應(yīng)及時(shí)檢查系統(tǒng)的工作情況是否正常，對壓力、噪聲、振動、速度、溫升、液位等進(jìn)行全面檢查，并根據(jù)試車要求做出記錄。

4 結(jié)語

液壓系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行對風(fēng)電機(jī)組的安全運(yùn)行具有重要意義，必須確保質(zhì)量。改造后的液壓站保壓效果良好，維護(hù)檢查方便。經(jīng)過風(fēng)場一年多的運(yùn)行，證明改造是可行的。不僅減少風(fēng)機(jī)的停機(jī)次數(shù)、停機(jī)時(shí)間，也減少了風(fēng)機(jī)日常的維護(hù)費(fèi)用。在提高風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率同時(shí)，還提高了檢修人員的安全性。

參考文獻(xiàn)

[1] 葉杭冶.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

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[3] 張海平.液壓螺紋插裝閥[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[4] 李志義，喻健良.爆破片技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.endprint

系統(tǒng)調(diào)試一般應(yīng)按泵站調(diào)試、系統(tǒng)壓力調(diào)試和執(zhí)行元件速度調(diào)試的順序進(jìn)行[2]。泵站調(diào)試在制造廠內(nèi)進(jìn)行，而系統(tǒng)壓力調(diào)試和液壓缸速度調(diào)試在風(fēng)機(jī)上進(jìn)行。下面針對風(fēng)機(jī)上進(jìn)行的調(diào)試步驟進(jìn)行簡要介紹。

3.1 調(diào)試前的準(zhǔn)備

液壓站固定在機(jī)艙底座上，連接好管路。運(yùn)動部件狀態(tài)良好并檢查合格。電氣設(shè)備及線路全部安裝完畢并檢查合格。熟悉調(diào)試所需的技術(shù)文件，如液壓原理圖、使用維護(hù)說明書等。

3.2 啟動液壓泵

液壓泵電機(jī)轉(zhuǎn)向一般為順時(shí)針轉(zhuǎn)動，點(diǎn)動電動機(jī)，觀察散熱風(fēng)扇是否為順時(shí)針轉(zhuǎn)動，同時(shí)觀察壓力表是否有壓力，繼而判定電動機(jī)轉(zhuǎn)向是否正確。否則改變電動機(jī)接線，使電機(jī)反轉(zhuǎn)。

3.3 系統(tǒng)排氣

電磁閥14.1、14.2、14.3得電，啟動液壓泵后，將系統(tǒng)壓力調(diào)到10 bar左右，使油液分別循環(huán)到各支路中。將液壓缸活塞桿伸出側(cè)的排氣閥打開，活塞桿運(yùn)動，將空氣排出，升到上止點(diǎn)時(shí)，關(guān)閉排氣閥。重復(fù)上述排氣方法，直到將液壓缸中的空氣排凈為止。

3.4 管路泄漏檢查

停泵后，壓力達(dá)到系統(tǒng)要求值，檢查每個(gè)管接頭是否有漏油現(xiàn)象。

3.5 空載調(diào)試

按調(diào)試說明書中規(guī)定的內(nèi)容，分別對系統(tǒng)的壓力、流量、速度等進(jìn)行調(diào)整與設(shè)定，可逐個(gè)支路按先手動后電動的順序進(jìn)行。手動調(diào)整結(jié)束后，應(yīng)在設(shè)備機(jī)、電、液單獨(dú)無負(fù)載試車完畢后，開始進(jìn)行空載聯(lián)動試車。

3.6 負(fù)載試車

設(shè)備開始運(yùn)行后，應(yīng)逐漸加大負(fù)載，如情況正常，才能進(jìn)行最大負(fù)載試車。最大負(fù)載試車成功后，應(yīng)及時(shí)檢查系統(tǒng)的工作情況是否正常，對壓力、噪聲、振動、速度、溫升、液位等進(jìn)行全面檢查，并根據(jù)試車要求做出記錄。

4 結(jié)語

液壓系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行對風(fēng)電機(jī)組的安全運(yùn)行具有重要意義，必須確保質(zhì)量。改造后的液壓站保壓效果良好，維護(hù)檢查方便。經(jīng)過風(fēng)場一年多的運(yùn)行，證明改造是可行的。不僅減少風(fēng)機(jī)的停機(jī)次數(shù)、停機(jī)時(shí)間，也減少了風(fēng)機(jī)日常的維護(hù)費(fèi)用。在提高風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率同時(shí)，還提高了檢修人員的安全性。

參考文獻(xiàn)

[1] 葉杭冶.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

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[4] 李志義，喻健良.爆破片技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.endprint