自動卸壓的液壓閥集成單元

劉峰

摘 要：對于定槳矩風(fēng)力發(fā)電機當(dāng)它失速時，必須將由液壓缸控制的葉尖擾流器打開以使風(fēng)機的轉(zhuǎn)速快速地降低，控制葉尖擾流器的液壓系統(tǒng)中設(shè)置的一個超壓爆破閥門，當(dāng)驅(qū)動葉尖擾流器的液壓缸中的油壓自動迅速升高到使爆破閥門的金屬膜片破裂時，液壓缸中油壓才能迅速泄掉。文章論述了一種新型的可以自動地卸壓的液壓閥集成單元的構(gòu)成和工作原理，通過試驗證明該液壓閥集成單元工作安全可靠，卸壓響應(yīng)快，能滿足實際的需要，因此達(dá)到了滿意的效果。

關(guān)鍵詞：液壓閥集成單元；葉尖擾流器；蓄能器；先導(dǎo)閥；阻尼孔

中圖分類號：TH137 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）01-0050-03

Abstract： For the constant paddle moment wind turbine， when it stalls， the tip spoiler controlled by hydraulic cylinder must be turned on so that the rotating speed of the fan can be reduced rapidly， and an overpressure blasting valve is set in the hydraulic system of controlling tip spoiler. Only when the hydraulic pressure in the hydraulic cylinder driving the tip spoiler automatically rises rapidly enough to break the metal diaphragm of the blasting valve， the hydraulic pressure in the hydraulic cylinder can be released quickly. This paper discusses the structure and working principle of a new type of integrated unit of hydraulic valve which can automatically relieve pressure. The experiment proves that the integrated unit of hydraulic valve is safe and reliable in operation， quick in response to pressure relief， and can meet the actual needs. As a result， satisfactory results have been achieved.

Keywords： hydraulic valve integrated unit； tip spoiler； accumulator； pilot valve； damping orifice

1 概述

本文“自動卸壓的液壓閥集成單元”是用于定槳矩風(fēng)力發(fā)電機組的空氣動力制動系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)中[1]。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機組失速時它可以使風(fēng)力發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速降下來保證風(fēng)機的安全。

對于定槳矩風(fēng)力發(fā)電機組而言，其風(fēng)輪的葉片由主體部分和葉尖部分組成，葉尖部分可以繞一縱向軸（葉尖軸）旋轉(zhuǎn)90°，該旋轉(zhuǎn)部分稱為葉尖擾流器，它通過不銹鋼絲繩與液壓系統(tǒng)中的液壓缸的活塞桿連接，當(dāng)風(fēng)電機組處于正常運行狀態(tài)時，液壓缸的活塞桿在油壓的作用下通過不銹鋼絲繩拉緊葉尖擾流器，使葉尖部分與葉片主體部分精密地組合為一體[2]，形成一個完整的葉片，當(dāng)風(fēng)機的風(fēng)輪失速而需要緊急制動時，液壓缸中的油壓必須能夠快速自動泄掉，使葉尖部分在其離心力和彈簧力的作用下迅速旋轉(zhuǎn)90°形成一個阻尼板，以使風(fēng)機快速減速，保證風(fēng)機的安全。

當(dāng)前國內(nèi)很多定槳矩風(fēng)電機組，其控制葉尖擾流器的液壓系統(tǒng)中設(shè)置了一個超壓爆破閥門，當(dāng)驅(qū)動葉尖擾流器的液壓缸中的油壓自動迅速升高到使爆破閥門的金屬膜片破裂時，液壓缸中油壓才能迅速泄掉，從而使葉尖擾流器阻尼板打開，則風(fēng)機快速減速，確保安全[3]。然而這種閥的缺點是一次性不可重復(fù)使用的，此外，其爆破壓力又是不可調(diào)節(jié)的，這種閥尚未見到有國產(chǎn)件。針對這種情況，作者設(shè)計研制了一個帶有微型蓄能器的液壓閥集成單元，它完全可替代上述的超壓爆破閥門。

2 液壓閥集成單元的構(gòu)成及工作原理

本單元由底塊F、先導(dǎo)式卸荷閥A、微型蓄能器B、測壓接頭C和螺紋插裝式截止閥D等構(gòu)成，這些元件被安裝在一個底塊F上。圖1表示了該單元的構(gòu)成和外形。

圖2為該液壓閥集成單元的工作原理圖。由圖2可見，P口與驅(qū)動擾流器的液壓缸的高壓腔（圖中未表）連通，高壓油分成兩路，一路經(jīng)單向閥6，到卸荷閥A的柱塞7的左腔并進(jìn)入蓄能器B中，另一路通過主閥芯1的阻尼孔2到先導(dǎo)閥3的左腔（也是柱塞7的右腔），當(dāng)驅(qū)動葉尖擾流器的液壓缸高壓腔的油壓升高，但尚未達(dá)到調(diào)壓彈簧4設(shè)定的壓力值時，此時先導(dǎo)閥3未開啟，主閥芯1在復(fù)位彈簧力的作用下處在關(guān)閉狀態(tài)，同時柱塞7的左右兩端壓力相等，它處在一個液壓平衡狀態(tài)，當(dāng)液壓缸高壓腔的油壓上升（風(fēng)機失速時）達(dá)到高于調(diào)壓彈簧4的調(diào)定壓力值時，此時先導(dǎo)閥3開啟，高壓腔的油液經(jīng)主閥芯1的阻尼孔2到先導(dǎo)閥3的閥口流回O腔，由于油液通過阻尼孔2的流動，則在主閥芯1上下兩端產(chǎn)生了壓力差，因此使主閥芯1開啟，此時于柱塞7左右兩端也產(chǎn)生了壓力差且柱塞7的有效作用面積設(shè)計成大于先導(dǎo)閥3的有效作用面積，則柱塞7額外施力于先導(dǎo)閥3，其力又大于調(diào)壓彈簧4的調(diào)定壓力值，這樣就加大了先導(dǎo)閥3的開口量，從而使主閥芯1的開口量增至最大，此時高壓腔的油就在無壓下泄流了。由于進(jìn)入蓄能器B中的液壓油被單向閥封死，它始終保持高壓，則柱塞7額外的作用力也一直存在，因此主閥芯1的開口量保持最大，這樣，就達(dá)到了液壓缸高壓腔油無壓泄流的目的，從而使葉尖擾流器阻尼板打開，則風(fēng)機快速減速，確保安全。

當(dāng)打開截止閥D放掉充入蓄能器B中的油，則卸荷閥A復(fù)位。

3 蓄能器的選取

本液壓閥集成單元中的蓄能器作為一個輔助動力源[4]，其作用是給柱塞7左端提供大于調(diào)壓彈簧的力，并要始終保持。在選取蓄能器容積時要在滿足保壓的要求情況下盡量的小，以減輕液壓閥集成單元的重量。

5.5ml的油液足夠補充單向閥和柱塞可能的實際泄漏量，從而能保持柱塞7左端的壓力。自動卸壓的液壓閥集成單元通過卸壓將風(fēng)機葉尖擾流器的阻尼板自動打開，使風(fēng)機自動減速制動，葉尖部分與葉片主體部分精密地組合為一體，形成一個完整的葉片，當(dāng)風(fēng)機的風(fēng)輪失速時能夠?qū)崿F(xiàn)緊急制動。本液壓閥集成單元通過以上實驗參數(shù)的計算[5]，根據(jù)實際需要可以實現(xiàn)多種型號的液壓閥集成單元組合，本液壓閥集成單元經(jīng)現(xiàn)場多次實驗證明工作安全可靠。

4 液壓閥集成單元的試驗

本液壓閥集成單元是在高校液壓實驗室搭建的實驗平臺，查詢了液壓工程手冊后為了能夠更好的達(dá)到實驗?zāi)康倪x取與實驗臺相匹配液壓元件，其中包括液壓泵、溢流閥、蓄能器以及插裝閥等液壓元件，為了能夠更好的達(dá)到實驗?zāi)康募词癸L(fēng)機的轉(zhuǎn)速快速地降低，試驗中多次實驗由泵5向液壓缸充液，之后停泵，再用手動泵加壓，直到卸荷閥打開，使液壓缸高壓腔卸壓。實驗參數(shù)最后確定蓄能器容積：V0=0.075L，最高工作壓力Pmax=25Mpa，充氣壓力為P0=10Mpa（絕對壓力），系統(tǒng)最高工作壓力P2=16Mpa（絕對壓力），系統(tǒng)最低工作壓力P1=14Mpa（絕對壓力），蓄能器可利用的油液容積？駐V為5.5mL。通過實際情況的不斷改變和數(shù)據(jù)計算得出的試驗結(jié)果表明自動卸壓的液壓閥集成單元能夠快速卸壓，卸壓時間小于0.2秒，滿足實際的需要。

5 結(jié)論

（1）本液壓閥集成單元是一個自動安全保護(hù)裝置，當(dāng)

風(fēng)電機組的風(fēng)輪超速或液壓系統(tǒng)失壓出現(xiàn)故障時，通過該裝置的卸壓將風(fēng)機葉尖擾流器的阻尼板自動打開，使風(fēng)機自動減速制動，經(jīng)實驗證明工作安全可靠。

（2）與超壓爆破閥門相比，本液壓閥集成單元能重復(fù)使用，且卸荷壓力可以方便調(diào)節(jié)。

（3）本單元結(jié)構(gòu)緊湊新穎，工作可靠，加工制造和安裝容易，國內(nèi)外尚屬少見。

（4）本單元可以擴大應(yīng)用范圍，用于有壓容器完全卸壓的領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)：

[1]雷天覺.液壓工程手冊[M].機械工業(yè)出版社，2005.

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[3]姚興佳，宋俊.風(fēng)力發(fā)電機組原理與應(yīng)用[M].機械工業(yè)出版社，1997.

[4]劉濤，姜萬錄，王益群.液壓實驗中動態(tài)流量測試技術(shù)的現(xiàn)狀與展望[J].機床與液壓，2002，5：3-4.

[5]劉靜.協(xié)同進(jìn)化算法及其應(yīng)用研究[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2004.