风力发电机液压系统.ppt

风力发电机液压系统 张晓东 液压系统是以液压体为介质，实现动力传输和运动控制 的机械单元。液压系统具有传动平稳，功率密度大，容易实 现五级变速，易于更换元件和过载保护可靠等优点，在大型 风力发电机组中得到广泛的应用。 在变桨距风力发电机组中，液压系统主要用于控制变桨 机构（我公司为电机控制）和机械制动，也用于偏航驱动与 制动（我公司主要为制动）此外还常用于齿轮箱润滑油液的 冷却和过滤；发电机水冷；变流器的温度控制；开关机舱和 驱动起重机等。 一、液压元件 液压系统是各种液压元件组成。液压元件可分为动力元 件，控制元件，执行元件和辅助元件。动力元件是将机械能 转换为液体压力能，如液压泵；控制元件控制系统压力，流 量，方向以及进行信号转换和放大，作为控制元件主要是各 种阀。执行元件是将流体的压力能转换为机械能，驱动各类 机构，如液压缸。辅助元件为保证系统正常工作除上述三种 原件外的装置，如油箱，过滤器，蓄能器，管件等。 1、液压泵 （ 1）液压泵分类及工作原理 液压泵是能量转换装置，用 来向液压系统输送压力油，推动执行元件做功。按照结构的 不同，液压泵可分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、和螺杆泵。 按照额定压力的不同，可分为低压泵、中压泵、中高压泵、 高压泵和超高压泵。按照液压泵输出流量能否调节，又分为 定量泵和变量泵图示为风力发电机组常用的齿轮泵。 齿轮泵结构比较简单，它的最基本得形式就是两个尺 寸相同的齿轮在一个紧密配合的壳体内相互啮合旋转，两 啮合的齿轮将泵体、前后盖板和齿轮包围的密闭容积分为 两部分，齿轮进入啮合的一侧密闭容积减小，经压油口排 油，退出啮合的一侧密闭容积增大，经吸油口吸油。随着 驱动轴的不断地旋转，泵也就不间断的输出高压油。 （ 2）液压泵的性能参数 额定压力、排量、功率和效率 是液压泵的主要性能参数。 1）液压泵的工作压力和额定压力 液压泵的工作压力是 指液压泵实际工作时输出的油液的压力，它是油液克服阻力 而建立起来的压力。液压泵输出的工作压力，随着负载大小 变化而变化。若有负载作用，液压泵出口处所推动的液体必 然建立起一定的工作压力，推动工作台等运动。 液压泵的额定压力是产品铭牌上所标定的压力，是指泵在正 常工作条件下，允许连续运转达到的出口最大工作压力。液 压泵必须在额定工作压力之内工作，超过此值将使泵过载。 2.液压阀 液压阀按其功能分为：方向控制阀、压力控制阀和流量 控制阀。 (1)方向控制阀 方向控制阀用来控制液压系统的油流向， 接通和断开油路，从而控制执行机构的启动、停止或改变运 动方向。方向控制阀有单向阀和换向阀两大类。 1)普通单向阀 它控制油液只能沿一个方向流动，不能反 向流动，它由阀体、阀芯和弹簧等零件组成。 2)带控制口的单向阀称为液控单向阀，当控制口通压力 油时，油液也可以反向流动。 3）换向阀的作用是利用阀芯相对阀体的运动来控制液 流方向、接通或断开油路，从而改变执行机构的运动方向、 启动或停止。换向阀的种类很多，按操作阀芯运动的方式可 分为手动、机动、电磁动、液动、电液动等。换向阀的稳定 工作位置称为“位”，对外接口称为“通”。 （ 2）压力控制阀 在液压系统中用来控制油液压力，或利 用压力作为信号来控制执行元件和电气元件动作的阀称为压 力控制阀，简称压力阀。这类阀工作原理的共同特点是，利 用油液压力作用在阀芯的力与弹簧力相平衡的原理进行工作 的。按压力控制阀在液压系统中的功用不同，可分为溢流阀、 减压阀、顺序阀、压力继电器等。 1)常用溢流阀有直动型和先导型两种。直动型溢流阀由 阀芯，阀体，弹簧，上盖，调节杆，调节螺母等零件组成。 阀体上进油口连接泵的出口，出口接油箱。原始状态，阀芯 在弹簧压力作用下处于最下端位置，进出油口隔断。当液压 力等于或大于弹簧压力时，阀芯上移，阀口开启，进口压力 油经阀口流回油箱。 2）溢流阀的主要功用 在定量泵节流调速系统中用来保持液压泵出口压力恒 定，并将泵输出多余油液放回油箱，起到稳压溢流作用，此 时称为定压阀 当系统负载达到其限定压力时。打开阀门，使系统压 力不能上升，对设备起到安全保护作用，此时称为安全阀 溢流阀与电磁换向阀集成称为电磁溢流阀，电磁溢流 阀可以在执行机构不工作时使泵卸载 3）减压阀用于降低压力系统中某一回路的压力。它可 以使出口压力基本稳定，并且可调。 4)压力继电器是利用液体压力来启闭电器触点的液电信 号转换元件，用于当系统压力达到压力继电器设定压力时， 发出信号，控制电气元件动作，实现系统的工作程序切换。 （ 3）流量控制阀 在液压系统中用来控制液体流量的阀 类统称为流量控制阀，简称流量阀。它是靠改变控制口的大 小，调节通过阀的液体流量，以改变执行元件的运动速度。 流量控制阀包括节流阀、调速阀和分流集流阀等。 （ 4）电液伺服阀 电液伺服阀是一种根据输入信号连续成 比例的控制系统流量和压力的液压控制阀。它将小功率的电 信号转换为大功率的液压能输出，实现执行元件的位移、速 度、加速度及力的控制。电液伺服阀控制精度高，相应速度 快，应用于精度要求较高的场合。 （ 5）电液比例阀 电液比例阀是用比例电磁铁代替普通电 磁换向阀电磁铁的液压控制阀。它可以根据输入电信号连续 成比例的控制系统流量和雅鹿。在动态特性上不如电液伺服 阀，但在制造成本、抗污染能力等方面优于电液伺服阀。 3.液压缸 液压缸是液压系统的执行元件，是将输入的液压能转换 为机械能的能量转换装置，它可以很方便的获得直线往复运 动。 液压变距风机液压系统中的液压缸有时采用差动连接。 所谓差动连接是指把单活塞杆液压缸两腔连接起来，同时通 入压力油。由于活塞两侧有效面积与不相等，便产生推力差， 在此推力差的作用下，活塞杆伸出，此时有杆腔排除的油液 与泵供油 q一起流入无杆腔，增加了无杆腔的进油量，提高 了无杆腔进油时活塞的运动速度。 4.辅助元件 液压系统中的辅助元件包括油管、管接头、蓄能器、过 滤器、油箱、密封件、冷却器、加热器、压力表和压力开关 等。 （ 1）蓄能器 在液压系统中，蓄能器用来存储和释放液体 的压力能。当系统的压力高于蓄能器内液体的压力时，系统 中的液体充进蓄能器中，直到蓄能器内外压力相等；反之当 蓄能器内液体压力高于系统压力时，蓄能器内的液体流到系 统中去，直到蓄能器内外压力平衡。蓄能器可作为辅助能源 和应急能源使用，还可吸收压力脉动和减少液压冲击。 （ 2）过滤器 液压油中含有杂质是造成液压系统故障的 重要原因。因为杂质的存在会引起相对运动零件的急剧磨损、 划伤、破坏配合表面的精度。颗粒过大时甚至会使阀芯卡死， 节流阀节流口以及各阻尼小孔堵塞，造成元件动作失灵。影 响液压系统的工作性能，甚至使液压系统不能工作。因此， 保持液压油的清洁是液压系统能正常工作的必要条件。过滤 器可净化油液中的杂质，控制油液的污染。 二、系统原理图 图示为某定桨距风力发电机组的液压系统工作原理图。 该系统由三组回路组成：左侧是空气动力制动压力保持回路； 中间为主传动制动回路；右侧为偏航系统制动回路。 液压系统开机后，电磁换向阀（ 12-2）电磁铁带电， 液压断开。压力油经液压泵（ 2）、滤油器（ 4）、电磁换向 阀（ 12-1）、单向阀 (7-2)进入蓄能器（ 8-2），并通过单向 阀（ 7-3）和旋转接头（ 19）进入控制叶尖扰流器液压缸。 当蓄能器压力达到设定值时，压力继电器 (9-2)动作，电磁换 向阀（ 12-1）电磁铁 5带电，液路断开，回路压力由蓄能器 保持。并且液压缸上的弹簧钢索拉住叶尖扰流器，使之与叶 片主体保持相一致的结合。当风力发电机停车时，电磁换向 阀（ 12-2）电磁铁失电，控制叶尖扰流器液压缸油液经过 电磁换向阀 (12-2)流回油箱。使叶尖扰流器在离心力作用下 偏离叶片主体相应的角度。溢流阀（ 6）用来限制系统最高 压力。 在液压系统中还设有一个完全独立于控制系统的、用于 安全保护的紧急停机装置。在控制叶尖扰流器的油路上，并 联了一个受压力控制可突然开启的突开阀 (15)(突开阀在压力 失去后也不能自动关闭 )。作用在叶尖扰流器上的离心力与风 轮转速的二次方成正比。风轮超速时，液压缸的压力迅速升 高，到达设定值时，突开阀被打开，压力油流回油箱，叶尖 扰流器在离心力的作用下，迅速脱离脱离叶片主体，旋转成 为阻尼板，使机组在控制系统或检测系统或电磁阀失效的情 况下得以安全停机。 电磁换向阀（ 13-1） (13-2)分别控制两个主传动器压力 油的进出，从而控制制动器动作。该回路中工作压力由蓄能 器 (8-1)保持，压力继电器（ 9-1）根据蓄能器（ 8-1）的压力 高低控制液压泵（ 2）的启停。压力继电器（ 9-3）（ 9-4） 用以监视制动器 (14-1)(14-2)中的油液压力，防止电磁换向阀 （ 13 1）、（ 13-2）误动作而中断制动。 偏航系统制动回路有两种工作状态。在偏航驱动时为， 了保持调向过程稳定，电磁换向阀（ 16）电磁铁得电，偏 航制动器油腔有一定压力，为调向过程提供阻尼；在偏航结 束时，电磁换向阀（ 16）电磁铁失电，制动压力由蓄能器 （ 8-1）直接提供。压力继电器（ 9-5）用以监视制动器（ 14- 3）中的油液压力，防止电磁换向阀（ 16）误动作而中断制 动。 三、液压系统的维护 1.设备的检查 在启动前的项目检查有：油位是否正常，行程开关和限 位块是否紧固，手动和自动循环是否正常，电磁阀是否处在 原始状态等。 在设备中监视工况的项目有：系统压力是否稳定并在规 定范围中，设备有无异常震动和噪声，油温是否在允许的范 围内（一般为 35-55C范围内，不得大于 60C），有无漏油， 电压是否保持在额定值的 +5%-15%的范围内等。 定期检查的项目有：螺钉和管接头的检查和紧固， 10MPa以上的系统每月一次， 10MPa以下的系统每三个月一 次。过滤器和空气滤清器的检查，每月一次。定期进行油液 污染度检验，对换新油，经过 1000h使用后应取样化验，取 油样需用专用容器，并保证不受污染，取样应取正在使用的 “热油”，不取静止油，取样数量为 300-500ml/次，按油料 化验单化验，油料化验单应纳入设备档案。 2.液压油 液压系统的介质是液压油，一般采用专门用于液压系统 的矿物油。液压系统的液压油应与生产企业制定的牌号相符 (我公司使用的为 Esso Univis HVI 26） 。 在正常工作温度下液压油粘度范围一般为 20 200/s 。 当环境温度较低时选用粘度较低的油液。 液压油的寿命：矿物油 8000h或至少每年更换一次。 3.清洗过滤器和空气滤清器 过滤器堵塞会发出信号，需要进行清洗。清洗时需要确 保电机未启动，电磁阀为通电。拔下插头，要清洁液压单元 表面的灰尘。打开过滤器后，取出滤芯清洗。若滤芯损坏， 必须更换。清洁过滤器后，应检查油位，必要时要加足油液。 若没收到堵塞信号的情况下，至少每六个月清洗一次过滤器。 在正常环境下每 1000h清洗一次空气滤清器；在灰尘较 大的环境下每 500h清洗一次滤清器。 四、液压系统的常见故障 1.出现异常震动和噪声 原因可能是：旋转轴连接不同心；液压泵超载或吸油受 阻；管路松动；液压阀出现自激震荡；液面低；油液粘度高； 过滤器堵塞；油液中混有空气等。 2.输出压力不足 原因可能是：液压泵失效；吸油口漏气；油路有较大的 泄露；液压阀调节不当；液压缸内泄等。 3.油温过高 原因可能是：系统内泄露过大；系统冷却能力不足；在 保压期间液压泵未卸荷；系统的油液不足；冷却水阀不起作 用；温控器设置过高；没有冷却水或制冷风扇失效；冷却水 温度过高；周围环境温度过高；系统散热条件不好。 4.液压泵的启停太频繁 原因可能是：系统内泄露过大；在蓄能系统中，蓄能器 和泵的参数不匹配；蓄能器充气压力过低；气囊（或薄膜） 失效；压力继电器设置错误等。