定槳距風力發(fā)電機組葉尖液壓系統(tǒng)改造

李強++王一甲

摘 要：定槳距風力發(fā)電機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，實現(xiàn)氣動剎車功能。所改造機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。當液壓站出現(xiàn)故障時，檢修人員從導流罩外面進入輪轂進行維護，既不方便，安全性也差。改造后的液壓站位于機艙內(nèi)，可有效改善液壓站的工作環(huán)境，減少了故障的發(fā)生。同時維護檢修方便，人員操作更加安全。

關鍵詞：定槳距 風力發(fā)電機組 葉尖 液壓系統(tǒng) 改造

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

定槳距風力發(fā)電機組具有結構簡單，性能可靠的特點，在我國早期風場有較多安裝使用。定槳距風電機組的葉片和輪轂的連接是固定的，運行中的風電機組在脫網(wǎng)的情況下，葉片自身必須具備制動能力，使機組在大風情況下安全停機。葉尖擾流器在風電機組上的成功應用，解決了在突甩負載的情況下安全停機的問題[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

改造機型風力發(fā)電機組的葉尖擾流器單獨配備一個液壓站，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，驅動電機為直流永磁電機。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，機組運行時擾流器液壓缸始終保持壓力。風機正常運行時，電磁閥14.1、14.2、14.3得電，液壓泵工作，保持葉尖收回，風機發(fā)電。系統(tǒng)超壓時，電磁閥14.3點動，卸去多余壓力。風機需要停機時，電磁閥14.1、14.2、14.3失電，系統(tǒng)泄壓，葉尖打開實現(xiàn)氣動剎車。當風輪超速時，電磁閥14.1、14.2、14.3失電，機組停機。如果控制失效，爆破片做為獨立的安全控制裝置，在風輪超速時爆破片爆裂泄壓，機組停機。

2 改造

2.1 改造方案

針對原液壓系統(tǒng)存在的問題，采取以下措施進行改造

將液壓站放置在機艙內(nèi)，機艙為封閉環(huán)境，安裝了加熱器，在冬季液壓站有一個良好的工作環(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)點是油箱的體積很小，結構緊湊，空氣進入油液的機會少。缺點是系統(tǒng)結構復雜，油箱易漏油。開式系統(tǒng)的油箱結構簡單，常壓不易漏油。將驅動電機由直流電機改為交流異步電機。異步電機結構簡單，價格低廉。將新液壓站增加一個液位開關，串接到安全鏈中，實現(xiàn)低油位報警。壓力回路增加一個蓄能器。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

2.2.1 液壓泵和電機

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油口處總的壓力損失ΣΔP，即

PP=P1+ΣΔP （1）

上面所計算的最大壓力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，在多液壓缸同時動作時，液壓泵的流量要等于同時動作的幾個液壓缸所需的最大流量，并應考慮系統(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為同時動作的液壓缸的最大總流量，m3/s；

確定驅動液壓泵的功率。按液壓泵實際使用情況，用下式計算驅動功率[2]：

P=ψPN QN/（103ηP）（kW） （3）

式中：ψ為轉換系數(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。

按上述計算結果，可以從產(chǎn)品樣本中選取標準異步電動機和齒輪泵，再進行驗算，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，插裝閥是一種結構緊湊且經(jīng)濟性高的部件，比起傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)，它使用管件更少，安裝更便捷，且泄漏點更少[3]。電磁閥宜選擇大流量，可使泄壓時快速回油，及時收葉尖。

2.2.3 爆破片

爆破片組件是一種壓力泄放安全裝置，當爆破片兩側壓力差達到預定溫度下的預定值時，爆破片立即破裂，泄放出壓力介質[4]。如果風機葉輪轉速超過額定速度，葉尖的離心力會使系統(tǒng)壓力隨之增加。當轉速超過額定轉速設定值時，爆破片會爆裂，使液壓油流回油箱。當液壓釋放時，葉尖擾流器動作，轉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，另一端與齒輪箱體固定，連接到液壓站。油滑環(huán)結構精密，密封要求可靠性高。選型時應注意轉速和壓力之間的線性關系，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)響應時間和噪聲。

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，液壓油應選擇低傾點，粘溫特性好的油品，才能保證設備處于最佳工作狀態(tài)，延長設備使用壽命。

3 調試endprint

系統(tǒng)調試一般應按泵站調試、系統(tǒng)壓力調試和執(zhí)行元件速度調試的順序進行[2]。泵站調試在制造廠內(nèi)進行，而系統(tǒng)壓力調試和液壓缸速度調試在風機上進行。下面針對風機上進行的調試步驟進行簡要介紹。

3.1 調試前的準備

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

3.2 啟動液壓泵

液壓泵電機轉向一般為順時針轉動，點動電動機，觀察散熱風扇是否為順時針轉動，同時觀察壓力表是否有壓力，繼而判定電動機轉向是否正確。否則改變電動機接線，使電機反轉。

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的排氣閥打開，活塞桿運動，將空氣排出，升到上止點時，關閉排氣閥。重復上述排氣方法，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，壓力達到系統(tǒng)要求值，檢查每個管接頭是否有漏油現(xiàn)象。

3.5 空載調試

按調試說明書中規(guī)定的內(nèi)容，分別對系統(tǒng)的壓力、流量、速度等進行調整與設定，可逐個支路按先手動后電動的順序進行。手動調整結束后，應在設備機、電、液單獨無負載試車完畢后，開始進行空載聯(lián)動試車。

3.6 負載試車

設備開始運行后，應逐漸加大負載，如情況正常，才能進行最大負載試車。最大負載試車成功后，應及時檢查系統(tǒng)的工作情況是否正常，對壓力、噪聲、振動、速度、溫升、液位等進行全面檢查，并根據(jù)試車要求做出記錄。

4 結語

液壓系統(tǒng)的安全可靠運行對風電機組的安全運行具有重要意義，必須確保質量。改造后的液壓站保壓效果良好，維護檢查方便。經(jīng)過風場一年多的運行，證明改造是可行的。不僅減少風機的停機次數(shù)、停機時間，也減少了風機日常的維護費用。在提高風機的運行效率同時，還提高了檢修人員的安全性。

參考文獻

[1] 葉杭冶.風力發(fā)電機組的控制技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.

[2] 成大先主編.機械設計手冊單行本液壓傳動[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004.

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

[4] 李志義，喻健良.爆破片技術及應用[M].北京：化學工業(yè)出版社，2006.endprint

系統(tǒng)調試一般應按泵站調試、系統(tǒng)壓力調試和執(zhí)行元件速度調試的順序進行[2]。泵站調試在制造廠內(nèi)進行，而系統(tǒng)壓力調試和液壓缸速度調試在風機上進行。下面針對風機上進行的調試步驟進行簡要介紹。

3.1 調試前的準備

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

3.2 啟動液壓泵

液壓泵電機轉向一般為順時針轉動，點動電動機，觀察散熱風扇是否為順時針轉動，同時觀察壓力表是否有壓力，繼而判定電動機轉向是否正確。否則改變電動機接線，使電機反轉。

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的排氣閥打開，活塞桿運動，將空氣排出，升到上止點時，關閉排氣閥。重復上述排氣方法，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，壓力達到系統(tǒng)要求值，檢查每個管接頭是否有漏油現(xiàn)象。

3.5 空載調試

按調試說明書中規(guī)定的內(nèi)容，分別對系統(tǒng)的壓力、流量、速度等進行調整與設定，可逐個支路按先手動后電動的順序進行。手動調整結束后，應在設備機、電、液單獨無負載試車完畢后，開始進行空載聯(lián)動試車。

3.6 負載試車

設備開始運行后，應逐漸加大負載，如情況正常，才能進行最大負載試車。最大負載試車成功后，應及時檢查系統(tǒng)的工作情況是否正常，對壓力、噪聲、振動、速度、溫升、液位等進行全面檢查，并根據(jù)試車要求做出記錄。

4 結語

液壓系統(tǒng)的安全可靠運行對風電機組的安全運行具有重要意義，必須確保質量。改造后的液壓站保壓效果良好，維護檢查方便。經(jīng)過風場一年多的運行，證明改造是可行的。不僅減少風機的停機次數(shù)、停機時間，也減少了風機日常的維護費用。在提高風機的運行效率同時，還提高了檢修人員的安全性。

參考文獻

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[4] 李志義，喻健良.爆破片技術及應用[M].北京：化學工業(yè)出版社，2006.endprint

系統(tǒng)調試一般應按泵站調試、系統(tǒng)壓力調試和執(zhí)行元件速度調試的順序進行[2]。泵站調試在制造廠內(nèi)進行，而系統(tǒng)壓力調試和液壓缸速度調試在風機上進行。下面針對風機上進行的調試步驟進行簡要介紹。

3.1 調試前的準備

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

3.2 啟動液壓泵

液壓泵電機轉向一般為順時針轉動，點動電動機，觀察散熱風扇是否為順時針轉動，同時觀察壓力表是否有壓力，繼而判定電動機轉向是否正確。否則改變電動機接線，使電機反轉。

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的排氣閥打開，活塞桿運動，將空氣排出，升到上止點時，關閉排氣閥。重復上述排氣方法，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，壓力達到系統(tǒng)要求值，檢查每個管接頭是否有漏油現(xiàn)象。

3.5 空載調試

按調試說明書中規(guī)定的內(nèi)容，分別對系統(tǒng)的壓力、流量、速度等進行調整與設定，可逐個支路按先手動后電動的順序進行。手動調整結束后，應在設備機、電、液單獨無負載試車完畢后，開始進行空載聯(lián)動試車。

3.6 負載試車

設備開始運行后，應逐漸加大負載，如情況正常，才能進行最大負載試車。最大負載試車成功后，應及時檢查系統(tǒng)的工作情況是否正常，對壓力、噪聲、振動、速度、溫升、液位等進行全面檢查，并根據(jù)試車要求做出記錄。

4 結語

液壓系統(tǒng)的安全可靠運行對風電機組的安全運行具有重要意義，必須確保質量。改造后的液壓站保壓效果良好，維護檢查方便。經(jīng)過風場一年多的運行，證明改造是可行的。不僅減少風機的停機次數(shù)、停機時間，也減少了風機日常的維護費用。在提高風機的運行效率同時，還提高了檢修人員的安全性。

參考文獻

[1] 葉杭冶.風力發(fā)電機組的控制技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.

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[4] 李志義，喻健良.爆破片技術及應用[M].北京：化學工業(yè)出版社，2006.endprint