范貴華 黃文君 趙紅飛

（明陽智慧能源集團(tuán)股份公司，廣東 中山 528400）

0 引言

隨著人類對(duì)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展關(guān)注的日益增加，清潔能源成為世界各國政府和能源企業(yè)的一個(gè)重要選擇。風(fēng)能是一種廣泛存在的可再生能源，利用風(fēng)能發(fā)電已成為發(fā)展清潔能源的重要手段。其中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組作為一種新興的清潔能源發(fā)電裝置，其優(yōu)勢(shì)顯著，具有無污染、能源儲(chǔ)備大、環(huán)保、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性是決定機(jī)組正常運(yùn)行和發(fā)電效率的重要因素。

目前，國內(nèi)外已有的關(guān)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組液壓系統(tǒng)的研究主要集中在液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、控制策略和控制方法、液壓元件故障診斷和維修等方面。多位學(xué)者采用試驗(yàn)、數(shù)值模擬等方法來研究風(fēng)力發(fā)電機(jī)組液壓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)特性，并提出一些有針對(duì)性的優(yōu)化建議。例如，有學(xué)者研究了基于PI控制器和狀態(tài)反饋控制器的液壓控制策略，能提高液壓系統(tǒng)的性能和控制精度［1］。此外，還有學(xué)者研究了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法的液壓元件故障診斷法，可提高液壓系統(tǒng)的可靠性和安全性［2］。

基于此，本研究對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組液壓系統(tǒng)中常見的問題及其成因進(jìn)行深入分析，并提出相應(yīng)的維護(hù)策略和措施，旨在幫助風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)營，使維護(hù)人員能更好地理解和掌握風(fēng)力發(fā)電機(jī)組液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理，提高其運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，從而能更好地發(fā)揮出清潔能源的優(yōu)勢(shì)。

1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組液壓系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)

1.1 液壓泵

液壓泵是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組液壓系統(tǒng)的核心部件之一，其將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能，并將液壓油壓送至系統(tǒng)中的各個(gè)液壓執(zhí)行元件中，如液壓缸、液壓馬達(dá)等。液壓泵是基于壓力差來工作的，通過液體在管道中流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的壓力差來產(chǎn)生液壓能［3］。

液壓泵由泵體、泵軸、柱塞等組成。泵體是液壓泵的主要承載部件，包括進(jìn)口、出口、工作腔、柱塞等。泵軸是連接液壓泵和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的旋轉(zhuǎn)軸，負(fù)責(zé)帶動(dòng)液壓泵工作。柱塞是液壓泵關(guān)鍵部件，通過柱塞的運(yùn)動(dòng)來產(chǎn)生壓力差，從而產(chǎn)生液壓能。

1.2 液壓馬達(dá)

液壓馬達(dá)能將液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，并驅(qū)動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。液壓馬達(dá)的工作原理和液壓泵類似，都是基于壓力差原理。在液壓馬達(dá)中，液壓油經(jīng)馬達(dá)的進(jìn)口進(jìn)入到工作腔，馬達(dá)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子根據(jù)液壓油的壓力差進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，并帶動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)［4］。

液壓馬達(dá)由馬達(dá)殼體、轉(zhuǎn)子、軸承等組成。馬達(dá)殼體是液壓馬達(dá)的主要承載部件，包括進(jìn)口、出口、工作腔和轉(zhuǎn)子等。轉(zhuǎn)子是液壓馬達(dá)的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)和液壓泵中的柱塞類似，通過轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)來產(chǎn)生壓力差，從而產(chǎn)生液壓能。

1.3 液壓閥

液壓閥是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組液壓系統(tǒng)中的控制元件，其通過控制液壓系統(tǒng)的壓力、流量、方向和速度等，來確保液壓系統(tǒng)能正常工作。液壓閥種類繁多，根據(jù)其功能和工作原理進(jìn)行分類，可分為調(diào)節(jié)閥、換向閥、安全閥、節(jié)流閥等。

液壓閥由閥體、閥芯、彈簧等組成。閥體是液壓閥的主要承載部件，包括進(jìn)口、出口和通道等。閥芯是液壓閥最關(guān)鍵部件，通過控制閥芯的開關(guān)來控制液壓系統(tǒng)的壓力、流量、方向和速度等。彈簧用于保證閥芯的正常工作，并防止閥芯的震動(dòng)和共振。

1.4 液壓缸

液壓缸是將液體壓力轉(zhuǎn)化為機(jī)械動(dòng)能的關(guān)鍵部件，其由缸體、缸蓋、活塞、活塞桿、密封元件、緩沖裝置等組成。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組液壓系統(tǒng)中，液壓缸主要用于控制葉片角度，從而保證風(fēng)輪在不同風(fēng)速下均有最佳轉(zhuǎn)速。通過壓力油的推動(dòng)，活塞在缸體內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)活塞桿帶動(dòng)機(jī)械裝置工作。

1.5 液壓油箱

液壓油箱是用來儲(chǔ)存液壓油的部件，也是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組液壓系統(tǒng)中不可或缺的組成部分，其能保證液壓油在使用過程中始終保持一定的溫度、清潔度和濕度［5］。

在實(shí)際應(yīng)用中，液壓油箱的設(shè)計(jì)應(yīng)符合實(shí)際工作條件和液壓系統(tǒng)要求，一般要考慮容積大小、材料選擇、進(jìn)氣口、出油口、排氣口、油位檢測(cè)和加油口等因素。應(yīng)根據(jù)液壓系統(tǒng)需求和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率來選擇液壓油箱容積。一般來說，液壓油箱的容積越大，系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性和運(yùn)行平穩(wěn)性就越好。應(yīng)選用耐腐蝕、耐高溫、耐壓力變化的合適材料來制作液壓油箱，如鋼板、鋁合金或玻璃鋼等。進(jìn)氣口和排氣口的設(shè)計(jì)應(yīng)符合系統(tǒng)要求，從而確保液壓油箱內(nèi)氣壓平衡，可避免系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)壓或正壓。油位檢測(cè)和加油口設(shè)置應(yīng)遵循操作和維護(hù)方便的原則，以確保系統(tǒng)液位正確，并能及時(shí)補(bǔ)充液壓油。

2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組液壓系統(tǒng)常見問題及成因

2.1 液壓油溫過高

液壓油溫過高是液壓系統(tǒng)中一個(gè)常見的問題，通常表現(xiàn)為液壓油溫度升高，超過規(guī)定范圍。液壓油溫度過高可能會(huì)導(dǎo)致液壓系統(tǒng)各個(gè)組件過度磨損、密封件老化、液壓泵（閥、缸）等部件內(nèi)部出現(xiàn)泄漏、液壓油使用壽命減少等情況，從而降低液壓系統(tǒng)的效率和性能，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)停機(jī)［6］。

造成液壓油溫過高的原因主要有以下4 點(diǎn)。①液壓油油量不足或污染嚴(yán)重。當(dāng)液壓油油量不足時(shí)，油液在液壓系統(tǒng)中流動(dòng)不暢，容易造成油溫過高。同時(shí)，當(dāng)液壓油中的雜質(zhì)、水分等污染物質(zhì)增多時(shí)，也會(huì)影響到油液的性能，導(dǎo)致液壓系統(tǒng)的熱量不易散失，從而造成油溫過高。②液壓油黏度過大或過小。當(dāng)液壓油黏度過大時(shí)，流動(dòng)阻力加大，液壓泵工作時(shí)會(huì)消耗更多能量，從而產(chǎn)生更多熱量，導(dǎo)致油溫過高。當(dāng)液壓油黏度過小時(shí)，無法保證液壓系統(tǒng)的正常工作，也會(huì)造成油溫過高。③液壓系統(tǒng)散熱器會(huì)發(fā)生故障。散熱器是液壓系統(tǒng)的重要組成部分，主要用于散熱，從而保持油溫穩(wěn)定。當(dāng)散熱器出現(xiàn)故障時(shí)，無法及時(shí)將油液中的熱量散發(fā)出去，使得液壓油的溫度升高。④高壓油管、油路阻塞。液壓油在液壓系統(tǒng)中流動(dòng)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)高壓油管、油路堵塞等問題，導(dǎo)致油液流動(dòng)不暢，會(huì)產(chǎn)生大量熱量，使液壓油溫度升高。

2.2 液壓系統(tǒng)泄漏

液壓系統(tǒng)泄漏是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組液壓系統(tǒng)中最常見的一個(gè)問題，主要是由密封件老化、磨損或損壞造成的，這些問題導(dǎo)致液壓系統(tǒng)內(nèi)部壓力無法維持，從而造成液壓油泄漏。液壓系統(tǒng)泄漏的嚴(yán)重性取決于泄漏位置和泄漏速度。若泄漏位置較高或泄漏速度較快，可能會(huì)導(dǎo)致液壓系統(tǒng)癱瘓，從而影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行和發(fā)電效率。

液壓系統(tǒng)泄漏的原因有很多，如密封件老化、磨損或損壞、螺紋連接過緊、管路連接不牢固等。因此，在對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組液壓系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)時(shí)，要定期檢查和更換密封件，并確保螺紋連接和管路連接的緊固度，避免因泄漏導(dǎo)致液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障或發(fā)生安全事故。此外，使用高質(zhì)量密封件和管路連接件能延長液壓系統(tǒng)的使用壽命，從而減少泄漏事故的發(fā)生。

2.3 液壓油氧化

液壓油氧化是指液壓油在長期使用過程中，在氧氣和高溫作用下發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致液壓油中的添加劑分解、酸價(jià)升高，從而使液壓油黏度增加、顏色變深、變質(zhì)，并影響液壓系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

液壓油氧化的原因主要有以下3 個(gè)。①在長期使用中，液壓油因接觸空氣中的氧氣而發(fā)生氧化反應(yīng)。特別是在高溫環(huán)境下，氧化速度更快。②液壓油的性能和質(zhì)量對(duì)液壓系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性有很大影響。液壓油選擇不當(dāng)，很容易在高溫和高壓下發(fā)生氧化反應(yīng)，加速液壓油的老化和變質(zhì)。此外，如果液壓油質(zhì)量不好、加油過程中受到外界污染或系統(tǒng)內(nèi)的油路沒有定期進(jìn)行清洗，容易引起液壓油氧化。③液壓油氧化會(huì)導(dǎo)致液壓系統(tǒng)中的部件出現(xiàn)腐蝕、沉淀和變硬，降低液壓系統(tǒng)的工作效率和液壓油使用壽命。為防止液壓油氧化，應(yīng)選擇適合的液壓油，并對(duì)液壓油定期進(jìn)行檢測(cè)和更換。在使用液壓油過程中，還應(yīng)注意液壓油的存放和保養(yǎng)，避免液壓油接觸空氣而受到污染。

3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組液壓系統(tǒng)維護(hù)策略

3.1 定期檢查液壓系統(tǒng)

定期檢查液壓系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組液壓系統(tǒng)維護(hù)的重要措施之一。通過對(duì)液壓系統(tǒng)定期進(jìn)行檢查，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決液壓系統(tǒng)中存在的問題，保證液壓系統(tǒng)正常運(yùn)行。具體包括以下4個(gè)方面。

首先，定期檢查液壓系統(tǒng)的油液質(zhì)量，包括油液的顏色、氣味、黏度等。如果發(fā)現(xiàn)油液呈深色或發(fā)黑，或出現(xiàn)異味、凝固等現(xiàn)象，要立即更換油液，避免液壓系統(tǒng)因油液質(zhì)量問題而出現(xiàn)故障。

其次，定期檢查液壓系統(tǒng)的管路、接頭、密封件等是否存在泄漏現(xiàn)象，若有泄漏現(xiàn)象，要及時(shí)更換或維修，以確保液壓系統(tǒng)的密封性和穩(wěn)定性。

再次，定期檢查液壓系統(tǒng)的壓力表、溫度計(jì)、流量計(jì)等儀表的工作狀態(tài)，以確保液壓系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)正常，發(fā)現(xiàn)異常要及時(shí)進(jìn)行維修或更換。

最后，定期對(duì)液壓系統(tǒng)的液壓泵、液壓馬達(dá)、液壓閥、液壓缸等重要部件進(jìn)行檢查，確保其狀態(tài)良好，避免這些部件出現(xiàn)故障，從而影響液壓系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

定期檢查液壓系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組液壓系統(tǒng)維護(hù)的重要環(huán)節(jié)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)液壓系統(tǒng)中存在的問題，并采取相應(yīng)措施，從而提高液壓系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

3.2 更換液壓油

更換液壓油是液壓系統(tǒng)維護(hù)中常用的一項(xiàng)措施。液壓油質(zhì)量直接影響到液壓系統(tǒng)的正常運(yùn)行和壽命。在使用過程中，液壓油受高溫、高壓、氧化等因素的影響，其質(zhì)量會(huì)逐漸下降，從而導(dǎo)致液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障。

因此，根據(jù)液壓系統(tǒng)的使用情況和要求，制定液壓油更換時(shí)間和方法的方案。液壓油更換周期一般為1～2 a，具體取決于液壓油的使用頻率和工作環(huán)境。在更換液壓油時(shí)，先將舊油排出，并清洗液壓油箱和管路，以確保完全清除系統(tǒng)內(nèi)的污垢和雜質(zhì)。再按照液壓系統(tǒng)的使用要求，選用相應(yīng)質(zhì)量的液壓油進(jìn)行更換，并注意及時(shí)添加。

此外，在更換液壓油時(shí)，應(yīng)避免不同品牌或型號(hào)的液壓油混合使用，這是因?yàn)椴煌簤河偷某煞趾托阅懿煌?，混用?huì)影響液壓系統(tǒng)的正常工作。同時(shí)，在添加新液壓油時(shí)，應(yīng)遵循液壓系統(tǒng)使用手冊(cè)中的建議，以確保液壓油的品質(zhì)和性能符合系統(tǒng)要求。

3.3 清洗液壓油箱

清洗液壓油箱是液壓系統(tǒng)維護(hù)的重要手段之一。使用時(shí)間長、環(huán)境污染等會(huì)導(dǎo)致液壓油箱內(nèi)部積累一定量的雜質(zhì)和污垢，對(duì)液壓系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響。因此，定期清洗液壓油箱并更換液壓油，是保證液壓系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵措施。

清洗液壓油箱的具體步驟如下。首先，將液壓油系統(tǒng)中的液壓油排空，并拆卸油箱內(nèi)的所有零部件，包括油管、油箱蓋、油標(biāo)和過濾器等。其次，用清潔溶劑和干凈的棉布對(duì)油箱內(nèi)表面和零部件表面進(jìn)行擦拭和清洗，從而去除沉積物和雜質(zhì)。再次，用清潔溶劑清洗所有零部件，清洗干凈后再安裝回油箱。最后，加入新液壓油，并根據(jù)要求添加相應(yīng)的添加劑，使油箱內(nèi)的液壓油保持清潔和穩(wěn)定，從而保證液壓系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

清洗液壓油箱的時(shí)間間隔通常為1 a 或根據(jù)實(shí)際情況而定。此外，清洗液壓油箱時(shí)要注意安全問題，遠(yuǎn)離火源和明火，以免發(fā)生火災(zāi)。

4 結(jié)語

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組液壓系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵組成部分，其穩(wěn)定性和可靠性對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行和發(fā)電效率起到至關(guān)重要的作用。通過對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組液壓系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、常見問題及原因、維護(hù)策略等進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)液壓泵、液壓馬達(dá)、液壓閥、液壓缸、液壓油箱等部件都有可能出現(xiàn)問題，從而導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)組液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障。且液壓系統(tǒng)泄漏、液壓油溫過高、液壓油氧化、液壓系統(tǒng)存在氣泡是常見的故障現(xiàn)象。

為解決上述問題，本研究提出一系列的維護(hù)策略，如定期檢查液壓系統(tǒng)、更換液壓油、清洗液壓油箱等，這些措施有助于維護(hù)和管理風(fēng)力發(fā)電機(jī)組液壓系統(tǒng)，保障其運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。

在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行維護(hù)和管理，定期對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組液壓系統(tǒng)進(jìn)行檢查和維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理故障，從而保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行和發(fā)電效率，為可持續(xù)能源的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。