關(guān)于大型風(fēng)電機(jī)組的制動(dòng)液壓系統(tǒng)的減壓回路的探討

劉峰

摘 要：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的機(jī)械設(shè)備。目前，大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組向大功率、高效率、高可靠性方向發(fā)展，液壓系統(tǒng)的減壓回路直接影響著風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行情況和發(fā)電量。文章針對(duì)大型風(fēng)電機(jī)組制動(dòng)液壓系統(tǒng)的減壓回路如何減少外泄漏、增加保壓時(shí)間和降低泵的啟動(dòng)頻率等問(wèn)題進(jìn)行了分析研究，提出了在液壓系統(tǒng)的減壓回路中不采用傳統(tǒng)的用減壓閥來(lái)減壓（因它的外泄漏量大）而用“二位二通閥─壓力繼電器”組合成一個(gè)“減壓環(huán)節(jié)”來(lái)減壓（因該環(huán)節(jié)無(wú)外泄漏），從而增加了制動(dòng)器的保壓時(shí)間，減小了用于補(bǔ)壓的蓄能器的容積，降低了泵的啟動(dòng)頻率；同時(shí)研制出了與其相適應(yīng)的新的液壓回路，通過(guò)試驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用，取得了良好的效果，并獲得了應(yīng)用和推廣。

關(guān)鍵詞：壓力繼電器；外泄漏；減壓環(huán)節(jié)；蓄能器

中圖分類號(hào)：TM614 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）04-0054-02

Abstract： Wind turbine is a mechanical device that converts wind energy into electrical energy. At present， large wind turbine is developing towards high power， high efficiency and high reliability. The decompression circuit of hydraulic system directly affects the operation and power generation of wind turbine. This paper analyzes and studies how to reduce the leakage， increase the pressure holding time and reduce the starting frequency of the pump in the decompression circuit of the brake hydraulic system of the large wind turbine. It is proposed that the traditional pressure reducing valve （because of its large leakage） is not used in the pressure reducing circuit of hydraulic system， but the "two-position two-way valve-pressure relay" is combined into a "pressure reducing link" to reduce pressure （no external leakage）， thus increasing the pressure holding time of the brake. At the same time， a new hydraulic circuit adapted to the accumulator has been developed， and good results have been obtained through the test and practical application， and the application and popularization have been obtained.

Keywords： pressure relay； external leakage； decompression link； accumulator

1 概述

風(fēng)力發(fā)電是綠色能源，中國(guó)風(fēng)力發(fā)電的裝機(jī)容量和風(fēng)電機(jī)組的數(shù)量占世界首位。目前，大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組向大功率、高效率、高可靠性方向發(fā)展[1]，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制動(dòng)系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)性能影響著風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行情況，因此改進(jìn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制動(dòng)系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)是很有意義的。本文針對(duì)目前一些風(fēng)力發(fā)電機(jī)組制動(dòng)系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)存在的需要改進(jìn)的問(wèn)題，如液壓系統(tǒng)中的減壓回路泄漏量較大，保壓時(shí)間短等問(wèn)題進(jìn)行了分析和試驗(yàn)研究，提出了行之有效的解決措施。

由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制動(dòng)系統(tǒng)常是由多個(gè)回路組成且各回路的壓力又不同，對(duì)低壓回路通常是采用減壓閥來(lái)減壓，而減壓閥固有的特性必定存在外泄漏（如85ml/min），因此減壓回路要達(dá)到很好的保壓性能就有一定問(wèn)題，若無(wú)外泄漏又能減壓保壓，這樣的回路應(yīng)該是比較理想的回路[2]。本文提出了在液壓系統(tǒng)的減壓回路中用“二位二通閥─壓力繼電器”組合成一個(gè)“減壓環(huán)節(jié)”（因該環(huán)節(jié)無(wú)外泄漏）來(lái)替代具有減壓閥，從而增加了制動(dòng)器的保壓時(shí)間，減小了用于補(bǔ)壓的蓄能器的容積，降低了泵的啟動(dòng)頻率。

2 “二位二通閥─壓力繼電器”減壓回路的工作原理

目前傳統(tǒng)的制動(dòng)液壓系統(tǒng)中的減壓回路如圖1所示。

其中5為減壓閥，當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，二位二通閥7和10的電磁鐵DT1和 DT2帶電，使閥7和10換向，啟動(dòng)泵后液壓油經(jīng)單向閥3、二位二通10、減壓閥5和單向閥6進(jìn)入高速軸制動(dòng)器8，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)并保壓；當(dāng)DT1和 DT2斷電時(shí)，泵的供油被二位二通閥10切斷，高速軸制動(dòng)器8中的油液經(jīng)二位二通閥7流回油箱，制動(dòng)器活塞由彈簧復(fù)位松閘。

由于油液經(jīng)減壓閥5的調(diào)節(jié)降低了壓力，進(jìn)入高速軸制動(dòng)器，當(dāng)降壓后的壓力若有增高時(shí)要通過(guò)泄油口放油而保持恒壓 因此必須有外泄漏，這就造成了回路保壓時(shí)間短，勢(shì)必重新再啟動(dòng)泵或設(shè)置大容量蓄能器來(lái)補(bǔ)壓。

圖2為用“二位二通閥─壓力繼電器”組合成一個(gè)“減壓環(huán)節(jié)”的無(wú)泄漏的減壓回路圖，其工作原理如下：

圖中YJ連接了一個(gè)新設(shè)電路，YJ為一常閉式壓力繼電器，其它件號(hào)與圖1件號(hào)相同。

在上圖中于該減壓環(huán)節(jié)中的二位二通閥10的電磁鐵線圈串聯(lián)了一個(gè)常閉式壓力繼電器YJ，壓力繼電器油口接入制動(dòng)器的壓力腔，由它感受壓力腔的油壓而動(dòng)作，當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，DT1和DT2同時(shí)帶電，泵供給液壓油進(jìn)入制動(dòng)器壓力逐漸升高，當(dāng)壓力達(dá)到壓力繼電器YJ設(shè)定的壓力Pj（即低于主油路的壓力）時(shí)，常閉觸點(diǎn)斷開，使DT1斷電，二位二通閥10復(fù)位，液壓油被二位二通閥10切斷，此時(shí)制動(dòng)器處于低壓Pj的保壓工況（即抱閘），如果制動(dòng)器壓力腔有泄漏而壓力下降時(shí)，（如降到0.95Pj）則壓力繼電器YJ的觸點(diǎn)閉合使DT1帶電，使二位二通閥10換向，接通高壓油使制動(dòng)器壓力升高，一直達(dá)到Pj使壓力繼電器YJ的觸點(diǎn)斷開為止，如此循環(huán)達(dá)到減壓和保壓的目的。這樣，以“二位二通閥─壓力繼電器”替代減壓閥而組成的回路就可以滿足保壓時(shí)間長(zhǎng)，泵的啟動(dòng)頻率低和減小蓄能器的容積的目的[3]。

3 風(fēng)電機(jī)組制動(dòng)液壓系統(tǒng)的減壓回路的特點(diǎn)

針對(duì)企業(yè)存在的風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中的問(wèn)題，在分析其研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了風(fēng)電機(jī)組減壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置與布局優(yōu)化的系統(tǒng)。通過(guò)分析該系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，提出了該系統(tǒng)的功能模型。對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)配置與布局系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的各個(gè)子系統(tǒng)功能進(jìn)行了詳細(xì)描述。

針對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組減壓傳動(dòng)回路系統(tǒng)的層次性結(jié)構(gòu)，引用基于產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)單元的配置模板表達(dá)風(fēng)電機(jī)組減壓傳動(dòng)系統(tǒng)完全產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，構(gòu)成類產(chǎn)品結(jié)構(gòu)層次樹。通過(guò)系統(tǒng)工作時(shí)，DT1和DT2同時(shí)帶電，泵供給液壓油進(jìn)入制動(dòng)器壓力逐漸升高，當(dāng)壓力達(dá)到壓力繼電器YJ設(shè)定的壓力Pj（即低于主油路的壓力）時(shí)，常閉觸點(diǎn)斷開，使DT1斷電，二位二通閥10復(fù)位等特點(diǎn)，比較客觀的解決了現(xiàn)有配置規(guī)則表達(dá)方法的優(yōu)缺點(diǎn)及結(jié)合風(fēng)電機(jī)組傳統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[4]，采用基于決策表的風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)知識(shí)表達(dá)方法，通過(guò)產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)單元的實(shí)例化完成一定功能的傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)品組件選擇配置過(guò)程。

針對(duì)風(fēng)電機(jī)組減壓回路的傳動(dòng)系統(tǒng)布局設(shè)計(jì)問(wèn)題，分析了該優(yōu)化問(wèn)題的特點(diǎn)和求解策略，給出液壓油被二位二通閥10切斷，制動(dòng)器處于低壓Pj的保壓工況（即抱閘），制動(dòng)器壓力腔有泄漏而壓力下降時(shí)，則壓力繼電器YJ的觸點(diǎn)閉合使DT1帶電，使二位二通閥10換向，接通高壓油使制動(dòng)器壓力升高，一直達(dá)到Pj使壓力繼電器YJ的觸點(diǎn)斷開為止，如此循環(huán)達(dá)到減壓和保壓的一種合作式協(xié)同進(jìn)化的方法，將該法應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實(shí)例模型中，完成減壓回路初始布局的基礎(chǔ)上確定產(chǎn)品的最終位置，最終結(jié)果驗(yàn)證該布局算法的可行性和有效性。

在對(duì)減壓回路詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，分析了回路開發(fā)原理，論述了系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境和交互界面，開發(fā)實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電機(jī)組減壓回路結(jié)構(gòu)配置與優(yōu)化布局系統(tǒng)，通過(guò)該系統(tǒng)，企業(yè)可以大幅度地提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)品的研發(fā)效率，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，從而增強(qiáng)企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

4 結(jié)論

（1）本文提出的用“二位二通閥─壓力繼電器”組合成一個(gè)“減壓環(huán)節(jié)”來(lái)替代減壓閥，增加了制動(dòng)器的保壓時(shí)間，減少了泵的啟動(dòng)次數(shù)減，蓄能器的容積也可減小，這種改進(jìn)是可行的，現(xiàn)已在風(fēng)電機(jī)組的制動(dòng)液壓系統(tǒng)中獲得了應(yīng)用和推廣，取得了較好的效果。

（2）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制動(dòng)系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)性能影響著風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行情況，因此改進(jìn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制動(dòng)系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)是很有意義的，二位二通閥+壓力繼電器組合的“減壓環(huán)節(jié)”這種減壓方式可以推廣到其它具有減壓要求的液壓回路中，可以擴(kuò)大應(yīng)用范圍，從而增強(qiáng)企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)：

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[3]刁瑞盛，徐政，常勇.幾種常見(jiàn)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)比較[J].能源工程，2006（2）：20-25.

[4]陳嚴(yán).大型水平軸風(fēng)力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)研究[J].太陽(yáng)能學(xué)報(bào)，2003，24.