定桨距风力发电机组叶尖液压系统改造

李强++王一甲

摘 要：定桨距风力发电机组叶片都装有叶尖扰流器，叶尖扰流器由叶尖液压系统控制，实现气动刹车功能。所改造机型液压站位于轮毂内，在低温环境下液压系统工作条件较恶劣。当液压站出现故障时，检修人员从导流罩外面进入轮毂进行维护，既不方便，安全性也差。改造后的液压站位于机舱内，可有效改善液压站的工作环境，减少了故障的发生。同时维护检修方便，人员操作更加安全。

关键词：定桨距 风力发电机组 叶尖 液压系统 改造

中图分类号：TM315 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）03（a）-0122-02

定桨距风力发电机组具有结构简单，性能可靠的特点，在我国早期风场有较多安装使用。定桨距风电机组的叶片和轮毂的连接是固定的，运行中的风电机组在脱网的情况下，叶片自身必须具备制动能力，使机组在大风情况下安全停机。叶尖扰流器在风电机组上的成功应用，解决了在突甩负载的情况下安全停机的问题[1]。安装在叶尖的扰流器通过钢丝绳与叶片根部的液压油缸的活塞杆相联接，液压站为液压缸提供动力。

1 叶尖液压系统简介

改造机型风力发电机组的叶尖扰流器单独配备一个液压站，液压站位于轮毂内，固定在主轴端面上，通过油管与叶尖扰流器的液压缸连接，电源和控制信号通过电滑环输入。液压系统油箱为全封闭式，驱动电机为直流永磁电机。由于液压站位于轮毂内，在低温环境下液压系统工作条件较恶劣。

液压系统由压力传感器17控制液压泵3启停动作，机组运行时扰流器液压缸始终保持压力。风机正常运行时，电磁阀14.1、14.2、14.3得电，液压泵工作，保持叶尖收回，风机发电。系统超压时，电磁阀14.3点动，卸去多余压力。风机需要停机时，电磁阀14.1、14.2、14.3失电，系统泄压，叶尖打开实现气动刹车。当风轮超速时，电磁阀14.1、14.2、14.3失电，机组停机。如果控制失效，爆破片做为独立的安全控制装置，在风轮超速时爆破片爆裂泄压，机组停机。

2 改造

2.1 改造方案

针对原液压系统存在的问题，采取以下措施进行改造

将液压站放置在机舱内，机舱为封闭环境，安装了加热器，在冬季液压站有一个良好的工作环境。电滑环改为液压滑环。

把原液压站的闭式系统改为开式系统。闭式系统的优点是油箱的体积很小，结构紧凑，空气进入油液的机会少。缺点是系统结构复杂，油箱易漏油。开式系统的油箱结构简单，常压不易漏油。将驱动电机由直流电机改为交流异步电机。异步电机结构简单，价格低廉。将新液压站增加一个液位开关，串接到安全链中，实现低油位报警。压力回路增加一个蓄能器。起到稳压和缓冲液压冲击的作用。

改造后的液压系统原理图见图1。

2.2 主要部件选型要点

2.2.1 液压泵和电机

液压泵所需工作压力的确定，主要根据液压缸在工作循环各阶段所需最大压力P1，再加上泵的出油口到缸进油口处总的压力损失ΣΔP，即

PP=P1+ΣΔP （1）

上面所计算的最大压力PP是系统静态压力，系统工作过程中存在着过渡过程的动态压 力，而动态压力往往比静态压力高得多，所以泵的额定压力PP应比系统最高压力大25%～60%，使液压泵有一定的压力储备。

液压泵所需流量的确定，在多液压缸同时动作时，液压泵的流量要等于同时动作的几个液压缸所需的最大流量，并应考虑系统的泄漏和液压泵磨损后容积效率的下降，即

QP=K（Σq）max （2）

式中QP为泵流量，m3/s；K为系统泄漏系数，K=1.1～1.3；（Σq）max为同时动作的液压缸的最大总流量，m3/s；

确定驱动液压泵的功率。按液压泵实际使用情况，用下式计算驱动功率[2]：

P=ψPN QN/（103ηP）（kW） （3）

式中：ψ为转换系数；PN为液压泵的额定压力（Pa）；QN为液压泵的额定流量（m3/s）；ηP为液压泵的总效率。

按上述计算结果，可以从产品样本中选取标准异步电动机和齿轮泵，再进行验算，其超载量在允许范围内。

2.2.2 阀门

电磁阀换向阀、单向阀、溢流阀和节流阀等阀门均采用螺纹插装阀，插装阀是一种结构紧凑且经济性高的部件，比起传统的液压系统，它使用管件更少，安装更便捷，且泄漏点更少[3]。电磁阀宜选择大流量，可使泄压时快速回油，及时收叶尖。

2.2.3 爆破片

爆破片组件是一种压力泄放安全装置，当爆破片两侧压力差达到预定温度下的预定值时，爆破片立即破裂，泄放出压力介质[4]。如果风机叶轮转速超过额定速度，叶尖的离心力会使系统压力随之增加。当转速超过额定转速设定值时，爆破片会爆裂，使液压油流回油箱。当液压释放时，叶尖扰流器动作，转速立即降低到安全速度。

2.2.4 油滑环

油滑环是一种旋转接头，一端固定在齿轮箱低速轴上通过油管联通液压缸，和低速轴一起旋转，另一端与齿轮箱体固定，连接到液压站。油滑环结构精密，密封要求可靠性高。选型时应注意转速和压力之间的线性关系，不许超压使用。

2.2.5 液压油

一般说来，要使液压系统处于最佳工作状态，油液粘度最好在20～80 cst之间，过低的粘度会使油泵效率下降，系统润滑不足，导致元件过早磨损，液压泵站使用寿命下降。过高的粘度会使油泵启动后产生空穴现象，系统压力降增大，增加系统响应时间和噪声。

液压油的粘度受油液温度影响比较大，温度升高油液粘度变低，温度下降油液粘度增加。因此，液压油应选择低倾点，粘温特性好的油品，才能保证设备处于最佳工作状态，延长设备使用寿命。

3 调试endprint

系统调试一般应按泵站调试、系统压力调试和执行元件速度调试的顺序进行[2]。泵站调试在制造厂内进行，而系统压力调试和液压缸速度调试在风机上进行。下面针对风机上进行的调试步骤进行简要介绍。

3.1 调试前的准备

液压站固定在机舱底座上，连接好管路。运动部件状态良好并检查合格。电气设备及线路全部安装完毕并检查合格。熟悉调试所需的技术文件，如液压原理图、使用维护说明书等。

3.2 启动液压泵

液压泵电机转向一般为顺时针转动，点动电动机，观察散热风扇是否为顺时针转动，同时观察压力表是否有压力，继而判定电动机转向是否正确。否则改变电动机接线，使电机反转。

3.3 系统排气

电磁阀14.1、14.2、14.3得电，启动液压泵后，将系统压力调到10 bar左右，使油液分别循环到各支路中。将液压缸活塞杆伸出侧的排气阀打开，活塞杆运动，将空气排出，升到上止点时，关闭排气阀。重复上述排气方法，直到将液压缸中的空气排净为止。

3.4 管路泄漏检查

停泵后，压力达到系统要求值，检查每个管接头是否有漏油现象。

3.5 空载调试

按调试说明书中规定的内容，分别对系统的压力、流量、速度等进行调整与设定，可逐个支路按先手动后电动的顺序进行。手动调整结束后，应在设备机、电、液单独无负载试车完毕后，开始进行空载联动试车。

3.6 负载试车

设备开始运行后，应逐渐加大负载，如情况正常，才能进行最大负载试车。最大负载试车成功后，应及时检查系统的工作情况是否正常，对压力、噪声、振动、速度、温升、液位等进行全面检查，并根据试车要求做出记录。

4 结语

液压系统的安全可靠运行对风电机组的安全运行具有重要意义，必须确保质量。改造后的液压站保压效果良好，维护检查方便。经过风场一年多的运行，证明改造是可行的。不仅减少风机的停机次数、停机时间，也减少了风机日常的维护费用。在提高风机的运行效率同时，还提高了检修人员的安全性。

参考文献

[1] 叶杭冶.风力发电机组的控制技术[M].北京：机械工业出版社，2002.

[2] 成大先主编.机械设计手册单行本液压传动[M].北京：化学工业出版社，2004.

[3] 张海平.液压螺纹插装阀[M].北京：机械工业出版社，2012.

[4] 李志义，喻健良.爆破片技术及应用[M].北京：化学工业出版社，2006.endprint

系统调试一般应按泵站调试、系统压力调试和执行元件速度调试的顺序进行[2]。泵站调试在制造厂内进行，而系统压力调试和液压缸速度调试在风机上进行。下面针对风机上进行的调试步骤进行简要介绍。

3.1 调试前的准备

液压站固定在机舱底座上，连接好管路。运动部件状态良好并检查合格。电气设备及线路全部安装完毕并检查合格。熟悉调试所需的技术文件，如液压原理图、使用维护说明书等。

3.2 启动液压泵

液压泵电机转向一般为顺时针转动，点动电动机，观察散热风扇是否为顺时针转动，同时观察压力表是否有压力，继而判定电动机转向是否正确。否则改变电动机接线，使电机反转。

3.3 系统排气

电磁阀14.1、14.2、14.3得电，启动液压泵后，将系统压力调到10 bar左右，使油液分别循环到各支路中。将液压缸活塞杆伸出侧的排气阀打开，活塞杆运动，将空气排出，升到上止点时，关闭排气阀。重复上述排气方法，直到将液压缸中的空气排净为止。

3.4 管路泄漏检查

停泵后，压力达到系统要求值，检查每个管接头是否有漏油现象。

3.5 空载调试

按调试说明书中规定的内容，分别对系统的压力、流量、速度等进行调整与设定，可逐个支路按先手动后电动的顺序进行。手动调整结束后，应在设备机、电、液单独无负载试车完毕后，开始进行空载联动试车。

3.6 负载试车

设备开始运行后，应逐渐加大负载，如情况正常，才能进行最大负载试车。最大负载试车成功后，应及时检查系统的工作情况是否正常，对压力、噪声、振动、速度、温升、液位等进行全面检查，并根据试车要求做出记录。

4 结语

液压系统的安全可靠运行对风电机组的安全运行具有重要意义，必须确保质量。改造后的液压站保压效果良好，维护检查方便。经过风场一年多的运行，证明改造是可行的。不仅减少风机的停机次数、停机时间，也减少了风机日常的维护费用。在提高风机的运行效率同时，还提高了检修人员的安全性。

参考文献

[1] 叶杭冶.风力发电机组的控制技术[M].北京：机械工业出版社，2002.

[2] 成大先主编.机械设计手册单行本液压传动[M].北京：化学工业出版社，2004.

[3] 张海平.液压螺纹插装阀[M].北京：机械工业出版社，2012.

[4] 李志义，喻健良.爆破片技术及应用[M].北京：化学工业出版社，2006.endprint

系统调试一般应按泵站调试、系统压力调试和执行元件速度调试的顺序进行[2]。泵站调试在制造厂内进行，而系统压力调试和液压缸速度调试在风机上进行。下面针对风机上进行的调试步骤进行简要介绍。

3.1 调试前的准备

液压站固定在机舱底座上，连接好管路。运动部件状态良好并检查合格。电气设备及线路全部安装完毕并检查合格。熟悉调试所需的技术文件，如液压原理图、使用维护说明书等。

3.2 启动液压泵

液压泵电机转向一般为顺时针转动，点动电动机，观察散热风扇是否为顺时针转动，同时观察压力表是否有压力，继而判定电动机转向是否正确。否则改变电动机接线，使电机反转。

3.3 系统排气

电磁阀14.1、14.2、14.3得电，启动液压泵后，将系统压力调到10 bar左右，使油液分别循环到各支路中。将液压缸活塞杆伸出侧的排气阀打开，活塞杆运动，将空气排出，升到上止点时，关闭排气阀。重复上述排气方法，直到将液压缸中的空气排净为止。

3.4 管路泄漏检查

停泵后，压力达到系统要求值，检查每个管接头是否有漏油现象。

3.5 空载调试

按调试说明书中规定的内容，分别对系统的压力、流量、速度等进行调整与设定，可逐个支路按先手动后电动的顺序进行。手动调整结束后，应在设备机、电、液单独无负载试车完毕后，开始进行空载联动试车。

3.6 负载试车

设备开始运行后，应逐渐加大负载，如情况正常，才能进行最大负载试车。最大负载试车成功后，应及时检查系统的工作情况是否正常，对压力、噪声、振动、速度、温升、液位等进行全面检查，并根据试车要求做出记录。

4 结语

液压系统的安全可靠运行对风电机组的安全运行具有重要意义，必须确保质量。改造后的液压站保压效果良好，维护检查方便。经过风场一年多的运行，证明改造是可行的。不仅减少风机的停机次数、停机时间，也减少了风机日常的维护费用。在提高风机的运行效率同时，还提高了检修人员的安全性。

参考文献

[1] 叶杭冶.风力发电机组的控制技术[M].北京：机械工业出版社，2002.

[2] 成大先主编.机械设计手册单行本液压传动[M].北京：化学工业出版社，2004.

[3] 张海平.液压螺纹插装阀[M].北京：机械工业出版社，2012.

[4] 李志义，喻健良.爆破片技术及应用[M].北京：化学工业出版社，2006.endprint