关于大型风电机组的制动液压系统的减压回路的探讨

刘峰

摘 要：风力发电机组是将风能转化为电能的机械设备。目前，大型风力发电机组向大功率、高效率、高可靠性方向发展，液压系统的减压回路直接影响着风电机组的运行情况和发电量。文章针对大型风电机组制动液压系统的减压回路如何减少外泄漏、增加保压时间和降低泵的启动频率等问题进行了分析研究，提出了在液压系统的减压回路中不采用传统的用减压阀来减压（因它的外泄漏量大）而用“二位二通阀─压力继电器”组合成一个“减压环节”来减压（因该环节无外泄漏），从而增加了制动器的保压时间，减小了用于补压的蓄能器的容积，降低了泵的启动频率；同时研制出了与其相适应的新的液压回路，通过试验和实际应用，取得了良好的效果，并获得了应用和推广。

关键词：压力继电器；外泄漏；减压环节；蓄能器

中图分类号：TM614 文献标志码：A 文章编号：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

風力发电是绿色能源，中国风力发电的装机容量和风电机组的数量占世界首位。目前，大型风力发电机组向大功率、高效率、高可靠性方向发展[1]，风力发电机组的制动系统的液压系统性能影响着风电机组的运行情况，因此改进风力发电机组的制动系统的液压系统是很有意义的。本文针对目前一些风力发电机组制动系统的液压系统存在的需要改进的问题，如液压系统中的减压回路泄漏量较大，保压时间短等问题进行了分析和试验研究，提出了行之有效的解决措施。

由于风力发电机组的制动系统常是由多个回路组成且各回路的压力又不同，对低压回路通常是采用减压阀来减压，而减压阀固有的特性必定存在外泄漏（如85ml/min），因此减压回路要达到很好的保压性能就有一定问题，若无外泄漏又能减压保压，这样的回路应该是比较理想的回路[2]。本文提出了在液压系统的减压回路中用“二位二通阀─压力继电器”组合成一个“减压环节”（因该环节无外泄漏）来替代具有减压阀，从而增加了制动器的保压时间，减小了用于补压的蓄能器的容积，降低了泵的启动频率。

2 “二位二通阀─压力继电器”减压回路的工作原理

目前传统的制动液压系统中的减压回路如图1所示。

其中5为减压阀，当系统工作时，二位二通阀7和10的电磁铁DT1和 DT2带电，使阀7和10换向，启动泵后液压油经单向阀3、二位二通10、减压阀5和单向阀6进入高速轴制动器8，实现制动并保压；当DT1和 DT2断电时，泵的供油被二位二通阀10切断，高速轴制动器8中的油液经二位二通阀7流回油箱，制动器活塞由弹簧复位松闸。

由于油液经减压阀5的调节降低了压力，进入高速轴制动器，当降压后的压力若有增高时要通过泄油口放油而保持恒压 因此必须有外泄漏，这就造成了回路保压时间短，势必重新再启动泵或设置大容量蓄能器来补压。

图2为用“二位二通阀─压力继电器”组合成一个“减压环节”的无泄漏的减压回路图，其工作原理如下：

图中YJ连接了一个新设电路，YJ为一常闭式压力继电器，其它件号与图1件号相同。

在上图中于该减压环节中的二位二通阀10的电磁铁线圈串联了一个常闭式压力继电器YJ，压力继电器油口接入制动器的压力腔，由它感受压力腔的油压而动作，当系统工作时，DT1和DT2同时带电，泵供给液压油进入制动器压力逐渐升高，当压力达到压力继电器YJ设定的压力Pj（即低于主油路的压力）时，常闭触点断开，使DT1断电，二位二通阀10复位，液压油被二位二通阀10切断，此时制动器处于低压Pj的保壓工况（即抱闸），如果制动器压力腔有泄漏而压力下降时，（如降到0.95Pj）则压力继电器YJ的触点闭合使DT1带电，使二位二通阀10换向，接通高压油使制动器压力升高，一直达到Pj使压力继电器YJ的触点断开为止，如此循环达到减压和保压的目的。这样，以“二位二通阀─压力继电器”替代减压阀而组成的回路就可以满足保压时间长，泵的启动频率低和减小蓄能器的容积的目的[3]。

3 风电机组制动液压系统的减压回路的特点

针对企业存在的风电机组传动系统设计过程中的问题，在分析其研究现状和发展趋势的基础上，设计了风电机组减压系统结构配置与布局优化的系统。通过分析该系统的体系结构，提出了该系统的功能模型。对传动系统配置与布局系统结构中的各个子系统功能进行了详细描述。

针对风力发电机组减压传动回路系统的层次性结构，引用基于产品功能结构单元的配置模板表达风电机组减压传动系统完全产品结构，构成类产品结构层次树。通过系统工作时，DT1和DT2同时带电，泵供给液压油进入制动器压力逐渐升高，当压力达到压力继电器YJ设定的压力Pj（即低于主油路的压力）时，常闭触点断开，使DT1断电，二位二通阀10复位等特点，比较客观的解决了现有配置规则表达方法的优缺点及结合风电机组传统系统设计基础[4]，采用基于决策表的风电机组传动系统知识表达方法，通过产品功能结构单元的实例化完成一定功能的传动系统产品组件选择配置过程。

针对风电机组减压回路的传动系统布局设计问题，分析了该优化问题的特点和求解策略，给出液压油被二位二通阀10切断，制动器处于低压Pj的保压工况（即抱闸），制动器压力腔有泄漏而压力下降时，则压力继电器YJ的触点闭合使DT1带电，使二位二通阀10换向，接通高压油使制动器压力升高，一直达到Pj使压力继电器YJ的触点断开为止，如此循环达到减压和保压的一种合作式协同进化的方法，将该法应用于风力发电机组实例模型中，完成减压回路初始布局的基础上确定产品的最终位置，最终结果验证该布局算法的可行性和有效性。

在对减压回路详细分析的基础上，分析了回路开发原理，论述了系统的运行环境和交互界面，开发实现了风电机组减压回路结构配置与优化布局系统，通过该系统，企业可以大幅度地提高风力发电机组产品的研发效率，缩短产品设计周期，提高产品的质量，从而增强企业的市场竞争力。

4 结论

（1）本文提出的用“二位二通阀─压力继电器”组合成一个“减压环节”来替代减压阀，增加了制动器的保压时间，减少了泵的启动次数减，蓄能器的容积也可减小，这种改进是可行的，现已在风电机组的制动液压系统中获得了应用和推广，取得了较好的效果。

（2）风力发电机组的制动系统的液压系统性能影响着风电机组的运行情况，因此改进风力发电机组的制动系统的液压系统是很有意义的，二位二通阀+压力继电器组合的“减压环节”这种减压方式可以推广到其它具有减压要求的液压回路中，可以扩大应用范围，从而增强企业的市场竞争力。

参考文献：

[1]施鹏飞.从世界发展趋势展望我国风力发电前景[J].中国电力，2003，36（9）：54-62.

[2]韩德海.风力发电机组主轴系统的结构分析研究[D].重庆：重庆大学，2009.

[3]刁瑞盛，徐政，常勇.几种常见风力发电系统的技术比较[J].能源工程，2006（2）：20-25.

[4]陈严.大型水平轴风力机传动系统的动力学研究[J].太阳能学报，2003，24.