風(fēng)力發(fā)電機(jī)組液壓系統(tǒng)的組成

風(fēng)電液壓系統(tǒng)

　　風(fēng)機(jī)是有許多轉(zhuǎn)動部件的。機(jī)艙在水平面旋轉(zhuǎn)，隨時跟風(fēng)。風(fēng)輪沿水平軸旋轉(zhuǎn)，以便產(chǎn)生動力。在變槳矩風(fēng)機(jī)，組成風(fēng)輪的葉片要圍繞根部的中心軸旋轉(zhuǎn)，以便適應(yīng)不同的風(fēng)況。在停機(jī)時，葉片尖部要甩出，以便形成阻尼。液壓系統(tǒng)就是用于調(diào)節(jié)葉片槳矩、阻尼、停機(jī)、剎車等狀態(tài)下使用。

　　1、驅(qū)動系統(tǒng)

　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)使用兩個驅(qū)動系統(tǒng)，即制動系統(tǒng)(偏轉(zhuǎn)器和主軸一高速軸回轉(zhuǎn)系統(tǒng))和葉片角度控制及機(jī)艙偏轉(zhuǎn)器回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)。制動系統(tǒng)用液壓控制，而葉片和偏轉(zhuǎn)器的控制則用液壓或電氣驅(qū)動方式。采用那一種傳動的爭論在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計中也不例外。至于采用液壓還是電氣來控制葉片角度的輸出功率、速度或頻響，一般取決于制造廠家的經(jīng)驗而定。

　　2、變槳控制系統(tǒng)

　　葉片角度（變槳）控制系統(tǒng)設(shè)計時主要應(yīng)考慮當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)遇到像臺風(fēng)等強(qiáng)風(fēng)力時，機(jī)組能立即停止運(yùn)行，以使電源中斷，而此時的葉片需要控制在和風(fēng)向相平行的位置上，確保葉片不再轉(zhuǎn)動，電源中斷后，機(jī)組的能量貯存系統(tǒng)開始工作，如液壓蓄能器或蓄電池。用液壓控制時，用液壓直線驅(qū)動器(液壓缸)，用電氣控制時，采用電氣回轉(zhuǎn)式驅(qū)動器。裝在主軸內(nèi)的液壓直線驅(qū)動器，及停止時應(yīng)用的蓄能器也裝在軸內(nèi)。

　　國外液壓直線驅(qū)動器是將液壓、電子、電氣的優(yōu)點(diǎn)融合在一起的液壓直線驅(qū)動裝置（Electro-hydraulic system），簡稱Hybrid 系統(tǒng)，這種系統(tǒng)節(jié)能是值得提倡。

　　這種由液壓缸、液壓泵、AC 馬達(dá)、蓄能器、電磁閥、傳感器和動力源組成的集成式電氣液壓伺服驅(qū)動系統(tǒng)具有動態(tài)性能好，輸出功率大，電氣安裝性和維護(hù)性好等優(yōu)點(diǎn)。它可以降低液壓系統(tǒng)的缺點(diǎn)，如漏油和油污染的影響，使可靠性得到顯著提高，而當(dāng)電力中斷時，又能充分顯示出液壓傳動的優(yōu)點(diǎn)，即和液壓缸串聯(lián)的液壓缸，從蓄能器獲得供油，使葉片迎風(fēng)面和風(fēng)向平行，使葉輪停止轉(zhuǎn)動。液壓系統(tǒng)由帶位置傳感器的液壓缸和雙向供油的齒輪泵直接供油，中間沒有閥，減少了壓力損失和漏油點(diǎn)，這種系統(tǒng)比伺服控制系統(tǒng)節(jié)能40％以上。

　　除上述Hybrid 系統(tǒng)外，在國外，葉片角度控制和偏轉(zhuǎn)器回轉(zhuǎn)也有采用直線式電液伺服比例液壓缸和回轉(zhuǎn)型液壓比例伺服驅(qū)動馬達(dá)的。這些系統(tǒng)具有動靜態(tài)性能好，壽命長等優(yōu)點(diǎn)，但在節(jié)省能耗和油液污染度等方面較Hybrid 系統(tǒng)差。

　　目前世界各大公司提供的風(fēng)電液壓系統(tǒng)，廣泛采用比例伺服閉環(huán)控制系統(tǒng)。AAAA美國Parker 公司為風(fēng)力發(fā)電提供各種液壓元件和成套風(fēng)電系統(tǒng)(包括制動、偏轉(zhuǎn)器和葉片角度等的控制系統(tǒng))。角度控制系統(tǒng)由特殊設(shè)計的液壓缸組成，裝在風(fēng)輪輪轂內(nèi)，液壓缸內(nèi)裝有位置傳感器，缸上還集成了所需的液壓閥，每臺風(fēng)電設(shè)備都設(shè)有二三套獨(dú)立的角度控制系統(tǒng)(每個葉片一個)。該系統(tǒng)具有高可靠性和安全性，動靜態(tài)性能好，維護(hù)方便，泄漏少等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)采用高性能比例伺服控制可以由模擬信號或數(shù)字信號控制。Parke 公司提供的閥總成預(yù)先都經(jīng)過嚴(yán)格驗，可減少安裝調(diào)試時間，降低成本，還可節(jié)省運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。液壓源由過濾性能良好的單獨(dú)液壓站提供。偏轉(zhuǎn)器回轉(zhuǎn)系統(tǒng)具有良好的保持葉片正確與風(fēng)向?qū)χ?，使風(fēng)力發(fā)電具有良好的性能。Parker 公司可提供電控和液壓控制兩種系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)可實現(xiàn)更加緊湊的直接驅(qū)動，還具有良好的過載保護(hù)，避免部件損壞，系統(tǒng)采用閉環(huán)比例伺服控制，動態(tài)和靜態(tài)性能好。Parker 公司為和上述三個系統(tǒng)配套，還提供獨(dú)立的過濾性好并可在停電故障時，由蓄能器提供的液壓動力源，保證安全停止和機(jī)組安全。

　　美國伊頓（Eaton）公司在風(fēng)力發(fā)電液壓控制系統(tǒng)方面做了不少研究工作，所提供的風(fēng)輪葉片角度閉環(huán)比例控制系統(tǒng)可承受高溫、低溫的工作條件，系統(tǒng)的動靜態(tài)性能好、位置精度高。

　　德國博世力士樂公司是歐洲風(fēng)力發(fā)電液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的供應(yīng)商，可以成套提供機(jī)組用的增速齒輪箱、制動系統(tǒng)、風(fēng)輪葉片控制系統(tǒng)、偏轉(zhuǎn)器控制系統(tǒng)。根據(jù)用戶需要可提供電氣控制系統(tǒng)和液壓比例伺服閉環(huán)系統(tǒng)。液壓驅(qū)動系統(tǒng)已廣泛用于大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。

　　變槳控制系統(tǒng)實例

　　美國Zond 公司的Z- 40型液壓變槳距控制機(jī)構(gòu)

　　該液壓變槳距控制機(jī)構(gòu)屬于電液伺服系統(tǒng)，典型的變槳距液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)原理如上圖所示。槳葉通過機(jī)械連桿機(jī)構(gòu)與液壓缸相連接,節(jié)距角的變化同液壓缸位移基本成正比。當(dāng)液壓缸活塞桿朝左移動到最大位置時,節(jié)距角為88°,而活塞向右移動到最大位置時,節(jié)距角為- 5°。在系統(tǒng)正常工作時,兩位三通電磁換向閥a ,b ,c 都通電,液控單向閥打開,液壓缸的位移由電液比例閥換向閥進(jìn)行精確控制。在風(fēng)速低于額定風(fēng)速時,不論風(fēng)速如何變化,電液比例換向閥維持槳葉節(jié)距角為3°,考慮到油缸的泄漏,電液比例換向閥進(jìn)行微調(diào),保持節(jié)距角不變;當(dāng)風(fēng)速高于額定風(fēng)速時,根據(jù)輸出功率,利用電液比例換向閥精確改變輸出流量,從而控制槳葉的節(jié)距角,使輸出功率恒定。

　　3、液壓制動系統(tǒng)

　　機(jī)艙和主軸一高速軸回轉(zhuǎn)系統(tǒng)采用液壓圓盤片式制動器主軸高速軸回轉(zhuǎn)系統(tǒng)是供直徑60～100m 的葉片的制動用。急劇制動會使葉片及回轉(zhuǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生強(qiáng)烈振動，并產(chǎn)生很大負(fù)荷。為此，需對軸的轉(zhuǎn)速進(jìn)行反饋，采用由改變幅度來調(diào)整制動壓力的方法(軟制動)，可以將負(fù)荷減輕數(shù)倍。

　　Parker 公司、Eaton 公司和力士樂公司也生產(chǎn)圓盤葉片式制動系統(tǒng)，可以經(jīng)受惡劣條件，安全性好。泄漏少，體積小，節(jié)省空間，液壓源由單獨(dú)液壓站供應(yīng)

　　液壓制動系統(tǒng)實例丹麥BONUS-150KW風(fēng)機(jī)剎車液壓系統(tǒng)

　　1）、起動開機(jī)當(dāng)控制系統(tǒng)發(fā)出起動命令（可以是自動或手動），電機(jī)立即起動，壓力由“P”口進(jìn)入閥塊，閥塊左半部分為供葉尖壓力部分；右半部分為圓盤閘提供壓力。電機(jī)起動同時，電磁閥10#、11#均帶電由接通變?yōu)殛P(guān)閉狀態(tài)，壓力油只能沿單向閥6#-2進(jìn)入右半部分，當(dāng)壓力值達(dá)到由壓力開關(guān)7#調(diào)定的10.3MPa時, 閥門10#打開，壓力開始進(jìn)入葉尖部分，使葉片阻尼板收回，同時還將打開電磁閥12#，關(guān)閉電磁閥13#，使圓閘盤的壓力卸壓，做好起動的準(zhǔn)備。當(dāng)葉尖收起后圓閘盤也同時被松開，當(dāng)壓力開關(guān)15#的壓力達(dá)到7MPa時，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。17#、18#為蓄能器，利用被壓縮的氣體來貯藏壓力油中的能量，以補(bǔ)充在運(yùn)行過程中由于葉尖阻力板和圓閘盤的泄露，減少電機(jī)的頻繁起動。

　　2）、剎車停機(jī)當(dāng)風(fēng)力控制系統(tǒng)的停機(jī)命令發(fā)出后，電磁閥10#立即帶電、11#失電，關(guān)閉10#電磁閥，打開11#電磁閥，然后使12#、13#電磁閥失電，即打開13#，關(guān)閉12#，結(jié)果在葉尖阻尼板被彈出之后，圓盤閘也動作剎車使風(fēng)力機(jī)平穩(wěn)的停機(jī)。

　　3）、性能特點(diǎn)

　　從設(shè)計機(jī)構(gòu)上來看，這種風(fēng)力機(jī)的制動力矩來源于兩個方面，一是葉尖阻尼制動，二是圓盤閘剎車制動，制動力矩均在低速軸上，這樣在剎車過程中對齒輪箱的沖擊力小。除此之外還有以下幾個特點(diǎn)

　　a）、剎車過程平穩(wěn)，振動小，由于剎車過程中首先由均勻分布的三個葉片的葉尖阻尼極動作，降低速度，然后再由圓盤閘制動，這就使剎車過程變得較為平穩(wěn)；

　　b）、剎車機(jī)構(gòu)相互獨(dú)立該剎車系統(tǒng)的兩套剎車機(jī)構(gòu)是相互獨(dú)立的，即不會由于一套剎車系統(tǒng)失靈而造成另一套也失去工作能力，例如當(dāng)液壓系統(tǒng)故障，壓力建立不起來，圓盤閘不能正常剎車時，葉尖阻尼板恰好因為失壓而被彈出來，起到了阻尼剎車作用，這樣增強(qiáng)了該剎車系統(tǒng)的可靠性。

　　c）、設(shè)有失速保護(hù)機(jī)構(gòu)該剎車系統(tǒng)在葉片根部裝有一個離心式壓力缸，當(dāng)風(fēng)力機(jī)失去控制而將飛車時，在離心力的作用下，使得壓力上升到壓力開關(guān)14#的調(diào)定值，14#動作而被打開，飛車安全閥16#被接通，葉尖阻尼板中的壓力被泄放，阻尼板彈出，起到了保護(hù)作用。