风力发电机组的液压系统和刹车

第五章第五章风力发电机组的液压系统和刹车风力发电机组的液压系统和刹车 风力发电机组的液压系统和刹车机构是一个整体。 在定桨距风力发电机组中， 液压系统的主 要任务是执行风力发电机组的气动刹车和机械刹车； 在变桨距风力发电机组中， 液压系统主 要控制变距机构，实现风力发电机组的转速控制、功率控制，同时也控制机械刹车机构。 第一节 定桨距风力发电机组的刹车机构 一、气动刹车机构 气动刹车机构是由安装在叶尖的扰流器通过不锈钢丝绳和叶片根部的液压油缸的活塞杆相 联接构成的。扰流器的结构（气动刹车结构）如图5-1 所示。当风力发电机组正常运行时， 在液压力的作用下，叶尖扰流器和叶片主体部分精密地合为一体， 组成完整的叶片。当风力 发电机组需要脱网停机时，液压油缸失去压力，扰流器在离心力的作用下释放并旋转80 -9 0 形成阻尼板，由于叶尖部分处于距离轴最远点， 整个叶片作为一个长的杠杆，使扰流器产 生的气动阻力相当高， 足以使风力发电机组在几乎没有任何磨损的情况下迅速减速， 这一过 程即为叶片空气动力刹车。叶尖扰流器是风力发电机组的 主要制动器，每次制动时都是它起主要作用。 在叶轮旋转时， 作用在扰流器上的离心力和弹簧力会使叶尖扰流器力图脱离叶片主体转动到 制动位置；而液压力的释放，不论是由于控制系统是正常指令，还是液压系统的故障引起， 都将导致扰流器展开而使叶轮停止运行。 因此，空气动力刹车是一种失效保护装置， 它使整 个风力发电机组的制动系统具有很高的可靠性。 二、机构刹车机构 图 5-2 为机构刹车机构由安装在低速轴或高速轴上的刹车圆盘和布置在四周的液压夹钳构 成。液压夹钳固定， 刹车圆盘随轴一起转动。刹车夹钳有一个预压的弹簧制动力，液压力通 过油缸中的活塞将制动夹钳打开。 机械刹车的预压弹簧制动力， 一般要求在额定负载下脱网 时能够保证风力发电机组安全停机。 但在正常停机的情况下， 液压力并不是完全释放， 即在 制动过程中只作用了一部分弹簧力。 为此， 在液压系统中设置了一个特殊的减压阀和蓄能器， 以保证在制动过程中不完全提供弹簧的制动力。 为了监视机械刹车机构的内部状态， 刹车夹钳内部装有温度传感器和指示刹车片厚度的传感 器。 第二节 定桨距风力发电机组的液压系统 定桨距风力发电机组的液压系统实际上是制动系统的执行机构， 主要用来执行风力发电机组 的开关机指令。通常它由两个压力保持回路组成， 一路通过蓄能器供给叶尖扰流器， 另一路 通过蓄能器供给机械刹车机构。 这两个回路的工作任务是使机组运行时制动机构始终保持压 力。当需要停机时，两回路中的常开电磁阀先后失电，叶尖扰流器一路压力油被泄回油箱， 叶尖动作；稍后，机械刹车一路压力油进入刹车油缸，驱动刹车夹钳，使叶轮停止转动。在 两个回路中各装有两个压力传感器， 以指示系统压力， 控制液压泵站补油和确定刹车机构的 状态。 图 5-3 为 FD43-600kW 风力发电机组的液压系统。由于偏航机构也引入了液压回路，它由 三个压力保持回路组成。图左侧是气动刹车压力保持回路，压力油经油泵2、精滤油器 4 进入系统。溢流阀 6 用来限制系统最高压力。开机时电磁阀121 接通，压力油经单向阀 7 2 进入蓄能器 8-2，并通过单向阀 7-3 和旋转接头进入气动刹车油缸。 压力开关 “ 由蓄能器的压力控制，当蓄能器压力达到设定值时，开关动作，电磁阀121 关闭。运行 时，回路压力主要由蓄能器保持，通过液压油缸上的钢索拉住叶尖 扰流器，使之和叶片主体紧密结合。 电磁阀 12-2 为停机阀，用来释放气动刹车油缸的液压油，使叶尖扰流器在离心力作用下滑 出；突开阀 15，用于超速保护，当叶轮飞车时，离心力增大，通过活塞的作用，使回路内 压力升高；当压力达到一定值时，突开阀开启，压力油泄回油箱。 突开阀不受控制系统的指 令控制，是独立的安全保护装置。 图中间是两个独立的高速轴制动器回路，通过电磁阀131、13-2 分别控制制动器中压力 油的进出，从而控制制动器动作。工作压力由蓄能器81 保持。压力开关 91 根据蓄能 器的压力控制液压泵电动机的停 起。压力开关 9-3、9-4 用来指示制动器的工作状态。 右侧为偏航系统回路， 偏航系统有两个工作压力， 分别提供偏航时的阻尼和偏航结束时的制 动力。‘工作压力仍由蓄能器 8-1 保持。由于机舱有很大的惯性，调向过程必须确保系统的 稳定性，此时偏航制动器用作阻尼器。工作时， 4DT 得电，电磁阀16 左侧接通，回路压力 由溢流阀保持，以提供调向系统足够的阻尼；调向结束时，4DT 失电，电磁阀右侧接通， 制动压力由蓄能器直接提供。 由于系统的内泄漏、油温的变化、及电磁阀的动作，液压系统的工作压力实际上始终处于变 化的状态之中。其气动刹车和机械刹车回路的工作压力分别如图5-4a、b 所示。 图中虚线之间为设定的工作范围。 当压力由于温升或压力开关失灵超出该范围一定值时， 会 导致突开阀误动作，因此必须对系统压力进行限制， 系统最高压力由溢流阀调节。 而当压力 同样由于压力开关失灵或液压泵站故障低于工作压力下限时， 系统设置了低压警告线， 以免 在紧急状态下，机械刹车中的压力不足以制动风力发电机组。 第三节第三节 变桨距风力发电机组的液压系统变桨距风力发电机组的液压系统 变距系统中采用了比例控制技术。为了便于理解，这里先对比例控制技术作一简要介绍。 一、比例控制技术 比例控制技术是在开关控制技术和伺服控制技术间的过渡技术， 它具有控制原理简单、 控制 精度高、抗污染能力强、价格适中，受到人们的普遍重视，使该技术得到飞速发展。它是在 普通液压阀基础上， 用比例电磁铁取代阀的调节机构及普通电磁铁构成的。 采用比例放大器 控制比例电磁铁就可实现对比例阀进行远距离连续控制，从而实现对液压系统压力、流量、 方向的无级调节。 比例控制技术基本工作原理是根据输入电信号电压值的大小， 通过电放大器， 将该输入电压 信号（一般在 0-9V 之间）转换成相应的电流信号，如1mV1mA（ 见图 5-5）。这个电 流信号作为输入量被送入比例电磁铁，从而产生和输入信号成比例的输出量力或位 移。该力或位移又作为输入量加给比例阀， 后者产生一个和前者成比例的流量或压力。 通过 这样的转换， 一个输入电压信号的变化， 不但能控制执行元件和机械设备上工作部件的运动 方向，而且可对其作用力和运动速度进行无级调节。此外，还能对相应的时间过程，例如， 在一段时间内流量的变化，加速度的变化或减速度的变化等进行连续调节。 当需要更高的阀性能时， 可在阀或电磁铁上接装一个位置传感器以提供一个和阀心位置成比 例的电信号。此位置信号向阀的控制器提供一个反馈，使阀心可以由一个闭环配置来定位。 如图 5-5 所示， 一个输入信号经放大器放大后的输出信号再去驱动电磁铁。 电磁铁推动阀心， 直到来自位置传感器的反馈信号和输入信号相等时为止。 因而此技术能使阀心在阀体中准确 地定位，而由摩擦力、液动力或液压力所引起的任何干扰都被自动地纠正。 （一）位置传感器 通常用于阀心位置反馈的传感器， 如图 5-6 所示的非接触式 LVDT （线性可变差动变压器）