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风力发电是我国近十年来具有良好前景的新能源产业,在2010年底,我国已成为装机量世界第一的风电大国。在大型风力发电机组中,偏航系统,主轴制动以及风轮锁定等功能的实现依赖于小体积、大功能的液压系统,液压技术在风力发电领域得到了广泛的应用。

一、偏航制动液压系统

偏航系统是水平轴风力发电机不可或缺的组成系统之一,由风向标传感器、偏航轴承、偏航驱动电机、偏航制动器、扭缆保护装置等几个部分组成,其与风力发电机组的控制系统相互配合,使机组的叶轮始终处于迎风状态,充分利用风能,提高机组的发电效率。其中偏航制动器由液压站提供制动力,当叶轮处于迎风状态工作时,液压站给制动器提供一个较大的压力以锚定偏航系统,防止机舱在风力的作用下发生偏转和剧烈振动;当风向发生变化触发偏航动作时,液压站给制动器提供的压力切换至一个较小值,以吸收偏航过程中因风力产生的自由偏转振荡,防止偏航齿轮因承受振荡产生的交变应力而引起的过早损伤。另外,大多数风力发电机的输出功率电缆在偏航时会一同旋转,当电缆的扭绞达到威胁机组安全运行的程度时,将触发解缆工况,此时机组停机,液压站控制偏航制动器内的压力油完全卸压,系统执行解缆动作,当回到中心位置时解缆自动停止,机组重新启动工作。

二、主轴制动液压系统

主轴制动系统是风机安全链上的重要装置,一般有主动液压制动和被动液压制动两种方式,其与偏航制动器一样由液压站提供制动力,配常闭和常开电磁阀各1只,由蓄能器保压,压力开关检测制动器压力以控制电机启停。

以主动式液压制动为例,当风机停机时,要求主轴制动器制动,此时常闭和常开电磁阀均得电,回油路断开,压力油进入制动器腔体,制动器制动;风机启动时,要求主轴制动器释放,此时常闭和常开电磁阀均失电,制动器在回复弹簧作用下松闸,油液回流油箱。

三、锁销液压系统

当风速超过机组发电作业允许的最大值,或对机组进行维护、检修时,需对机组进行停机处理,此时需用锁销对风电机组叶轮实现机械锁定。锁销的伸缩动作通常由液压站驱动,其控制原理通常为典型的双向油缸控制原理,由电磁换向阀与液控单向阀(液压锁)配合控制。

四、液压系统设计

风力发电机机舱空间相对紧凑,且因维护或更换配件时起吊要求的限制,液压站的设计外形和重量都要求尽可能小,在有限的空间既要满足产品的功能又要兼顾可靠性、安装维护的便捷性,设计上三个回路均集中到一个液压站上。

考虑到液压系统对制动器长时间保压要求较高,在主系统设置有大容量隔膜式蓄能器储存能量,在液压阀泄漏时,提供压力油补充,减少泵的工作时间;同时系统油液清洁度要求不低于NAS7级,在主油路设置有带污染发讯器过滤器,保证系统油液的清洁性,当过滤器被污染时可以及时根据监控信号更换滤芯。

偏航回路中设置有蓄能器,可以吸收冲击以及储存能量,延长偏航制动器保压时间。主轴制动回路中,使用减压阀调节制动压力,这样可以保证制动压力的平稳,且不影响系统主压力。

五、结束语

风电机组中偏航、主轴和锁销液压系统,以重量轻、体积小、功能广等特点,尤其适合于空间狭小的风机机舱,得到了广泛的应用,这几年风电行业高速发展的同时,公司风电类产品也得到了客户高度认可,配套的液压站订单也逐年增长,公司在设计和制造经验上也逐年上了一个台阶。

技术中心 刘江宁

2020年05月14日

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浅谈风力发电机组制动装置配套液压系统

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