浅析风电液压系统总成设计与调试

雷凤祥

【摘 要】常规风力发电机由叶轮和发电机两部分构成。将作用在叶轮上空气流动的动能转换成机械能，进而推动叶轮旋转。再将叶轮的转轴与发电机的转轴相连，就会带动发电机发电。风机包含许多转动部件，液压系统用于应对调节叶片桨矩、阻尼、停机、刹车等工况，为风机的主传动链上的主制动器提供动力，并提供因温差带来的主制动器的压力波动的补偿，同时为风机的偏航系统上的偏航制动器提供动力，并提供因温差带来的偏航制动器的压力波动的补偿。此外，液压站还为风机的风轮锁提供动力并提供一定时间的失电保压功能。

【关键词】三维设计 仿真装配 工程图纸 系统调试

1 综合说明

本风电液压系统主要由以下部件组成：阀块，电机，齿轮泵，过滤器，换向阀，单向阀，压力传感器，溢流阀，蓄能器，油箱和电气接线盒等。

根据系统流量和执行机构的容量计算，油箱设计成15L的下置式，底部设计成可分离的积油盘，便于与主机设备的配合安装。同时，油箱侧面装配可视液位计，顶面用于布置控制阀组和可拆卸泵电机组。为保证系统安全性，设计系统液位液温监视器，包含有低液位SL1，过低液位SL2和液温ST三个开关量信号监控。为保持系统清洁，避免污染物对液压元件损坏，选用带污染指示器，过滤精度为10μm的压力过滤器两组。系统中包含有两组手动泵组，用于机组断电时，对整个系统充液，同时为风轮锁油路进行充液，便于检修时，对风轮锁进行前进和后退的操作。

系统主回路设置溢流阀，压力在试运行时设置和测试，设定压力：200bar +/-10bar，保证系统压力不超过设定的压力值；风轮锁系统溢流阀需保证手动泵回路压力设定于160bar +10/-2bar；主轴制动器压力设定为115bar。系统在进行偏航运动时，利用溢流阀的背压作用，保证偏航制动器压力设定值为40 bar。系统中所用电磁换向阀均带有手动越权操作，测试时先进行手动换向，再进行I/O操作。为了平衡温差带来的压力下降，对主制动器和偏航制动器设计蓄能器。同时，增加蓄能器为主轴和偏航制动器提供一次应急动力源。在阀组元件连接孔道中增加测压点和安装模拟量压力传感器，分别用于监控主制动器回路、偏航制动器回路和主系统应急动力源的压力。

2 实施主要过程

本系统中阀组设计是整个系统设计的关键环节。因实际工况的空间限制，系统涉及的所有单向阀，溢流阀，节流阀，电磁换向阀，手动泵和高压过滤器及蓄能器高度集成在阀块上。阀块中孔径要和流量相匹配，特别应注意相贯通的孔必须保证有足够的通流面积，注意进出油口的方向和位置，应与系统的总体布置及管道连接形式相匹配，并考虑安装操作的工艺性。阀块体尺寸应考虑所有元件外形尺寸，以及保证块体内油道孔间的最小允许壁厚的原则下，力求结构紧凑、体积小、重量轻。阀块油路按原理连通后，阀组上每个安装面尺寸应自成一体，提高阀块的加工效率和整体美观度，并保证所装的元件、管件、密封件安装后互不干涉。

阀组设计过程中，在三维设计环境中进行液压元件模型的模拟装配以获得整机或部件的三维实体，并完成对零部件间的干涉检查，保证系统间各零部件合理装配同时创建二维工程图；如图1图2所示。

为便于系统的装配，将油箱体和油箱底架等结构件拆分设计，泵电机组主要有电动机，钟罩联轴器和位于油箱内部的液压泵组成，单独设计泵电机组装配图纸。

整个系统的试运行是对液压站功能实现的基础检验。装配完成后，检查泵站各元件的装配应准确，齐全，配管应正确、良好，所有接管应连接牢固、可靠。电气接线应正确无误，接线美观且无松动，清晰标识电缆连接元件，模拟量输出须用屏闭线端子箱内接线端应与电气说明书接线表相符，标识明确。各元件钢印与原理图应相互对应。涉及的可调元件应方便操作。调试过程中，需要提供一定流量的动力，系统压力由溢流阀调整至设定值，压力传感器监控主系统压力。节流阀平时处于关断阶段，当泵需要卸荷时才需要开启。压力传感器监控蓄能器的充压情况。

对于主制动器制动回路，当正常工作时，利用电磁换向阀的得电方式控制主轴制动器的松开和加紧，主压力开关压力在制动器油腔低于10bar时断开/闭合发讯，压力传感器同时监控主轴制动器制动情况，通过减压阀限制主轴制动器最高压力，并提供两端的保压。节流阀提供控制主轴制动器的起压时间。此回路的逻辑是在风机断电前后，制动器的状态保持恒量。偏航制动回路用来控制启停机舱的旋转。同样利用电磁换向阀控制偏航制动器释放和半刹状态，利用溢流阀调整半刹时的压力。节流阀可控制偏航制动器的起压时间。利用电磁阀可保持制动器里面的油液在工作周期内能够得到循环。风轮锁回路是用来风机停机后防止主轴在外力作用下继续旋转的。换向阀A腔得电，风轮锁的无杆腔起压，风轮锁的有杆腔的液压油回流到油箱，风轮锁往外伸出，锁住主轴，防止主轴旋转；换向阀B腔得电，风轮锁的有杆腔起压，风轮锁的无杆腔的液压油回流到油箱，风轮锁回退，风轮锁移除风轮锁盘。不能电动起泵时，用手动泵给风轮锁回路加压，启用换向阀的手动装置，打到伸出、回退即可。当不用手动装置时，必须把换向阀的放置到中间位置。

为保证系统保压能力，各部件应能保证不渗漏，内泄比较小，压力下降5bar左右。在所要求的环境温度内做保压试验，试验温度为-40℃，此持续时间不少于24小时，压力下降小于5bar。在所要求的工作温度范围内做高/低温频繁启动、各工况运行及保压实验。低温实验温度为-30℃，连续运行时间不少于72小时，压力下降5bar左右；

3 结语

本系统具有高可靠性和安全性，动静态性能好，维护方便，泄漏少同时位置精度高，可以经受恶劣条件，安全性好，液压源由单独液压站供应，体积小，节省空间，便于与主机装配。