蓄能器在风力发电机械液压系统中的应用与维护.pdf

Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 1 1 ． 2 01 1 蓄能器在风力发电机械液压系统 中的应用与维护 买文捷 新疆风能有限责任公司 ， 新疆乌鲁木齐8 3 0 0 0 0 摘要 对 蓄能器分类 、 原理 、 在风力发电机械液压系统 中的应用 ， 以及蓄能器的安装 、 使用 、 检查和维护作 了简单的介绍 。 关键词 气囊式 蓄能器 ； 液压 系统 ； 压力脉动； 液压冲击； 风力发电机械 中图分类号 T H1 3 7 ． 8 1 ， T H1 3 7 ． 5 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 1 l 1 一 o o 4 9 0 4 The Ap p l i c a t i o n a n d M a i n t e na nc e f o r Ac c u mu l a t o r i n Hy d r a u h c S y s t e m i n W i n d Ge n e r a t o r M AI We n - fie X i n j i a n g Wi n d E n e r g y L i a b i l i t y C o ． ， h d ． ，U r u mq i 8 3 0 0 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t I n t h i s p a p e r , t h e c l a s s i f i c a t i o n ， p r i n c i p l e ， a p p l i c a t i o n i n h y d r a u l i c s y s t e m o f t h e wi n d g e n e r a t o r , i n s t a l l a t i o n ， i n s p e c t i o n ， a n d ma i n t e n a n c e o f t h e a c c u mu l a t o r a r e s i mp l y i n t r o d u c e d ． Ke y W o r d s b a l l o o n t y p e a c c u mu l a t o r ； h y d r a u l i c s y s t e m； p r e s s u r e p u l s a t i o n； h y d r a u l i c i mp a c t ； w i n d g e n e r a t o r ． 0 前言 蓄能器是储存液体压力能的能量储存装置。风机 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 7 1 9 作者简 介 买文捷 1 9 8 0 一 ， 男 ， 毕 业于河南科技 大学流体传动 与控制专 业 。 现任新疆风能有 限责任公 司达坂 城风电场维护部 主任 ， 主要 研究方 向为风力风电机组液压系统故障诊断与分析 。 的液压系统担负着重要的作用 驱动 叶尖液压缸将叶 尖打开或收回、 驱动机械制动器制动或松 闸、 驱动偏航 制动器制动或松闸。在风机 中以上执行机构均采用间 歇式工作 ， 为了延长电动机和泵的使用寿命 ， 液压泵也 采用间歇式工作 ，系统在整个工作过程 中必须始终处 于保压状态 ．因此必须使用各种类型的蓄能器储存液 体压力能 图 5 原 系统 阶 跃 响 应 曲 线 图 图6 P I D 校 正后 系统 阶歇 响 应 曲线 图 4 结论 本文搭建了电液比例阀控缸位置控制系统 ，重新 定义 了负载压力 和负载流量 ，推导出了对称 四通阀控 非对称液压缸的数学模 型，并利用 MA T L A B对系统进 行 了仿真和校正 ．仿真结果表 明所建系统数学模型是 正确的 ， 校正后的系统具有较快 的响应速度 ， 完全满足 控制要求。 参 考 文 献 [ 1 ] 李 阁强， 王爱花， 谢海 良． 阀控非对称缸被动加 载系统数学模 型的建立[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 9 8 ． [ 2 ] 沈瑜 ， 高 晓丁， 王筠． 对 称阀控非对称液压缸 的电液 比例位 置 控制 系统建模 与分 析【 J ] ． 陕西科技大 学学报 自然科学版 ， 2 0 0 7 4 ． [ 3 ] 史显 忠， 屈福政． 对称 四通阀控非对称 液压缸动态分 析【 J ] ． 起 重运输机械， 2 0 0 6 9 ． [ 4 】 王慧． 电液伺服／ 比例控制示 范实验 系统研究【 D 】 ． 浙江大 学 ， 1 3 - 1 5 ． [ 5 ] 肖晟， 强宝 民． 基于对称 四通阀控非对 称液压缸 的电液 比例 位置控制系统建模 与仿真[ J ] ． 机床与液压 ， 2 0 0 9 6 ． [ 6 】 黎瞢柏． 电液比例控制与数字控制 系统【 M】 ． 北京 机械工业 出 版社 ． 1 9 9 7 ． 【 7 ] 崔吴， 王育才， 吕建 国． 基于 MA T I AB ， S I M UL I N K的阀控液压 缸动态特性仿真 与优化[ J ] ． 机械传动 ， 2 0 0 7 4 ． [ 8 ] 马晓宏， 陈冰冰， 甘学辉， 孙 志军． 电液 比例阀控缸位置控制 系 统的建模与仿真研究【 J 】 ． 机械设计与制造， 2 0 0 8 4 ． 4 9 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 0 1 1年 第 1 1期 臼 图 3 气囊式蓄能器的三种工作状态 3 蓄能器在液压系统中的作用 1 作为一个辅助能源， 以便选用较小的泵。 50 2 补充液体容积以保持一定的压力。 3 吸收液体流路中的冲击振动 ， 以减少管路 、 装 置和仪表的损坏。 4 当停泵或停电时 ， 可提供一个应急能量以便安 全地做完一个工作循环。 5 可较长时间的使系统维持一个必须 的高压而 无需启泵， 以防止油料过热， 减小泵磨损并节约能源。 根据蓄能器在回路中所起 的作用 ，可分为蓄能用 蓄能器 回路 、 吸收脉动和液压冲击蓄能器 回路。 4 蓄能用蓄能器回路 1 蓄能器作为辅助动力源的回路。 当液压系统中的执行元件需要快速运动时 ．蓄能 器作为液压泵的辅助动力源 ，可与液压泵同时供 出液 压油。这样选择流量较小的液压泵与蓄能器配合就可 以使执行元件获得快速运动。 图 2所示为蓄能器作为辅助动力源的一种蓄能 回 路 ， 其工作原理如下 风机不需偏航时偏航 系统 由偏航 刹车制动， 此时电磁阀 2 3 通 电， 油箱与偏航液压缸之 间的油路被打开。同时液压泵启动 ， 液压油经过单向阀 7 ， 滤油器 8 、 单向阀 1 1 、 1 3 ， 电磁阀 2 3 以及两 个反向并联的单 向阀， 进入偏航液压缸 ， 此时 ， 蓄能器 中储存的压力与系统压力相等 ，偏航液压缸所需 的液 压油 由液压泵与蓄能器 1 2 、 2 1 同时提供。然后 ， 液 压泵继续工作 ， 蓄能器内压力上升 ， 当系统压力达到系 统压力开关设定值时， 液压泵停止工作 ， 蓄能器压力 由 单向阀 1 1 、 1 3 保持住。 图 2 B DN U S 4 5 0 k W 风机液压 系统简图 盖 2 补充油液维持系统压力的蓄能回路。 图 2中， 在 风机偏航时 ， 电磁 阀 2 3 断电， 偏航液 Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ／ No ． 1 1 ． 2 0 1 l 压缸中的液压油流回油箱 ， 偏航刹车释放。当偏航停止 时 ， 蓄能器 1 2 、 2 1 提供储存的液压油给偏航液压缸， 维持偏航刹车制动， 系统压力随之降低 ， 当系统压力降 至系统压力开关的下限值时， 液压泵启动， 系统建压。这 样液压泵可以间歇工作 ， 从而减少了功率的消耗 。 3 蓄能器作应急动力源的安全 回路。 当电网突然停 电、紧急停机或液压泵发生故障造 成油源 中断时， 蓄能器可以作为应急液压动力源 ， 在一 定时间内维护系统压力 ， 保证执行机构正确动作。图 3 中， 当电网停 电时 。 为保证机组安全 ， 各制动器必须可 靠制动 ， 而此时因断 电液压泵不能工作 ， 只能靠蓄能器 1 8 储存的压力能驱动圆盘闸制动。 图 3 B0NUS 1 5 0 k W 风 机 液 压 系 统 简 图 5 吸收脉动和液压冲击蓄能器 回路 在液压系统 中， 液压泵 的瞬时流量总有些脉动 ， 加 之系统中有些阀在工作 中存在一定程度的振动，这就 使液压系统的压力 、 流量等参数也随之产生脉动。它影 响系统的稳定工作 ，严重时使 系统产生较为强烈的振 动， 使系统不能正常工作。在系统中装设蓄能器是消除 或减轻压力脉动的有效方法之一 。蓄能器之所 以能够 消除压力脉动就在于蓄能器能够将高于平均流量的瞬 时流量吸收，而当瞬时流量低 于平均流量时则 由蓄能 器向系统供油。 流体在管路内流动时，由于控制阀突然关闭等原 因 ， 使液流突然停 止流动 ， 流体的动能变成压力能 ， 在 阀前产生高压。高压区以压力波的形式在管路内传播 ， 这在液压系统 中称液压冲击 。其压力升高值可能高出 正常压力几倍以上 ， 并有可能危及液压系统中的仪表 、 元件和密封装置等 ， 从而影响系统的正常工作 ， 此外还 会使系统产生噪声和振动。在系统 中产生液压冲击的 部位装设蓄能器是减轻液压冲击的有效措施之一 。由 于液压冲击压力的大小决定于管路 中液体 的动量对时 间的变化率 ， 当压力升高 时， 蓄能器可 以吸收压力能 ， 这就减慢了管路中液体动量变化的速度 ，从而降低了 冲击压力 。 图 4所示为吸收压力脉动和液压冲击 的蓄能器 回 路 ， 液压泵通过过滤器 4 ， 单 向阀 8 ， 向系统提供压 力 ， 经过定差减压阀 1 3 ． 2 时 ， 液压系统的压力 、 流量产 生变化 。此时蓄能器 1 8 用于吸收液压泵 出口压力脉 动或由于液流速度急剧变化所产生的液压冲击 ，使其 压力波动大大减小 ， 从而保证了系统的稳定工作 。 图 4 国产 化 6 0 0 k W 风 机 液 压 系 统 衙 6 蓄能器的安装与使用 1 蓄能器的安装位置应便于检查和维护 。 2 蓄能器和液压泵之间应装设单向阀， 当泵停止 运转时防止蓄能器中储存的压力油倒流。 3 气囊式蓄能器原则上应该油口向下垂直安装 ， 倾斜或卧式安装时 ， 气囊因受浮力与壳体单边接触 ， 妨 碍正常伸缩运行 ， 加快气囊损坏 ， 因此一般不采用倾斜 或卧式安装 。 4 用 于缓冲和吸收脉动时 ， 应尽可能安装在靠 近 振动源处。 5 蓄能器应安装在远离热源的地方 ， 以防止因气 体受热膨胀造成系统压力升高。 7 蓄能器使用过程中的检查与维护 蓄能器应按规定周期检查充气压力 ，通常采用以 下两种方法 方法一 借助放油检查充气压力 利用 蓄 能器 的进油 口和油箱间油路上的截止阀及截止阀前的 压力表 。或在油路 中利用各测压嘴外接截止阀和压力 表。 检测时， 慢慢打开截止阀， 使压力油流 回油箱。 压力 表指针先是慢慢地下降， 达到某压力值后迅速降到零 ， 这个位置压力表的读数就是蓄能器的充气压力。 方法二 同样利用方法一中的截止阀和压力表 。先 打开截止 阀， 让系统压力先降低 到零。关闭截止阀， 启 动泵 ， 系统压力会突然上升到某一值后再缓慢上升 ， 这 5 1 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 0 1 1年 第 l 1期 低压纯电调油动机振荡问题的分析和处理 侯林鹏 赵春艳 王佳利 杭州和利时 自动化有限公司， 浙江杭州 3 1 0 0 1 8 摘 要 对低压透平油 D E H电液控制系统改造过程 中，出现的低压油动机振荡 的故障问题进行了详尽的原理分析和数学建模分析 并通过大量实际的项 目的实践后 ， 总结了行之有效的检查和处理方案。 对 工程项 目实施过程 中出现的此类 问题提供了理论依据和解决 方案 。 关键词 D E H； 低压透平油 ； 油动机振荡 中图分类号 T H1 3 7 ． 9 文献标识码A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 1 l 1 - 0 0 5 2 0 5 L o w p r e s s u r e Hy d r a u l i c Ac t ua t o r DEH Os c i l l a t i o n o f t he An a l y s i s a n d Tr e a t me n t HOU L i n - p e n g Z HA0 C h u n - y a n WANG 1 l i Ha n g z h o u H o l l y s y s C o ． ， L T D ． ，H a n g z h o u 3 1 0 0 1 8 ，C h i n a Ab s t r a c t T h i s p a p e r a n a l y s e s l o w- p r e s s u r e h y d r a u l i c a c t u a t o r DEH f a i l u r e o f o s c i l l a t i o n t h a t e me r g i n g i n t h e l o w- p r e s s u r e t u r b i n e o i l D E H t r a n s f o r ma t i o n p r o c e s s ．A ft e r p r a c t i c e o f a l a r g e n u m b e r o f p r o j e c t s ， a n d d o i n g d e t a i l e d a n a l y s i s a n d ma t h e m a t i c a l mo d e l i n g ， w e s u mma ri z e d e f f e c t i v e i n s p e c t i o n a n d p roc e s s o p i n i o n ． F o r s u c h p r o b l e m a s a p p e a ri n g i n t h e DEH p r o c e s s ， p r o v i d e t h e o r e t i c al b a s i s a n d s o l u t i o n s ． Ke y W o r d s DE H； l o w - p r e s s u r e t u r b i n e o i l ；h y d r a u l i c a c t u a t o r o s c i l l a t i o n O 引言 由计算机控制 系统 和低压透平 油液压 系统相结 收稿 13期 2 0 1 1 - 0 3 3 1 作者简介 侯林鹏 1 9 8 0 一 ， 男 ， 工程师 ， 就职于杭州和利时 自动化有限公 司 ， 主要研究方向 D E H电液伺服传动与控制。 个位置压力表的读数就是蓄能器的充气压力。 以上二种方法虽然测试简单 ，也不需要太多的辅 助装置 ，但在测量小容量蓄能器的充气压力或受系统 中执行机构的影响， 往往不易检查 出， 而且受测量者人 为因素影响很大 ， 只能作为粗略判断。对于压力不足或 为零的蓄能器应补充气体至规定压力 ，对充不进气或 充气时气体从液压系统油箱溢 出的蓄能器 ，其气囊已 经损坏 ， 可更换气囊后继续使用 。 8 蓄能器损坏时机组容易出现的几种状况 1 在执行机构没有动作的情况下， 液压泵启动频繁。 2 在电网停 电时无机械刹车或虽有机械刹车但 经过一段时间后机械刹车失效 ， 叶轮随风缓慢转动。 3 如偏航制动器 、 机械制动器等每动作一次 ， 液 压泵均启动一次， 且每次建压时间均很短。 4 iJ 试泵的启停压力时 ， 泵的启动压力和停止压 5 2 合 ， 构成的低压透平油数字电液控制系统 ， 称为低压透 平油 D E H， 也是一种纯电调 ， 可以达到高压抗燃油纯 电 调同样的性能和功能。 液压系统具有驱动力大 、定位精度高 、动态响应 快 、 可靠性高等优点 ， 并具有一定的信号综合 、 放大能 力 ， 是汽轮机理想的控制系统 ， 至今仍广泛应用在汽轮 力差值很大 ， 远远超过规定值 ， 并且泵在工作过程 中， 压力上升很快 。 5 机械制动器、 偏航制动器 ， 响应速度变慢 。 9 结束语 蓄能器损坏及充气压力的降低不仅降低系统压力 的稳定性 、 影响执行机构稳定动作 ， 还会加速泵的磨损 及液压元件的损坏 ， 甚至影响机组的安全运行。因此应 加强检测和维护。 参 考 文 献 【 1 ] 官忠范． 液压传动系统【 M】 ． 北京 机械工业出版社， 1 9 9 6 ． 【 2 】 陈贤康． 液压传动基础【 M] ． 北京 机械工业出版社， 1 9 9 2 ． [ 3 】 王承煦， 张源． 风力发 电【 M】 ． 北京 中国电力出版社， 2 0 0 2 ． [ 4 】 宫靖远． 风电场技术工程手册【 M1 ． 北京 机械工业 出版社 2 0 0 4 ． 【 5 】 雷天觉． 新编液压工程手册[ MI ． 北京 北京理工大学 ， 1 9 9 9 ． 【 6 】 左健民． 液压与气压传动【 M】 ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 5 ．