風力發電是我國近十年來具有良好前景的新能源產業,在2010年底,我國已成為裝機量世界第一的風電大國。在大型風力發電機組中,偏航系統,主軸制動以及風輪鎖定等功能的實現依賴于小體積、大功能的液壓系統,液壓技術在風力發電領域得到了廣泛的應用。

一、偏航制動液壓系統

偏航系統是水平軸風力發電機不可或缺的組成系統之一,由風向標傳感器、偏航軸承、偏航驅動電機、偏航制動器、扭纜保護裝置等幾個部分組成,其與風力發電機組的控制系統相互配合,使機組的葉輪始終處于迎風狀態,充分利用風能,提高機組的發電效率。其中偏航制動器由液壓站提供制動力,當葉輪處于迎風狀態工作時,液壓站給制動器提供一個較大的壓力以錨定偏航系統,防止機艙在風力的作用下發生偏轉和劇烈振動;當風向發生變化觸發偏航動作時,液壓站給制動器提供的壓力切換至一個較小值,以吸收偏航過程中因風力產生的自由偏轉振蕩,防止偏航齒輪因承受振蕩產生的交變應力而引起的過早損傷。另外,大多數風力發電機的輸出功率電纜在偏航時會一同旋轉,當電纜的扭絞達到威脅機組安全運行的程度時,將觸發解纜工況,此時機組停機,液壓站控制偏航制動器內的壓力油完全卸壓,系統執行解纜動作,當回到中心位置時解纜自動停止,機組重新啟動工作。

二、主軸制動液壓系統

主軸制動系統是風機安全鏈上的重要裝置,一般有主動液壓制動和被動液壓制動兩種方式,其與偏航制動器一樣由液壓站提供制動力,配常閉和常開電磁閥各1只,由蓄能器保壓,壓力開關檢測制動器壓力以控制電機啟停。

以主動式液壓制動為例,當風機停機時,要求主軸制動器制動,此時常閉和常開電磁閥均得電,回油路斷開,壓力油進入制動器腔體,制動器制動;風機啟動時,要求主軸制動器釋放,此時常閉和常開電磁閥均失電,制動器在回復彈簧作用下松閘,油液回流油箱。

三、鎖銷液壓系統

當風速超過機組發電作業允許的最大值,或對機組進行維護、檢修時,需對機組進行停機處理,此時需用鎖銷對風電機組葉輪實現機械鎖定。鎖銷的伸縮動作通常由液壓站驅動,其控制原理通常為典型的雙向油缸控制原理,由電磁換向閥與液控單向閥(液壓鎖)配合控制。

四、液壓系統設計

風力發電機機艙空間相對緊湊,且因維護或更換配件時起吊要求的限制,液壓站的設計外形和重量都要求盡可能小,在有限的空間既要滿足產品的功能又要兼顧可靠性、安裝維護的便捷性,設計上三個回路均集中到一個液壓站上。

考慮到液壓系統對制動器長時間保壓要求較高,在主系統設置有大容量隔膜式蓄能器儲存能量,在液壓閥泄漏時,提供壓力油補充,減少泵的工作時間;同時系統油液清潔度要求不低于NAS7級,在主油路設置有帶污染發訊器過濾器,保證系統油液的清潔性,當過濾器被污染時可以及時根據監控信號更換濾芯。

偏航回路中設置有蓄能器,可以吸收沖擊以及儲存能量,延長偏航制動器保壓時間。主軸制動回路中,使用減壓閥調節制動壓力,這樣可以保證制動壓力的平穩,且不影響系統主壓力。

五、結束語

風電機組中偏航、主軸和鎖銷液壓系統,以重量輕、體積小、功能廣等特點,尤其適合于空間狹小的風機機艙,得到了廣泛的應用,這幾年風電行業高速發展的同時,公司風電類產品也得到了客戶高度認可,配套的液壓站訂單也逐年增長,公司在設計和制造經驗上也逐年上了一個臺階。

技術中心 劉江寧

2020年05月14日

高速軸盤式制動器的技術升級
接近開關信號形式選用與失效保護

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淺談風力發電機組制動裝置配套液壓系統

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