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1、1第七章第七章: : 液压系统液压系统7.17.1 风力发电机的液压系统风力发电机的液压系统风力发电机的液压系统属于风力发电机的一种动力系统，它的主要功能是为变浆控制装置、安全浆距控制装置、偏航驱动和制动装置、停机制动装置提供液压驱动力。风机液压系统是一个公共服务系统，它为风力发电机上一切使用液压作为驱动力装置提供动力。在定桨距风力发电机组中，液压系统的主要任务是驱动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，同时也制控机械刹车机构。一、液压系统常识（一）、液压工作原理液压装置的工作原理是：在特定的机械、电子 设备内
2、，利用液体介质的静压力，完成能量的蓄积、传递、控制、放大，实现机械功能的轻巧化、 精细化、科学化和最大化。（二）、液压技术的特点 ：液压系统的基本功能是以液体压力能的形式进行 便于控制的能量传递。从能量传递方面看，液压技术大致处于机械式能量传递和电气式能量传递之间位置。液压技术的特点如下：1、可实现大范围的无级调速（调速范围达2000：1），即能在很宽的范围内很容易地调节力与转矩；2、控制性能好， 对力、速度、位置等 指标能以很高的响应速度正确地进行控制。很容易实现机器的自动化，当采用电液联合控制 时，不仅可实现更高程度的自动控制过程，而且可以实现遥控。3、体积小、重量轻、运动惯性小、反应速度
3、快 ，动作可靠，操作性能好 。4、可自动实现过载保护。一般采用矿物油作为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长。5、可以方便地根据需要使用液压标准元件、灵活地构成实现任意复杂 功能的系统。液压系统也存在一些问题：效率较低 、泄露污染场地，而且可能引起火灾和爆炸事故。工作性能易受到温度变化的影响 ，不宜在很高或很低的温度条件下工作。由2于液体介质的泄露及可压缩性影响，不能得到严格的传动比。（三）、液压系统的基本组成液压系统的组成部分称为液压元件，根据液压元件的功能分类如下：1、动力元件动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体（主要是油） 的压力能，是指液压系统中的油泵，向整个液压系统提供压
4、力油。液压泵的常见结构形式有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。2、控制元件控制元件(即各种液压阀)其作用是在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向，以满足执行元件对力、速度和运动方向的要求。根据控制功能的不同，液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为溢流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。3、执行元件执行元件是把系统的液体压力能转换为机械能的 装置，驱动外负载做功。旋转运动用液压马达，直线运动用 液压缸，摆动用液压
5、摆动马达 。4、辅助元件辅助元件是传递压力能和液体本身调整所必需的液压辅件 ，其作用是储油、保压、滤油、检测等，并把液压系统的各元件按要求连接起来，构成一个完整的液压系统。辅助元件包括油箱、蓄能器、滤油器、油管及管接头、密封圈、压力表、油位计、油温计等。5、液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。（四）、液压系统原理图液压系统原理图是使用国家标准规定的，代表各种液压元件、辅件及连接形式的图形符号，组成用以表示一个液压系统工作原理的简图。它是按照液压系统控制流程的逻辑关系画出的图纸，能帮助我们掌握液压系统的工作原理。一个液压系统是由液压元件和液压回路构成
6、，用以控制和驱动液压机械完成所需工作的整个传动系统。3元件是由数个不同零件组成的，用以完成特定功能的组件。如液压缸、液压马达、液压泵、阀、油箱、过滤器、蓄能器、冷却器和管接头等；这些元件有些是通用的、标准化的。液压回路是完成某种特定功能、由元件构成的典型环节。1、液压系统原理图的绘制原则如下：、液压系统图形符号、标记画法应符合 GB/T786.1-1993。元件的图形符号应符合GB/T4728.2 的规定。计量单位应符合国家法定计量单位的规定。、液压执行机构应以示意简图表示，并标注名称。、主管路（如压力管路、回油管路、泄油管路等）和连接液压执行元件的管路应标注管路外径和壁厚。、压力控制元件应标
7、注压力调定值。压力充气元件或部件应标注充气压力。、温度控制元件应标注温度整定值。、电动机和电气触点、电磁线圈应标注代号。、每个元件应编上数字件号，相同型号的元件同时应标注排列顺序号。、构成独立液压装置的液压回路应采用双点划线划分区域和标注代号。、液压系统各组装部件之间的接口应标注代号。2、液压传动原理图阅读方法：、了解液压系统的用途，工作循环，应具有的性能和对液压系统的各种要求等。、根据工作循环，工作性能和要求等，分析需要哪些基本回路，并弄清各种液压元件的类型，性能，相互间的联系和功用。根据工作循环和工作性能要求分析必须具有哪些基本回路，并在液压传动原理图上逐一地查找出每个回路。、按照工作循环
8、表，仔细分析并依次写出完成各个动作的相应油液流经路线。为了便于分析，在分析之前最好将液压系统中的每个液压原件和各条油路编上号码。这样，对分析复杂油路，动作较多的系统特别重要。标油液流经路线时要分清主油路和控制油路。对主油路，应从液压泵开始写，一直写到执行元件，这就构成了进油路线；然后再从执行元件回油泄到油箱（闭式系统回到液压泵） 。这样分析目标明确，不易混乱。在分析各种状态时，要特别注意系统从一种工作状态转换到另一种工作状态，是由哪些元件发出的信号，使哪些控制元件动作，从而改变哪个通路状态，达到何种状态的转换。在阅读时还要注意，主油路和控制油路是否有矛盾，是否相互干扰等。在分析各个动作油路的基
9、础上，列出电磁铁和其它转换元件动作4顺序表。3、液压系统图阅读示例现用图 7.1.1 来说明液压传动系统的工作原理：当电动机带动油泵运转时，油泵从油箱经滤油器吸油，并从其排油口排油，也就是把经过油泵获得了液压能的油液排人液压系统。图 7.1.1 液压系统原理图在图示状态，即换向阀手把位于中位时，油泵排出的油液经排油管节流阀换向阀 P 口换向阀 O 口回油箱。如果把换向阀手把推向左位，则该阀阀芯把 P、A 两口沟通，同时，B、O 两口也被沟通，油泵排出的油液经 P 口A 口液压缸上腔；同时，液压缸下腔的油液B 口O口回油箱，这样液压油缸上腔进油，下腔回油，活塞在上腔油压的作用下带动活塞杆一起向下
10、运动。当活塞向下运行到液压油缸下端极限位置时，运行停止，然后可根据具体工作需要或溢流阀保压停止，或使活塞杆返回原位。如果需要活塞杆向上运动返回原位，则应把换向阀手把推向右位，这时 P 口、B 口被阀芯通道沟通，油泵排出的油液经P 口B 口液压缸下腔；同时液压缸上腔的油液经A 口O 口(当换向阀沟通 P 口、B 口时，也同时沟通了 A 口、O 口）回油箱。这样，液压缸下腔进油，上腔回油，活塞在下腔油压的作用下，连同活塞杆一起向上运动返回原位，通过操纵换向阀手把的左、中、右位置，可以分别实现液压缸活塞杆的伸、停、5缩三种运动状态。手把不断左右换位，活塞带动活塞杆就不断地作往复直线运动。系统中的节流
11、阀可用来调节液压缸活塞杆运动速度的快慢；溢流阀用于稳压和限制系统压力；压力表用来观测系统压力；滤油器用于过滤液压泵吸的油；油箱用于储油和沉淀油液杂质。（五）、液压伺服系统工作原理液压伺服系统以其响应速度快、负载刚度大、控制功率大等独特的优点在工业控制中得到了广泛的应用。电液伺服系统通过使用电液伺服阀，将小功率的电信号转换为大功率的液压动力，从而实现了一些重型机械设备的伺服控制。液压伺服系统是使系统的输出量，如位移、速度或力等，能自动地、快速而准确地跟随输入量的变化而变化，与此同时，输出功率被大幅度地放大。液压伺服系统的工作原理可由图 7.1.2 来说明。图 7.1.2 所示为一个对风力发电机液
12、压变浆距系统进行连续控制的电液伺服系统。在轮毂 1 中，叶片 2 的转角 变化会产生节流作用而起到调节流量 Qt 的作用。叶片转动由液压缸上的齿条带动扇形齿轮来实现。这个系统的输入量是电位器 5 的给定值 Xi。对应给定值 Xi，有一定的电压输给放大器 7，放大器将电压信号转换为电流信号加到伺服阀的电磁线圈上，使阀芯相应地产生一定的开口量 Xv。阀开口 Xv 使液压油进入液压缸上腔，推动液压缸向下移动。液压缸下腔的油液则经伺服阀流回油箱。液压缸的向下移动，使齿轮、齿条带动叶片产生偏转。同时，液压缸活塞杆也带动电位器 6 的触点下移。当活塞杆移动量 Xp 所对应的电压与 Xi 所对应的电压相等时
13、，两电压之差为零。这时，放大器的输出电流亦为零，伺服阀关闭，液压缸带动的叶片停在相应 Qt 的位置。6图 7.1.2 液压变浆距的电液伺服系统 在控制系统中，将被控制对象的输出信号回输到系统的输入端，并与给定值进行比较而形成偏差信号以产生对被控对象的控制作用，这种控制形式称之为反馈控制。反馈信号与给定信号符号相反，即总是形成差值，这种反馈称之为负反馈。用负反馈产生的偏差信号进行调节，是反馈控制的基本特征。在图 7.1.2 所示的实例中，电位器 6 就是反馈装置，偏差信号就是给定信号电压与反馈信号电压在放大器输入端产生的u。二、风力发电机液压系统的类型（一） 、定桨距风力发电机组的液压系统定桨距
14、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。71油箱 2液压泵 3电动机 4精滤油器 5油位指示器 6溢流阀 7单向阀 8蓄能器 9压力开关 10节流阀 11压力表
15、 12电磁阀（1）13电磁阀（2） 14制动夹钳 15突开阀 16电磁阀（3）图 7.1.3 定桨距风力发电机组的液压系统图 7.1.3 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、经滤油器 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 12-1 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
16、压油缸上的钢索拉住叶尖扰流器，使之与叶片主体紧密结合。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
