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1、第七章: 液压系统7.1 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压力油。其作用是以满足执行对力、速度和运动方向的要求。执行执行是系统的液体压驱动外负
2、载做功其作用是储油、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。5、液压油（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，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，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
3、壁厚。、压力控制元件应标注压力调定值。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
4、每个回路。、按照工作循环表，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。
5、在分析各个动作油路的基础上，列出电磁铁和其它转换元件动作顺序表。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运动。当活
6、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、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。系统中的节流阀可用来调节液压缸活塞杆运动速度的快慢
7、；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）、单向阀11-4。该单向阀确保比例阀T-口上总是保持1bar压力，避免比例阀阻尼室内的阻尼“消失”导到该阀不稳定而产生振动。比例阀上的红色LED（发光二极管）指示LVDT 故障，LVDT输出信号是比例阀上滑阀位置的测量值，控制电压和LVDT信号相互间的关系，如图7.1.6所示。图7.1.6 节距控制示意图变距速度由控制器计算给出，以0为参考中心点。控制电压和变距速率的关系如图7.1.7所示。图7.1.7 变距速率、位置反馈信号与控制电压的关系3、液压系统在运转缓停时的工作情况电
8、磁阀19-1 和19-2（紧急顺桨阀）通电后，使比例阀上的P口得到来自泵和蓄能器161压力。节距油缸的左端（前端）与比例阀的A口相连。电磁阀211 通电后，从而使先导管路（虚线）增加压力。先导止回阀24 装在变距油缸后端靠先导压力打开以允许活塞双向自由流动。把比例阀20 通电到“直接”（P-A，B-T )）时，压力油即通过单向阀11-2和电磁阀19-2 传送P-A 到缸筒的前端。活塞向右移动，相应的叶片节距向5方向调节，油从油缸右端（后端）通过先导止回阀24 和比例阀（B 口至T 口）回流到油箱。把比例阀通电到“跨接”（P-B，A-T）时，压力油通过止回阀传送P-B进入油缸后端，活塞向左移动，
9、相应的叶片节距向88方向调节，油从油缸左端（ 前端）通过电磁阀19-2 和单向阀11-3 回流到压力管路。由于右端活塞面积大于左端活塞面积，使活塞右端压力高于左端的压力，从而能使活塞向前移动。4、液压系统在停机/ 紧急停机时的工作情况停机指令发出后，电磁阀191 和19-2 断电，油从蓄能器16-1通过阀19-1和节流阀17 1及阀24 传送到油缸后端。缸筒的前端通过阀19-2 和节流阀17-2 排放到油箱，叶片变距到88机械端点而不受来自比例阀的影响。电磁阀21-1断电时，先导管路压力油排放到油箱；先导止回阀24 不再保持在双向打开位置，但仍然保持止回阀的作用，只允许压力油流进缸筒。从而使来
10、自风的变浆力不能从油缸左端方向移动活塞，避免向5的方向调节叶片节距。在停机状态，液压泵继续自动停/ 起运转。顺桨由部分来自蓄能器16-1，部分直接来自泵5 的压力油来完成。在紧急停机位时，泵很快断开，顺桨只由来自蓄能器16-1 的压力油来完成。为了防止在紧急停机时，蓄能器内油量不够变距油缸一个行程，紧急顺桨将由来自风的自变浆力完成。油缸右端将由两部分液压油来填补：一部分来油缸左端通过电磁阀192、节流阀17-2、单向阀11-5 和24 的重复循环油；另一部分油来自油箱通过吸油管路及单向阀11-5和24。紧急顺桨的速度由二个节流阀17-1和17-2控制并限制到约9/s。5、制动机构制动系统由泵系
11、统通过减压阀22 供给压力源。蓄能器16-2是确保能在蓄能器16-1或泵没有压力的情况下也能工作。可调节流阀18-2 用于抑制蓄能器16-2的预充压力或在维修制动系统时，用于来自释放的油。压力开关23-1 是常闭的，当蓄能器16-2上的压力降低于15bar时打开报警。压力开关23-2 用于检查制动压力上升，包括在制动器动作时。溢流阀13-2 防止制动系统在减压阀22 误动作或在蓄能器16-2受外部加热时，压力过高（23bar）。过高的压力即过高的制动转矩，会造成对传动系统的严重损坏。液压系统在制动器一侧装有球阀，以便螺杆活塞泵在液压系统不能加压时，用于制动风力发电机组。打开球阀、旋上活塞泵，制
12、动卡钳将被加压，单向阀17-7 阻止回流油向蓄能器16-2方向流动。要防止在电磁阀21-2通电时加压，这时制动系统的压力油经电磁阀排回油箱，加不上来自螺杆活塞泵的压力。在任何一次使用螺杆泵以后，球阀必须关闭。、运行/暂停/ 停机开机指令发出后，电磁阀21-2通电，制动卡钳排油到油箱，刹车因此而被释放。暂停期间保持运行时的状态。停机指令发出后，电磁阀21-2 失电，来自蓄能器16-2的和减压阀22压力油可通过电磁阀21-2 的3口进入制动器油缸，实现停机时的制动。、紧急停机电磁阀21-2失电，蓄能器16-2将压力油通过电磁阀21-2 进入制动卡钳油缸。制动油缸的速度由节流阀17-4 控制。8.2
13、 风力发电机对液压系统及零部件的要求一、风力发电机对液压系统的基本要求风力发电机液压系统的设计应满足一些基本要求：工作原理简单、易行、完善，节能、高效，成本低廉；工作安全可靠；运行正常，维护方便；噪声小、无渗漏，满足设计寿命大于20年的要求。（一）、液压系统的设计条件液压行业是机械工业中十分成熟的行业，具有专业化生产的优势，所以风力发电机的液压系统都是由风力发电机总装厂进行设计，委托液压件厂生产制造零部件，在风机总装时进行液压系统的安装。在与液压件厂的技术协议或设计任务书中必须明确以下内容：1、风力发电机组的额定功率；2、风力发电机组的结构形式及工作方式系统工作的环境温度等级（高温：2550；
14、常温：2040；低温：3040）、湿度及其变化范围；3、对于高温和易燃环境、外界扰动（如冲击、振动等）、高海拔（1000米以上）、严寒地区以及高精度、高可靠性等特殊情况下的系统设计、制造及使用要求；4、液压执行元件、液压泵站、液压阀台及其它液压装置的安装位置；5、液压执行机构的性能、运动参数、安装方式和有关特殊要求（如保压、泄压、同步精度及动态特性等）；6、操作系统的自动化程度和连锁要求；7、系统使用工作油的种类；8、明确用户电网参数。（二）、液压系统的设计原则液压系统的设计和结构应满足有关标准的要求，并应考虑下列因素：1、元件（泵、管路、阀门、液压缸）的尺寸应适当，以保证其所需的反应时间、动
15、作速度、作用力；运行期间，液压组件中的压力波动可能导致的疲劳破坏；2、控制功能与安全系统应能完全分离；液压系统应设计在无压力或液压失效情况下，系统仍能处于安全状态；3、液压缸（如：风轮制动机构、叶片变浆距机构、偏航制动机构等）仅在具有压力时才能实现其安全功能，液压系统应设计成在动力供给失效后能使机组保持在安全状态的时间不少于5天；4、机组设计应满足运行气候条件（油/液体粘度、可能的冷却、加热等）；5、泄露不应对其功能产生有害影响。如出现泄露应能进行监控，并对风力发电机组进行相应的控制；6、如液压缸在液压动作下沿两个方向移动，应设计成“液压加载”式；7、布置管路时，应考虑组件间的相互运动和由此产生的作用于管子上的动应力。（三）、液压系统的节能安全要求1、设计液压系统时，应考虑系统效率（应选用节能元件、节能回路等），使系统的发热减至最小程度。2、系统设计应考虑各种可能发生的事故。系统的功能设置，元件的选择、应用、配置和调节等，应首先考虑人员的安全和事故发生时设备损坏最小；系统应有过压保护装置。3、液压系统设计与调整，应使冲击力最小。冲击力不致影响设备正常工作和引起危险。4、液压元件的使用应符合相应的实用特性、技术参数和性能的要求。5、液压元件的安装位置应能安全方便的进行操作和调整，液压元件的操作和调整应符合制造厂的规定。6、
