關于大型風電機組的制動液壓系統的減壓回路的探討

劉峰

摘 要：風力發電機組是將風能轉化為電能的機械設備。目前，大型風力發電機組向大功率、高效率、高可靠性方向發展，液壓系統的減壓回路直接影響著風電機組的運行情況和發電量。文章針對大型風電機組制動液壓系統的減壓回路如何減少外泄漏、增加保壓時間和降低泵的啟動頻率等問題進行了分析研究，提出了在液壓系統的減壓回路中不采用傳統的用減壓閥來減壓（因它的外泄漏量大）而用“二位二通閥─壓力繼電器”組合成一個“減壓環節”來減壓（因該環節無外泄漏），從而增加了制動器的保壓時間，減小了用于補壓的蓄能器的容積，降低了泵的啟動頻率；同時研制出了與其相適應的新的液壓回路，通過試驗和實際應用，取得了良好的效果，并獲得了應用和推廣。

關鍵詞：壓力繼電器；外泄漏；減壓環節；蓄能器

中圖分類號：TM614 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）04-0054-02

Abstract： Wind turbine is a mechanical device that converts wind energy into electrical energy. At present， large wind turbine is developing towards high power， high efficiency and high reliability. The decompression circuit of hydraulic system directly affects the operation and power generation of wind turbine. This paper analyzes and studies how to reduce the leakage， increase the pressure holding time and reduce the starting frequency of the pump in the decompression circuit of the brake hydraulic system of the large wind turbine. It is proposed that the traditional pressure reducing valve （because of its large leakage） is not used in the pressure reducing circuit of hydraulic system， but the "two-position two-way valve-pressure relay" is combined into a "pressure reducing link" to reduce pressure （no external leakage）， thus increasing the pressure holding time of the brake. At the same time， a new hydraulic circuit adapted to the accumulator has been developed， and good results have been obtained through the test and practical application， and the application and popularization have been obtained.

Keywords： pressure relay； external leakage； decompression link； accumulator

1 概述

風力發電是綠色能源，中國風力發電的裝機容量和風電機組的數量占世界首位。目前，大型風力發電機組向大功率、高效率、高可靠性方向發展[1]，風力發電機組的制動系統的液壓系統性能影響著風電機組的運行情況，因此改進風力發電機組的制動系統的液壓系統是很有意義的。本文針對目前一些風力發電機組制動系統的液壓系統存在的需要改進的問題，如液壓系統中的減壓回路泄漏量較大，保壓時間短等問題進行了分析和試驗研究，提出了行之有效的解決措施。

由于風力發電機組的制動系統常是由多個回路組成且各回路的壓力又不同，對低壓回路通常是采用減壓閥來減壓，而減壓閥固有的特性必定存在外泄漏（如85ml/min），因此減壓回路要達到很好的保壓性能就有一定問題，若無外泄漏又能減壓保壓，這樣的回路應該是比較理想的回路[2]。本文提出了在液壓系統的減壓回路中用“二位二通閥─壓力繼電器”組合成一個“減壓環節”（因該環節無外泄漏）來替代具有減壓閥，從而增加了制動器的保壓時間，減小了用于補壓的蓄能器的容積，降低了泵的啟動頻率。

2 “二位二通閥─壓力繼電器”減壓回路的工作原理

目前傳統的制動液壓系統中的減壓回路如圖1所示。

其中5為減壓閥，當系統工作時，二位二通閥7和10的電磁鐵DT1和 DT2帶電，使閥7和10換向，啟動泵后液壓油經單向閥3、二位二通10、減壓閥5和單向閥6進入高速軸制動器8，實現制動并保壓；當DT1和 DT2斷電時，泵的供油被二位二通閥10切斷，高速軸制動器8中的油液經二位二通閥7流回油箱，制動器活塞由彈簧復位松閘。

由于油液經減壓閥5的調節降低了壓力，進入高速軸制動器，當降壓后的壓力若有增高時要通過泄油口放油而保持恒壓 因此必須有外泄漏，這就造成了回路保壓時間短，勢必重新再啟動泵或設置大容量蓄能器來補壓。

圖2為用“二位二通閥─壓力繼電器”組合成一個“減壓環節”的無泄漏的減壓回路圖，其工作原理如下：

圖中YJ連接了一個新設電路，YJ為一常閉式壓力繼電器，其它件號與圖1件號相同。

在上圖中于該減壓環節中的二位二通閥10的電磁鐵線圈串聯了一個常閉式壓力繼電器YJ，壓力繼電器油口接入制動器的壓力腔，由它感受壓力腔的油壓而動作，當系統工作時，DT1和DT2同時帶電，泵供給液壓油進入制動器壓力逐漸升高，當壓力達到壓力繼電器YJ設定的壓力Pj（即低于主油路的壓力）時，常閉觸點斷開，使DT1斷電，二位二通閥10復位，液壓油被二位二通閥10切斷，此時制動器處于低壓Pj的保壓工況（即抱閘），如果制動器壓力腔有泄漏而壓力下降時，（如降到0.95Pj）則壓力繼電器YJ的觸點閉合使DT1帶電，使二位二通閥10換向，接通高壓油使制動器壓力升高，一直達到Pj使壓力繼電器YJ的觸點斷開為止，如此循環達到減壓和保壓的目的。這樣，以“二位二通閥─壓力繼電器”替代減壓閥而組成的回路就可以滿足保壓時間長，泵的啟動頻率低和減小蓄能器的容積的目的[3]。

3 風電機組制動液壓系統的減壓回路的特點

針對企業存在的風電機組傳動系統設計過程中的問題，在分析其研究現狀和發展趨勢的基礎上，設計了風電機組減壓系統結構配置與布局優化的系統。通過分析該系統的體系結構，提出了該系統的功能模型。對傳動系統配置與布局系統結構中的各個子系統功能進行了詳細描述。

針對風力發電機組減壓傳動回路系統的層次性結構，引用基于產品功能結構單元的配置模板表達風電機組減壓傳動系統完全產品結構，構成類產品結構層次樹。通過系統工作時，DT1和DT2同時帶電，泵供給液壓油進入制動器壓力逐漸升高，當壓力達到壓力繼電器YJ設定的壓力Pj（即低于主油路的壓力）時，常閉觸點斷開，使DT1斷電，二位二通閥10復位等特點，比較客觀的解決了現有配置規則表達方法的優缺點及結合風電機組傳統系統設計基礎[4]，采用基于決策表的風電機組傳動系統知識表達方法，通過產品功能結構單元的實例化完成一定功能的傳動系統產品組件選擇配置過程。

針對風電機組減壓回路的傳動系統布局設計問題，分析了該優化問題的特點和求解策略，給出液壓油被二位二通閥10切斷，制動器處于低壓Pj的保壓工況（即抱閘），制動器壓力腔有泄漏而壓力下降時，則壓力繼電器YJ的觸點閉合使DT1帶電，使二位二通閥10換向，接通高壓油使制動器壓力升高，一直達到Pj使壓力繼電器YJ的觸點斷開為止，如此循環達到減壓和保壓的一種合作式協同進化的方法，將該法應用于風力發電機組實例模型中，完成減壓回路初始布局的基礎上確定產品的最終位置，最終結果驗證該布局算法的可行性和有效性。

在對減壓回路詳細分析的基礎上，分析了回路開發原理，論述了系統的運行環境和交互界面，開發實現了風電機組減壓回路結構配置與優化布局系統，通過該系統，企業可以大幅度地提高風力發電機組產品的研發效率，縮短產品設計周期，提高產品的質量，從而增強企業的市場競爭力。

4 結論

（1）本文提出的用“二位二通閥─壓力繼電器”組合成一個“減壓環節”來替代減壓閥，增加了制動器的保壓時間，減少了泵的啟動次數減，蓄能器的容積也可減小，這種改進是可行的，現已在風電機組的制動液壓系統中獲得了應用和推廣，取得了較好的效果。

（2）風力發電機組的制動系統的液壓系統性能影響著風電機組的運行情況，因此改進風力發電機組的制動系統的液壓系統是很有意義的，二位二通閥+壓力繼電器組合的“減壓環節”這種減壓方式可以推廣到其它具有減壓要求的液壓回路中，可以擴大應用范圍，從而增強企業的市場競爭力。

參考文獻：

[1]施鵬飛.從世界發展趨勢展望我國風力發電前景[J].中國電力，2003，36（9）：54-62.

[2]韓德海.風力發電機組主軸系統的結構分析研究[D].重慶：重慶大學，2009.

[3]刁瑞盛，徐政，常勇.幾種常見風力發電系統的技術比較[J].能源工程，2006（2）：20-25.

[4]陳嚴.大型水平軸風力機傳動系統的動力學研究[J].太陽能學報，2003，24.