自動卸壓的液壓閥集成單元

劉峰

摘 要：對于定槳矩風力發(fā)電機當它失速時，必須將由液壓缸控制的葉尖擾流器打開以使風機的轉速快速地降低，控制葉尖擾流器的液壓系統(tǒng)中設置的一個超壓爆破閥門，當驅動葉尖擾流器的液壓缸中的油壓自動迅速升高到使爆破閥門的金屬膜片破裂時，液壓缸中油壓才能迅速泄掉。文章論述了一種新型的可以自動地卸壓的液壓閥集成單元的構成和工作原理，通過試驗證明該液壓閥集成單元工作安全可靠，卸壓響應快，能滿足實際的需要，因此達到了滿意的效果。

關鍵詞：液壓閥集成單元；葉尖擾流器；蓄能器；先導閥；阻尼孔

中圖分類號：TH137 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）01-0050-03

Abstract： For the constant paddle moment wind turbine， when it stalls， the tip spoiler controlled by hydraulic cylinder must be turned on so that the rotating speed of the fan can be reduced rapidly， and an overpressure blasting valve is set in the hydraulic system of controlling tip spoiler. Only when the hydraulic pressure in the hydraulic cylinder driving the tip spoiler automatically rises rapidly enough to break the metal diaphragm of the blasting valve， the hydraulic pressure in the hydraulic cylinder can be released quickly. This paper discusses the structure and working principle of a new type of integrated unit of hydraulic valve which can automatically relieve pressure. The experiment proves that the integrated unit of hydraulic valve is safe and reliable in operation， quick in response to pressure relief， and can meet the actual needs. As a result， satisfactory results have been achieved.

Keywords： hydraulic valve integrated unit； tip spoiler； accumulator； pilot valve； damping orifice

1 概述

本文“自動卸壓的液壓閥集成單元”是用于定槳矩風力發(fā)電機組的空氣動力制動系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)中[1]。當風力發(fā)電機組失速時它可以使風力發(fā)電機組的轉速降下來保證風機的安全。

對于定槳矩風力發(fā)電機組而言，其風輪的葉片由主體部分和葉尖部分組成，葉尖部分可以繞一縱向軸（葉尖軸）旋轉90°，該旋轉部分稱為葉尖擾流器，它通過不銹鋼絲繩與液壓系統(tǒng)中的液壓缸的活塞桿連接，當風電機組處于正常運行狀態(tài)時，液壓缸的活塞桿在油壓的作用下通過不銹鋼絲繩拉緊葉尖擾流器，使葉尖部分與葉片主體部分精密地組合為一體[2]，形成一個完整的葉片，當風機的風輪失速而需要緊急制動時，液壓缸中的油壓必須能夠快速自動泄掉，使葉尖部分在其離心力和彈簧力的作用下迅速旋轉90°形成一個阻尼板，以使風機快速減速，保證風機的安全。

當前國內很多定槳矩風電機組，其控制葉尖擾流器的液壓系統(tǒng)中設置了一個超壓爆破閥門，當驅動葉尖擾流器的液壓缸中的油壓自動迅速升高到使爆破閥門的金屬膜片破裂時，液壓缸中油壓才能迅速泄掉，從而使葉尖擾流器阻尼板打開，則風機快速減速，確保安全[3]。然而這種閥的缺點是一次性不可重復使用的，此外，其爆破壓力又是不可調節(jié)的，這種閥尚未見到有國產件。針對這種情況，作者設計研制了一個帶有微型蓄能器的液壓閥集成單元，它完全可替代上述的超壓爆破閥門。

2 液壓閥集成單元的構成及工作原理

本單元由底塊F、先導式卸荷閥A、微型蓄能器B、測壓接頭C和螺紋插裝式截止閥D等構成，這些元件被安裝在一個底塊F上。圖1表示了該單元的構成和外形。

圖2為該液壓閥集成單元的工作原理圖。由圖2可見，P口與驅動擾流器的液壓缸的高壓腔（圖中未表）連通，高壓油分成兩路，一路經單向閥6，到卸荷閥A的柱塞7的左腔并進入蓄能器B中，另一路通過主閥芯1的阻尼孔2到先導閥3的左腔（也是柱塞7的右腔），當驅動葉尖擾流器的液壓缸高壓腔的油壓升高，但尚未達到調壓彈簧4設定的壓力值時，此時先導閥3未開啟，主閥芯1在復位彈簧力的作用下處在關閉狀態(tài)，同時柱塞7的左右兩端壓力相等，它處在一個液壓平衡狀態(tài)，當液壓缸高壓腔的油壓上升（風機失速時）達到高于調壓彈簧4的調定壓力值時，此時先導閥3開啟，高壓腔的油液經主閥芯1的阻尼孔2到先導閥3的閥口流回O腔，由于油液通過阻尼孔2的流動，則在主閥芯1上下兩端產生了壓力差，因此使主閥芯1開啟，此時于柱塞7左右兩端也產生了壓力差且柱塞7的有效作用面積設計成大于先導閥3的有效作用面積，則柱塞7額外施力于先導閥3，其力又大于調壓彈簧4的調定壓力值，這樣就加大了先導閥3的開口量，從而使主閥芯1的開口量增至最大，此時高壓腔的油就在無壓下泄流了。由于進入蓄能器B中的液壓油被單向閥封死，它始終保持高壓，則柱塞7額外的作用力也一直存在，因此主閥芯1的開口量保持最大，這樣，就達到了液壓缸高壓腔油無壓泄流的目的，從而使葉尖擾流器阻尼板打開，則風機快速減速，確保安全。

當打開截止閥D放掉充入蓄能器B中的油，則卸荷閥A復位。

3 蓄能器的選取

本液壓閥集成單元中的蓄能器作為一個輔助動力源[4]，其作用是給柱塞7左端提供大于調壓彈簧的力，并要始終保持。在選取蓄能器容積時要在滿足保壓的要求情況下盡量的小，以減輕液壓閥集成單元的重量。

5.5ml的油液足夠補充單向閥和柱塞可能的實際泄漏量，從而能保持柱塞7左端的壓力。自動卸壓的液壓閥集成單元通過卸壓將風機葉尖擾流器的阻尼板自動打開，使風機自動減速制動，葉尖部分與葉片主體部分精密地組合為一體，形成一個完整的葉片，當風機的風輪失速時能夠實現緊急制動。本液壓閥集成單元通過以上實驗參數的計算[5]，根據實際需要可以實現多種型號的液壓閥集成單元組合，本液壓閥集成單元經現場多次實驗證明工作安全可靠。

4 液壓閥集成單元的試驗

本液壓閥集成單元是在高校液壓實驗室搭建的實驗平臺，查詢了液壓工程手冊后為了能夠更好的達到實驗目的選取與實驗臺相匹配液壓元件，其中包括液壓泵、溢流閥、蓄能器以及插裝閥等液壓元件，為了能夠更好的達到實驗目的即使風機的轉速快速地降低，試驗中多次實驗由泵5向液壓缸充液，之后停泵，再用手動泵加壓，直到卸荷閥打開，使液壓缸高壓腔卸壓。實驗參數最后確定蓄能器容積：V0=0.075L，最高工作壓力Pmax=25Mpa，充氣壓力為P0=10Mpa（絕對壓力），系統(tǒng)最高工作壓力P2=16Mpa（絕對壓力），系統(tǒng)最低工作壓力P1=14Mpa（絕對壓力），蓄能器可利用的油液容積？駐V為5.5mL。通過實際情況的不斷改變和數據計算得出的試驗結果表明自動卸壓的液壓閥集成單元能夠快速卸壓，卸壓時間小于0.2秒，滿足實際的需要。

5 結論

（1）本液壓閥集成單元是一個自動安全保護裝置，當

風電機組的風輪超速或液壓系統(tǒng)失壓出現故障時，通過該裝置的卸壓將風機葉尖擾流器的阻尼板自動打開，使風機自動減速制動，經實驗證明工作安全可靠。

（2）與超壓爆破閥門相比，本液壓閥集成單元能重復使用，且卸荷壓力可以方便調節(jié)。

（3）本單元結構緊湊新穎，工作可靠，加工制造和安裝容易，國內外尚屬少見。

（4）本單元可以擴大應用范圍，用于有壓容器完全卸壓的領域。

參考文獻：

[1]雷天覺.液壓工程手冊[M].機械工業(yè)出版社，2005.

[2]官中范.液壓傳動系統(tǒng)[M].機械工業(yè)出版社，1996.

[3]姚興佳，宋俊.風力發(fā)電機組原理與應用[M].機械工業(yè)出版社，1997.

[4]劉濤，姜萬錄，王益群.液壓實驗中動態(tài)流量測試技術的現狀與展望[J].機床與液壓，2002，5：3-4.

[5]劉靜.協(xié)同進化算法及其應用研究[D].西安：西安電子科技大學，2004.