抗液壓沖擊的風(fēng)電機(jī)組液壓偏航剎車系統(tǒng)設(shè)計(jì)

程德蓉

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2016.18.067

摘 要：采用帶延時(shí)繼電器的小通徑換向電磁閥的組合作用來延長液壓缸換向時(shí)間的方法，設(shè)計(jì)了抗液壓沖擊的風(fēng)電機(jī)組液壓偏航剎車系統(tǒng)。分析了此液壓偏航剎車系統(tǒng)產(chǎn)生液壓沖擊的原因，建立了泄壓回路的數(shù)學(xué)模型。通過仿真實(shí)驗(yàn)表明，此設(shè)計(jì)能延長液壓缸的換向時(shí)間，能減小液壓沖擊且不會(huì)延長泄壓時(shí)間，驗(yàn)證了方案的可行性。

關(guān)鍵詞：偏航液壓剎車系統(tǒng) 液壓沖擊 組合延時(shí)換向電磁閥

中圖分類號(hào)：TP137.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）06（c）-0067-02

大中型風(fēng)電機(jī)組的主傳動(dòng)系統(tǒng)、安全控制系統(tǒng)、功率控制系統(tǒng)等基本都是用液壓系統(tǒng)來完成控制和動(dòng)力的傳遞[1-3]。風(fēng)電機(jī)組偏航系統(tǒng)是使風(fēng)輪始終處于較好的迎風(fēng)狀態(tài)，保障風(fēng)電機(jī)組的正常安全運(yùn)行和提供最大發(fā)電功率，是由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與剎車系統(tǒng)組成。其剎車系統(tǒng)通常由液壓回路控制制動(dòng)器來完成。當(dāng)偏航電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)停止時(shí)，剎車系統(tǒng)剎車制動(dòng)，液壓缸內(nèi)壓力急劇上升，為降低缸內(nèi)壓力，須通過換向閥換向進(jìn)行泄壓。液壓油壓的急劇變化易產(chǎn)生液壓沖擊，會(huì)對(duì)液壓元件、管道產(chǎn)生較大損害。對(duì)此，文章通過改變電磁閥通徑、采用帶延時(shí)的多個(gè)電磁閥的組合等方式改進(jìn)偏航剎車的液壓系統(tǒng)，以探尋更優(yōu)的解決方案。

1 風(fēng)電機(jī)組偏航液壓剎車系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了保證剎車制動(dòng)過程中的平穩(wěn)性，防止剎車制動(dòng)時(shí)機(jī)艙偏離風(fēng)向，風(fēng)電機(jī)組偏航系統(tǒng)的阻尼剎車裝置剎車盤呈對(duì)稱分布。剎車制動(dòng)力矩大小是通過調(diào)節(jié)剎車系統(tǒng)中電磁閥的開度來控制液壓油路流量和壓力的大小來實(shí)現(xiàn)的。為了減小液壓沖擊，采用小通徑的滑閥或小通徑組合延時(shí)換向電磁閥來延長液壓缸換向時(shí)間的方法，設(shè)計(jì)了1.5 MW風(fēng)電機(jī)組偏航液壓剎車系統(tǒng)，如圖1所示。偏航卸荷電磁換向閥18、19及延時(shí)繼電器20構(gòu)成的泄壓回路實(shí)現(xiàn)剎車制動(dòng)，18、19的通徑不同，受20控制而調(diào)節(jié)泄壓時(shí)間。當(dāng)風(fēng)向改變時(shí)，風(fēng)電機(jī)組自動(dòng)對(duì)風(fēng)，偏航剎車閥7通電，電磁閥18斷電，由于溢流閥10的作用系統(tǒng)保持一半余壓，使風(fēng)電機(jī)組比較平穩(wěn)地完成偏航。

2 剎車系統(tǒng)液壓沖擊分析

2.1 管內(nèi)液流速度突變引起的液壓沖擊

從液壓泵出口經(jīng)單向閥4、5與閥7相連的管道截面積為A，長度為，認(rèn)為液壓泵出口壓力恒定，電磁閥7通電時(shí)閥門開啟，管道內(nèi)液體的流速為，若不計(jì)壓力損失，則油液壓力均為；當(dāng)電磁閥7斷電時(shí)閥門關(guān)閉，緊靠閥門的液體立即停止運(yùn)動(dòng)。因此液體的動(dòng)能瞬時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，產(chǎn)生沖擊壓力形成沖擊波，并以速度由液壓泵出口向閥7入口傳播。根據(jù)能量守恒定律可得最大液壓沖擊力為： （1）

2.2 負(fù)載制動(dòng)引起的液壓沖擊

活塞以速度驅(qū)動(dòng)負(fù)載m運(yùn)動(dòng)，活塞和負(fù)載的總質(zhì)量為M。當(dāng)閥7斷電換向時(shí)出口關(guān)閉，因負(fù)載組件慣性作用，液壓缸有桿腔內(nèi)液體壓力急劇上升而使得負(fù)載組件受阻制動(dòng)。根據(jù)動(dòng)量定律可近似得到負(fù)載組件同側(cè)腔內(nèi)的沖擊壓力為： （2）

式中：為無桿腔有效面積；為負(fù)載制動(dòng)時(shí)間；，為負(fù)載制動(dòng)前的液流速度，為負(fù)載經(jīng)過時(shí)間后的速度。

由式（1）（2）得液壓沖擊力總和為：

（3）

4 仿真分析與結(jié)論

4.1 仿真參數(shù)設(shè)置

設(shè)置初始參數(shù)值為：活塞直徑φ=100 mm，活塞桿直徑φ=60 mm，活塞行程L=400 mm，=2×107 Pa，=N/m，= Pa，電磁閥18通徑φ3分別為0.5、1、1.2 mm，電磁閥19通徑φ4=1.2 mm，電磁閥閥芯軸向開度= mm。

4.2 不同泄壓系統(tǒng)MATLAB仿真

如圖2所示，曲線1是單個(gè)電磁閥，節(jié)流口直徑1 mm；曲線2、3是電磁閥18、19的組合，閥18的節(jié)流口直徑分別為0.5 mm、0.8 mm，閥19的節(jié)流口直徑為1 mm，在泄壓開始后2s時(shí)切換。從仿真曲線2、3可看出，電磁閥組（18、19）作用時(shí)曲線明顯變緩，特別是在壓力比較大的時(shí)候，這有利于減緩液壓沖擊。此方案可任意設(shè)置電磁閥18、19之間的控制時(shí)間，從而調(diào)節(jié)壓力變化曲線。

5 結(jié)語

由仿真實(shí)驗(yàn)可知：在滿足泄壓時(shí)間的前提下，應(yīng)該盡量選用小通徑閥；組合換向電磁閥可以有效控制泄壓壓力的下降速度，減小剎車泄壓時(shí)的液壓沖擊，且不會(huì)延長泄壓時(shí)間，因此文章對(duì)風(fēng)電機(jī)組液壓偏航剎車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有較好的抗液壓沖擊能力，是較合理的方案。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊爾莊.液壓技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用概況[J].液壓氣動(dòng)與密封，2006（2）：1-5.

[2] 孫勇.1.5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組液控技術(shù)研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2011.

[3] 李俊峰.中國風(fēng)電發(fā)展報(bào)告[R].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2008.

[4] 李守好.風(fēng)力發(fā)電裝置剎車系統(tǒng)及偏航系統(tǒng)智能控制研究[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2005.