風(fēng)力發(fā)電機(jī)液壓系統(tǒng)變槳中蓄能器的應(yīng)用及皮囊材料的選擇

黨繼平，關(guān)寶峰

（中廣核新能源控股有限公司內(nèi)蒙古分公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000）

風(fēng)力發(fā)電機(jī)液壓系統(tǒng)變槳中蓄能器的應(yīng)用及皮囊材料的選擇

黨繼平，關(guān)寶峰

（中廣核新能源控股有限公司內(nèi)蒙古分公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000）

在新能源兆瓦級(jí)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中，偏航及變槳系統(tǒng)有采用電驅(qū)動(dòng)或液壓驅(qū)動(dòng)，偏航制動(dòng)系統(tǒng)主要對(duì)風(fēng)機(jī)偏航齒輪平穩(wěn)運(yùn)行和風(fēng)機(jī)塔架振動(dòng)及壽命起著至關(guān)重要的作用。變槳系統(tǒng)主要對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的整個(gè)運(yùn)行保證風(fēng)機(jī)充分地利用風(fēng)能,提高效率,穩(wěn)定地輸出功率。文章中以液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，著重介紹液壓系統(tǒng)中蓄能器的應(yīng)用及皮囊材料的選用。蓄能器如何在液壓系統(tǒng)中定義儲(chǔ)存能量、吸收脈沖壓及在緊急情況下起到安全保護(hù)作用，并選用低溫工況下適合的橡膠材料。

風(fēng)機(jī)的變槳系統(tǒng)；液壓系統(tǒng)機(jī)構(gòu)；蓄能器；橡膠材料

1 偏航液壓制動(dòng)系統(tǒng)概要

偏航系統(tǒng)的方案有多種，偏航系統(tǒng)可分為被動(dòng)偏航系統(tǒng)和主動(dòng)偏航系統(tǒng)。被動(dòng)偏航系統(tǒng)偏航力矩由風(fēng)力產(chǎn)生，下風(fēng)向風(fēng)力發(fā)電機(jī)和安裝尾駝的上風(fēng)向風(fēng)力發(fā)電機(jī)的偏航屬于被動(dòng)偏航。主動(dòng)偏航系統(tǒng)應(yīng)用液壓機(jī)構(gòu)來(lái)使風(fēng)力發(fā)電機(jī)迎風(fēng)，如阻尼式偏航系統(tǒng)、帶有偏航制動(dòng)器的固定式偏航系統(tǒng)、軟偏航系統(tǒng)、阻尼自由偏航系統(tǒng)和可控自由偏航系統(tǒng)等。目前應(yīng)用最為普遍的偏航制動(dòng)器有兩種，一種是采用滑動(dòng)軸承的阻尼式偏航系統(tǒng)，另一種是采用液壓力驅(qū)動(dòng)的鉗盤式制動(dòng)器。根據(jù)所選制動(dòng)器型式配置液壓系統(tǒng)。偏航制動(dòng)器主要用于吸收風(fēng)向的不確定性對(duì)風(fēng)機(jī)偏航齒輪造成的沖擊載荷。

2 液壓變槳系統(tǒng)概要

變槳分為定槳距和變槳距。定槳距角的迎風(fēng)攻角時(shí)不能改變的，風(fēng)機(jī)的功率調(diào)節(jié)完全依靠槳葉的氣動(dòng)特性。

變槳距時(shí)指安裝在輪轂上的槳葉不時(shí)固定的，可通過控制技術(shù)改變其槳距角的大小。

在額定風(fēng)速以上或以下時(shí)，通過液壓系統(tǒng)中通過風(fēng)速計(jì)及轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)給PLC，由PLC信號(hào)輸出給比例閥控制油缸推動(dòng)槳葉變槳，控制槳葉的迎風(fēng)攻角。

3 液壓系統(tǒng)中的蓄能器應(yīng)用

常用蓄能器種類分為4種。彈簧式、皮囊式、隔膜式蓄能器、活塞式。

彈簧式:將液壓壓力轉(zhuǎn)換成彈簧的壓縮能,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)較為靈敏，但其容積較小，一般用于小容量，低壓力。

皮囊式:皮囊內(nèi)根據(jù)工況在內(nèi)充一定的氮?dú)鈮毫?，系統(tǒng)工作時(shí)，皮囊外部受液壓壓力，使皮囊內(nèi)氮?dú)怏w積壓縮，內(nèi)壓升高直至與外部壓力相等，響應(yīng)靈敏，一般用于大容量，中高壓工況下。

隔膜式蓄能器：工作原理與皮囊式相同，響應(yīng)極為靈敏，一般用于小容量，中高壓工況下。

活塞式蓄能器：工作原理利用缸筒內(nèi)壁中浮動(dòng)的活塞將液和氣分割開。優(yōu)點(diǎn)為壽命長(zhǎng)，更換密封件成本較低。缺點(diǎn)為響應(yīng)靈敏差，氣液混合性較大，另需注意保持油液的清潔，因油液過臟會(huì)對(duì)活塞密封環(huán)造成損壞。

4 蓄能器的功能

蓄能器(A1)功能：主要在風(fēng)機(jī)偏航制動(dòng)時(shí)，可以吸收制動(dòng)器與制動(dòng)盤會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)頻率，起到吸收脈沖壓力，從而保持制動(dòng)平穩(wěn)性從而提高偏航的穩(wěn)定性，增加偏航齒輪的使用壽命。同時(shí)還可起一定的存儲(chǔ)能量功能，能在發(fā)生故障時(shí)能提供足夠的制動(dòng)壓力，提供滿偏航制動(dòng)力。

蓄能器(A2)功能：液壓系統(tǒng)中主要起存儲(chǔ)能量，維持蓄能器A1壓力，液壓泵也采用始終處于保壓狀態(tài)，如此可起到減少電機(jī)啟動(dòng)次數(shù)，達(dá)到延長(zhǎng)液壓站電機(jī)和雙流泵的使用壽命目的。

蓄能器（A3）功能：安全缸主要功能在風(fēng)機(jī)緊急，危險(xiǎn)時(shí)，將槳葉順槳。如當(dāng)液壓系統(tǒng)油管破裂、系統(tǒng)故障超速時(shí)，無(wú)法進(jìn)行控制，此時(shí)緊急停機(jī)，風(fēng)機(jī)將利用蓄能器油壓將槳葉順槳。

5 蓄能器選型

文章以北中2MW風(fēng)機(jī)液壓系統(tǒng)為例，偏航蓄能器（A1）主要用于吸收高頻脈沖， 容積小，保持平穩(wěn)性，如此選用隔膜式蓄能器。

液壓系統(tǒng)主蓄能器（A2）主要用于補(bǔ)充各油路因泄漏造成的壓力下降，避免電機(jī)頻繁起動(dòng)工作，及使執(zhí)行元件快速響應(yīng)的功能，如此需選用大容積，響應(yīng)靈敏的皮囊式蓄能器。

變槳蓄能器（A3）主要用于在變槳時(shí)，起安全保護(hù)使用，在系統(tǒng)工作時(shí)槳壓力能儲(chǔ)存起來(lái)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障無(wú)法控制時(shí)，蓄能器釋放壓能，將槳葉順槳，如此需選用大容積，響應(yīng)靈敏的皮囊式蓄能器。

6 蓄能器皮囊材料選擇

丁腈橡膠（NBR）-丁二烯和丙烯晴的共聚體。特點(diǎn)是耐汽油和脂肪烴油類的性能特別好，僅次于聚硫橡膠、丙烯酸酯和氟橡膠，而優(yōu)于其他通用橡膠。耐熱性好，氣現(xiàn)常用橡膠材料有3種：

密性、耐磨及耐水性等均較好，粘結(jié)力強(qiáng)。缺點(diǎn)是耐寒及耐臭氧性較差，強(qiáng)力及彈性較低，耐酸性差，電絕緣性不好，耐極性溶劑性能也較差。使用溫度范圍：約－20℃～＋100℃。主要用于制造各種耐油制品，如膠管、密封制品等.

氟橡膠（FPM）是由含氟單體共聚而成的有機(jī)彈性體。其特點(diǎn)耐溫高可達(dá)300℃，耐酸堿，耐油性是耐油橡膠中最好的，抗輻射、耐高真空性能好；電絕緣性、機(jī)械性能、耐化學(xué)腐蝕性、耐臭氧、耐大氣老化性均優(yōu)良。缺點(diǎn)是加工性差，價(jià)格昂貴耐寒性差，彈性透氣性較低。使用溫度范圍：－20℃＋200℃。主要用耐高溫、耐化學(xué)腐蝕的密封材料、膠管或其他零件及汽車工業(yè)。

氯醚橡膠（ECO）由環(huán)氧氯丙烷均聚或由環(huán)氧氯丙烷與環(huán)氧乙烷共聚而成的聚合物。特點(diǎn)是耐脂肪烴及氯化烴溶劑、耐堿、耐水、耐老化性能極好，耐臭氧性、耐候性緊挨熱性、氣密性高。缺點(diǎn)是強(qiáng)力較低、彈性較差、電絕緣性不良。使用溫度范圍約-35℃～+140℃，可用作膠管、密封件、薄膜和容器襯里、油箱、膠輥，制造油封、水封等。

根據(jù)現(xiàn)風(fēng)場(chǎng)低高溫溫度范圍-30℃～100℃，選用氯醚橡膠（ECO）主要避免低溫工作皮囊破損。

7 結(jié)語(yǔ)

采用蓄能器的計(jì)算方案，經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用，可以滿足兆瓦級(jí)風(fēng)機(jī)應(yīng)用要求達(dá)到更高的安全運(yùn)行可靠性。

蓄能器作為一種液壓系統(tǒng)輔助裝置，在液壓系統(tǒng)中起到安全保護(hù)作用，其帶來(lái)的效果是明顯，所以必要經(jīng)一步完善蓄能器基本理論，為開發(fā)配套更大機(jī)型制動(dòng)系統(tǒng)做好準(zhǔn)備。

［1］魏喜新.x液壓技術(shù)手冊(cè)［M］.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2013.

［2］姚興佳.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組原理與應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

黨繼平（1985-），男，內(nèi)蒙古人，大學(xué)本科，助理工程師，主要研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化。