風力發電液壓動力單元探究
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摘要：在新能源領域中，風力發電技術是其中最成熟的，也是最具前景的發電方式之一，應用前景廣闊。在風力發電技術中，液壓技術由于體積小、響應快，精度高的特點被廣泛應用。本文主要介紹在風力發電機組中偏航剎車和高速軸剎車以及鎖定裝置的應用，并通過理論分析、原理講解和實驗數據進行詳細的說明。通過實驗數據表明，液壓系統可以顯著提高發電機組的穩定性和效率，減小風速對發電機組的沖擊。
關鍵詞：風力發電;液壓制動;制動保壓
一、引言
自新世紀以來，能源緊缺一直是全世界面臨的重大難題。一方面石油化工燃料會產生大量的二氧化硫、二氧化碳等有害氣體污染大氣，災害天氣日益增多;另一方面石油化工燃料已經瀕臨枯竭。對新能源的開發迫在眉睫。
二、液壓在風力發電技術中的應用
風能主要是貝茲理論的利用。風力發電設備是把空氣動力學、機械以及控制等多方面的技術的集成。自新世紀石油危機以來，發達國家加快了對風力發電的研究，風電技術日益成熟，風力發設備也越來越大。由于體積十分龐大，就要求在發電過程中系統擁有大功率輸出，精度控制可靠，占用空間小的特點。因此液壓系統在風電中得到廣泛應用。由于風速的增加，發電機組的葉片轉速也會增大，這就需要可靠的制動系統，以免發生火災或功率過大燒毀機組。
三、風力發電偏航剎車系統
偏航系統是風力發電機組中必不可少的功能，其功能是根據風向的變化調節偏航角度。
為風力發電偏航剎車系統，節流閥6為常閉狀態，節流閥1為常開狀態。當風向變化時，發電機組會自動偏航。此時兩位三通電磁閥10通電，二位二通電磁閥7斷電，風電剎車卡盤在溢流閥8的作用下保持5bar的壓力，從而在偏航時機組運行平穩。當偏航纏繞時，需要自動解纜時則電磁閥7和10通電，當需要人工解纜時，則將節流閥6打開，進行人工解纜，可以有效減少偏航剎車的磨損。
偏航剎車的工作狀態可以分為四種情況：
?。?）偏航停止：節流閥1→單向閥2→節流閥3→兩位三通換向閥10（斷電）→過濾器12→液壓缸13（剎車抱死狀態）。
?。?）偏航時：液壓缸13→過濾器12→兩位三通電磁閥10（通電）→溢流閥7→單向閥9。
?。?）自動解纜時：液壓缸13→過濾器11→二位二通電磁閥7（通電）→單向閥9。
?。?）人工解纜時：液壓缸13→過濾器12→節流閥6（打開）→單向閥9。
四、高速軸剎車
為了防止風速過快，燒壞發電機組，因此需要高速軸剎車系統。幾乎所有風力發電都會講剎車卡鉗安裝在高速軸上，如果裝在低速軸上會增加力矩，不利于制動。剎車系統一般為一個卡鉗。
當風速過大需要卡鉗抱死時，電磁閥7的電磁鐵得電，則油通過單向閥1，節流閥3，減壓閥閥4，單向閥6，電磁閥7，進入液壓缸12實現動作功能。蓄能器10是為了保壓，當壓力達到設定的壓力時，壓力開關9動作，通過電控系統控制系統的液壓泵關閉，蓄能器保壓。一般情況下，為了防止電機的頻繁啟動損壞部件，降低元器件的使用獸面，對系統造成傷害，因此要求保壓168小時以上，壓力下降不能超過最低值，因此就需要有良好的密封性。當風速過大，需要剎車時，液壓泵啟動，達到需要壓力時，蓄能器保持壓力，電磁閥通電完成剎車動作，不需要時，電磁閥7失電，蓄能器10以及油缸12的油回到油箱，解除剎車狀態。
五、轉子鎖定裝置
六、受力分析與強度校核
（一）安裝前重力分析
此時油箱屬于焊接件整體
1、2.手動換向閥3、4.液控單向閥5.溢流閥6、7.過濾器8.液壓缸
油箱底面面積
集成塊和電機泵組等的重力作用在油箱表面上。重力
接觸面的面積為
則遠小于碳鋼的屈服強度207MPa。
遠小于碳鋼的屈服強度207MPa。
（二）吊裝時的受力分析
吊裝時，吊裝板上的螺釘所受力為液壓站所受的重力以及重力形成的力矩，油箱主要承受液壓油的重力。因此可以簡化為一根垂直的懸臂梁力的計算與校核：吊裝時，吊裝板的上端可以當成固定，F3為整個液壓站的重量，M為液壓站與螺釘連接處的力矩。
8.8級M10螺釘的屈服強度為。
?。ㄈ┌惭b后的力分析
安裝后，安裝螺釘上承受液壓站的重力和重力形成的力矩，油箱主要承受液壓油的重力。受力分析可以簡化為一根水平懸臂梁力的計算與校核：固定后，螺釘端看做固定，Fx為整個液壓站的重量。
七、產品保壓分析
風力存在著各種不可控的因素，因此就需要存在一定時間的保壓來控制風速過大時機組不被損壞。同時當風力發電機組損壞時，無法供電需要保壓來爭取維修人員的修理時間，因此保壓的分析就至關重要的。保壓時對液壓元件的泄露有較強的要求，因此至少保壓24小時以上才可以整個系統的安全和不被過大的風速所損壞。同時由于風力發電機組大多在高原地帶，保壓過程中要承受低溫對閥組的影響，對電機的干擾。
經過實驗室分析得知在–40℃，保溫8小時的情況，通電操作液壓站用電建立壓力到160bar的時間為1分55秒。液壓降至140bar后再生到160bar，時間為15秒。且所有電磁閥均能正常開關，所有傳感器輸出信號完好，電機無異響。通過測試。在保壓測試下，液壓站保壓情況良好，可以通過測試。
八、電磁干擾測試
在風力發電機組中，電磁干擾對電磁閥和傳感器的影響較大。在實際操作中，閥和傳感器的地線必須充分接地，若沒能充分接地可能會影響傳感器輸出電流大小，進而影響傳感器的精度，影響液壓站壽命。若電磁閥不能動作，輕則會影響系統保壓能力，重則那么會損壞風力發電機組。
通過靜電防電抗擾度試驗、射頻電磁場輻射抗擾度試驗、電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗、浪涌抗擾度試驗、射頻場感應的傳到騷擾抗擾度、工頻磁場抗擾度試驗。來分析液壓站抗電磁干擾能力的大小。 通過一系列試驗之后，電磁閥及各類傳感器均能通過試驗，且性能良好，無任何損壞。
九、震動及沖擊試驗
通過模擬風機震動情況，來試驗液壓站的工作可靠性。通過三個軸向的震動，抖動頻率接近于風機內部的頻率，來測試各個元件的穩定性。試驗完成后觀察液壓站建立壓力的時間，電磁閥的動作和傳感器的信號，以及外觀是否有損壞。
在震動耐久試驗中，經過8分鐘的振動測試，在振動過程中進行性能測試。共進行3次試驗，通過驗證系統建立壓力的時間來驗證系統性能的穩定性，螺釘的緊固性，是否有脫落情況。其中定頻耐久試驗的頻率范圍750Hz±50Hz，幅值10m/s2。耐久時間為30分鐘。
沖擊試驗是模擬產品的安全性及可靠性的實驗方法。規定脈沖，采用正弦波進行試驗。通過模擬外部的沖擊，來判定系統的抗沖擊能力。在沖擊的同時運行系統，觀察系統運行是否穩定。
十、鹽霧試驗
鹽霧試驗是通過人工來模擬腐蝕環境的條件，從而達到檢測金屬的耐腐蝕性。通過480小時的鹽霧腐蝕，模擬腐蝕情況。最終實驗室數據表明，閥塊通過表面處理在長時間高強度的工作下表面腐蝕情況良好，可以長時間穩定工作。
十一、實驗數據分析
由于風力發電應用主要在高原地帶，需要適應當地極寒以及低氣壓的氣候，因此產品的可靠性成為能否大規模應用的必要條件。同時加入其它常規測試，以驗證系統的穩定性。經過實驗數據表明，系統具有良好的耐寒性、抗震能力、抗輻射干擾能力等，可以大規模使用。
十二、結論
本文詳細介紹了風力發電機組的偏航剎車模塊，高速軸剎車以及鎖緊模塊在風電中的應用。并通過實際液壓原理圖、理論分析、實驗數據驗證了系統的可行性?？v觀全文我們可以看到，液壓系統體積小，輸出功率大的特點在風力發電機組中發揮著重要作用。此產品有利于提升我國風力發電行業技術水平，積累更多的國際市場競爭優勢，促進行業的綜合市場競爭力，帶動行業實現產業升級，項目的研發，有利于增加就業機會，促進地區就業平衡，改善地區經濟結構，促進產業結構升級與優化，提高地區經濟發展水平。
參考文獻
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風電技術發展趨勢及風力發電設備液壓及密封應用.
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