液壓系統(tǒng)管路中油液的流動(dòng)狀態(tài)

1 引言
　　液壓變槳距系統(tǒng)作為風(fēng)電機(jī)組的重要組成部分，對(duì)保證風(fēng)電機(jī)組的正常運(yùn)行起著至關(guān) 重要的作用。在紅海灣風(fēng)電場(chǎng)V-47風(fēng)電機(jī)組2009 年全年液壓系統(tǒng)故障率為26.5%，在風(fēng)電機(jī)組的11 個(gè)系統(tǒng)里所占權(quán)重比例最高，所以液壓系統(tǒng)已經(jīng)越來越受到重視。然而，液壓系統(tǒng)及其變槳系統(tǒng)基本為液壓機(jī)械式，全部由各種閥門控制工作，其基本參數(shù)又難以測(cè)量、測(cè)準(zhǔn)，僅憑估算是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，這樣就給我們了解液壓的工作方式和原理帶來了很大難度。而且，在處理故障時(shí)又顯得參數(shù)太少，難以準(zhǔn)確判斷其真正故障點(diǎn)和發(fā)生的根本原因。所以，研究液壓的工作方式和計(jì)算其系統(tǒng)內(nèi)的實(shí)際參數(shù)，對(duì)液壓理論、風(fēng)電機(jī)組實(shí)際運(yùn)行和故障處理等，都有十分重要的意義。
　　液壓傳動(dòng)是流體傳動(dòng)的一種，是在密閉的系統(tǒng)內(nèi)，利用油液作為工作介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化和傳遞動(dòng)力的。由于液壓傳動(dòng)方式變槳體積小、重量輕、自動(dòng)調(diào)節(jié)平穩(wěn)精確等優(yōu)點(diǎn)，是兆瓦級(jí)以下功率的風(fēng)電機(jī)組普遍采用的槳距控制方式。液壓系統(tǒng)是研究以高壓流體為能源介質(zhì)，來實(shí)現(xiàn)機(jī)械變化和自動(dòng)控制的。液壓系統(tǒng)是由各種元件組成所需要的各種控制回路，再由若干回路有機(jī)組合成為完成一定控制功能的傳動(dòng)系統(tǒng)，來完成能量的傳遞、轉(zhuǎn)換和控制。從原理上來說，液壓中的油液各處的壓強(qiáng)是基本一致的，這樣在平衡系統(tǒng)中，面積比較大活塞上施加的壓力較大，通過液體的傳遞，可以得到不同端上的不同壓力，就能達(dá)到變換的目的。
　　2 液壓系統(tǒng)管路中油液的流動(dòng)狀態(tài)分析
　　液壓系統(tǒng)管路中油液的流動(dòng)情況按照其工作性質(zhì)不同，分為3 種。首先是打壓系統(tǒng)，由液壓泵將油槽內(nèi)的液壓油抽取到儲(chǔ)壓罐中，此過程由液壓電機(jī)控制齒輪泵完成。在V-47 型風(fēng)電機(jī)組中，此過程每次僅為4 秒左右。其次是變槳系統(tǒng)，在風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，由比例閥控制油液的流向，推動(dòng)液壓缸完成向正、負(fù)兩個(gè)方向變槳。最后由于風(fēng)電機(jī)組故障或人為停機(jī)，風(fēng)電機(jī)組將槳距角變?yōu)?6°時(shí)，由Y210A、Y210B 兩個(gè)電磁閥控制泄壓，完成變槳。液壓變槳基本由這三種相對(duì)獨(dú)立的動(dòng)作系統(tǒng)組成，在每種系統(tǒng)工作時(shí)，其管路中的液壓油的流速和流動(dòng)狀態(tài)不同，即層流和紊流，二者的流動(dòng)阻力產(chǎn)生原因不同導(dǎo)致壓力損失的規(guī)律不同。
　　2.1 打壓系統(tǒng)的雷諾數(shù)與最大泵真空度
　　在V-47 型風(fēng)電機(jī)組液壓系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，液壓油位的液體表面一般在泵進(jìn)油的入口附近上下運(yùn)動(dòng)，公式（3）中的h較小，所以泵的真空度不會(huì)很大。但當(dāng)液壓系統(tǒng)漏油，油槽內(nèi)缺油時(shí)，液面下降就會(huì)使h 增高，增大泵的真空度。這種情況在運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)的紅海灣風(fēng)電場(chǎng)是比較常見的，如果不登機(jī)檢查，是很難發(fā)現(xiàn)的。機(jī)組雖然可以運(yùn)行，但是會(huì)產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象，破壞系統(tǒng)的連續(xù)性，增大噪音，同時(shí)泵的功率損耗也會(huì)有所增加。
　　首先由理想伯努利方程得：

　　上式的應(yīng)用條件是不可壓縮液體作恒定流動(dòng)，液體所受質(zhì)量力僅為重力。液壓泵的流量為Qv=8.5L/min，吸油管直徑d=18.43mm，液壓泵吸油口距離液面的高度為h=90.50mm，液壓油的運(yùn)動(dòng)粘度為μ=32×10-6m2/s， 密度為ρ=0.9kg/m3，壓力損失不計(jì)Δpw=0。
　　設(shè)在兩斷面間流動(dòng)的液體單位重量的能量損失為hw ；在推導(dǎo)理想液體伯努利方程時(shí)，認(rèn)為任取微小流束通流截面的速度相等，而實(shí)際上是不相等的，所以按分布均勻計(jì)算會(huì)引起誤差。因此需要對(duì)動(dòng)能部分進(jìn)行修正，設(shè)因流速不均勻引起的動(dòng)能修正系數(shù)為a。經(jīng)理論和實(shí)驗(yàn)測(cè)定，對(duì)圓管來說，a=1~2，紊流時(shí)取a=1.1，層流時(shí)取a=2。因此，實(shí)際液體的伯努利方程為：