1 引言
液壓變槳距系統(tǒng)作為風(fēng)電機組的重要組成部分,對保證風(fēng)電機組的正常運行起著至關(guān) 重要的作用。在紅海灣風(fēng)電場V-47風(fēng)電機組2009 年全年液壓系統(tǒng)故障率為26.5%,在風(fēng)電機組的11 個系統(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)基本為液壓機械式,全部由各種閥門控制工作,其基本參數(shù)又難以測量、測準(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,在處理故障時又顯得參數(shù)太少,難以準(zhǔn)確判斷其真正故障點和發(fā)生的根本原因。所以,研究液壓的工作方式和計算其系統(tǒng)內(nèi)的實際參數(shù),對液壓理論、風(fēng)電機組實際運行和故障處理等,都有十分重要的意義。
液壓傳動是流體傳動的一種,是在密閉的系統(tǒng)內(nèi),利用油液作為工作介質(zhì)來實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化和傳遞動力的。由于液壓傳動方式變槳體積小、重量輕、自動調(diào)節(jié)平穩(wěn)精確等優(yōu)點,是兆瓦級以下功率的風(fēng)電機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),來實現(xiàn)機械變化和自動控制的。液壓系統(tǒng)是由各種元件組成所需要的各種控制回路,再由若干回路有機組合成為完成一定控制功能的傳動系統(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,就能達到變換的目的。
2 液壓系統(tǒng)管路中油液的流動狀態(tài)分析
液壓系統(tǒng)管路中油液的流動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)的液壓油抽取到儲壓罐中,此過程由液壓電機控制齒輪泵完成。在V-47 型風(fēng)電機組中,此過程每次僅為4 秒左右。其次是變槳系統(tǒng),在風(fēng)電機組運行狀態(tài)時,由比例閥控制油液的流向,推動液壓缸完成向正、負(fù)兩個方向變槳。最后由于風(fēng)電機組故障或人為停機,風(fēng)電機組將槳距角變?yōu)?6°時,由Y210A、Y210B 兩個電磁閥控制泄壓,完成變槳。液壓變槳基本由這三種相對獨立的動作系統(tǒng)組成,在每種系統(tǒng)工作時,其管路中的液壓油的流速和流動狀態(tài)不同,即層流和紊流,二者的流動阻力產(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)電機組液壓系統(tǒng)正常運行時,液壓油位的液體表面一般在泵進油的入口附近上下運動,公式(3)中的h較小,所以泵的真空度不會很大。但當(dāng)液壓系統(tǒng)漏油,油槽內(nèi)缺油時,液面下降就會使h 增高,增大泵的真空度。這種情況在運行時間較長的紅海灣風(fēng)電場是比較常見的,如果不登機檢查,是很難發(fā)現(xiàn)的。機組雖然可以運行,但是會產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象,破壞系統(tǒng)的連續(xù)性,增大噪音,同時泵的功率損耗也會有所增加。
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,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,液壓油的運動粘度為μ=32×10-6m2/s, 密度為ρ=0.9kg/m3,壓力損失不計Δpw=0。
設(shè)在兩斷面間流動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,認(rèn)為任取微小流束通流截面的速度相等,而實際上是不相等的,所以按分布均勻計算會引起誤差。因此需要對動能部分進行修正,設(shè)因流速不均勻引起的動能修正系數(shù)為a。經(jīng)理論和實驗測定,對圓管來說,a=1~2,紊流時取a=1.1,層流時取a=2。因此,實際液體的伯努利方程為: