劉峰

摘 要：該文論述了用于大型風(fēng)電機組的功率可回收的電液比例偏航阻尼裝置，它是一種新型偏航阻尼裝置，介紹了其工作原理及其構(gòu)成；當(dāng)風(fēng)機機艙偏航回轉(zhuǎn)時，它驅(qū)動一由電液比例溢流閥加載的“液壓泵-液壓馬達組合”，由它為機艙在偏航時施以阻尼力矩，其阻尼力矩可以通過給電液比例閥發(fā)出的指令來改變，以使機艙的廻轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)達到最佳的效果，而且驅(qū)動液壓泵的功率可以大部分回收，減少了發(fā)熱。該偏航阻尼裝置為大型風(fēng)電機組偏航制動系統(tǒng)增添了一種新的阻尼方式，經(jīng)試驗證明取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：偏航制動 液壓加載 電液比例溢流閥 雙出軸偏航電機

中圖分類號：TU923 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）01（b）-0-02

風(fēng)力發(fā)電機組是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的機械設(shè)備。目前，大型風(fēng)力發(fā)電機組向大功率、高效率、高可靠性方向發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電機組的制動系統(tǒng)的性能影響著風(fēng)電機組的運行情況；該文首先針對目前一些風(fēng)力發(fā)電機組偏航制動系統(tǒng)易發(fā)生的問題進行了分析并提出了可行的解決措施，具有實用的參考價值[1]。

偏航系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機組不可缺少的組成部分。它是一個較復(fù)雜的自動控制系統(tǒng)，其中偏航制動的性能尤為重要，偏航制動的功能是使偏航停止及偏航運動過程中產(chǎn)生一定的阻尼力矩，使機艙平穩(wěn)轉(zhuǎn)動。

當(dāng)前國內(nèi)國外的大型和特大型風(fēng)電機組的偏航制動機構(gòu)均是由多組鉗盤式液壓制動器和一個大直徑的制動盤構(gòu)成，即將多個液壓制動器固定在迴轉(zhuǎn)的機艙座上，而制動盤則被固定在風(fēng)機的塔架上，當(dāng)機艙做偏航迴轉(zhuǎn)（俗稱對風(fēng)）時依靠制動器的摩擦片與制動盤之間的摩擦產(chǎn)生的的摩擦阻力矩（稱阻尼力矩）使機艙平穩(wěn)的轉(zhuǎn)動。這種傳統(tǒng)的靠摩擦對機艙產(chǎn)生阻尼力矩的方式，在實際運行中存在著下列需要解決的問題：（1）鉗盤式液壓制動器的摩擦副磨損較嚴重，需經(jīng)常更換摩擦片；（2）摩擦全部轉(zhuǎn)換為熱能無法再回收利用；（3）在偏航運動過程中由于摩擦產(chǎn)生強烈的噪聲乃至振動；（4）阻尼力矩一旦設(shè)定后（即輸給液壓制動器的壓力不變）在偏航過程中不可調(diào)節(jié)。

針對這種情況，該文提出了不采用機械摩擦的方式對機艙回轉(zhuǎn)時產(chǎn)生阻尼力矩，而采用液壓加載的方式對機艙產(chǎn)生反向力矩，來解決上述4個問題。

1 液壓加載的原理及功率回收

由于驅(qū)動機艙回轉(zhuǎn)的電機（稱偏航電機）是多個，這些電機被固定在可回轉(zhuǎn)的機艙座上，每個電機都通過自己的減速機的輸出軸端的齒輪與固定在風(fēng)機塔架上的大直徑齒圈的齒相嚙合，因此當(dāng)這些電機旋轉(zhuǎn)時則機艙就繞著大直徑齒圈的中心旋轉(zhuǎn)。這里偏航電機采用了雙出軸的電機，軸的一端接減速機的輸入端而另一端接一個液壓泵，該液壓泵利用電機的軸作為動力來源，將液壓泵加載后就會對機艙產(chǎn)生阻尼力矩。

液壓泵的加載可由節(jié)流閥（或溢流閥）或由液壓馬達加載，但是由閥加載時油液通過閥要發(fā)熱有能量損失，不能回收，因此該文提出用“液壓泵-液壓馬達機組”（見圖1）由電液比例溢流閥加載的方式為液壓泵加載對機艙產(chǎn)生阻尼力矩[2]，由于泵的輸出的油通向液壓馬達使其旋轉(zhuǎn)，而液壓馬達的軸與泵軸為同一個軸，這樣就可將液壓馬達的動能回輸給液壓泵，這就將多臺偏航電機驅(qū)動液壓泵所用能量的大部分回收了。這里功率回收必須是液壓馬達的排量要略小于液壓泵的排量，液壓泵的出口必須并聯(lián)一個電液比例溢流閥，由它給液壓泵載；圖1為“液壓泵-液壓馬達組合”圖片，圖2為該偏航阻尼裝置的外形圖片。

圖3表示了偏航阻尼裝置的液壓系統(tǒng)的組成和工作原理；當(dāng)液壓泵做正向旋轉(zhuǎn)時，液流的流向如圖4箭頭與線條、虛線所示，油液經(jīng)單向閥1-2被泵a口吸入，再由b口供出，再分兩路，一路進入液壓馬達c口驅(qū)動馬達旋轉(zhuǎn)，油液從d口排出再回到泵的吸油口，形成一個閉式循環(huán)，另一路經(jīng)單向閥2-1、比例溢流閥3流回油箱，由于馬達的排量小于泵的排量，泵和馬達又是同軸，則泵輸出的流量大于進入馬達的流量，而過剩的流量只能通過比例溢流閥3流回油箱，增加比例閥的輸入電流就可增加泵的出口的壓力，即增加了負載，調(diào)節(jié)輸入給比例閥的電流就可調(diào)節(jié)機艙回轉(zhuǎn)的阻尼力矩。反之，當(dāng)液壓泵反向旋轉(zhuǎn)時液流的流向如圖5中箭頭與線條、虛線所示，也由電液比例溢流閥3調(diào)節(jié)阻尼力矩。這里通過比例溢流閥的一小部分的流量要轉(zhuǎn)換為熱量損失掉了而大部分流量用于驅(qū)動液壓馬達做功輸給泵，則該部分動能被回收了[3]。

當(dāng)輸入給比例溢流閥的電流為零時，阻尼力矩為最小，此時風(fēng)電機組可處于解纜工況。

對于功率回收的效果做如下分析：若不設(shè)有液壓馬達功率回收時，液壓泵輸出的壓力油則全部溢流了，其損失的功率為：

N=PQ （1）

式（1）中，P為液壓泵輸出的壓力；Q為液壓泵輸出的流量。

若設(shè)有液壓馬達做功率回收時，則液壓泵輸出的功率N分為兩部：

N=N1+N2 （2）

式（2）中，N1為溢流損失的功率約10%N；N2為輸入給馬達的功率為90%N。其中N2部分的15%為機械損失和容積損失之和（液壓馬達的總效率為85%），則輸給液壓馬達的功率損失為0.9·0.15N=13.5%N，由此可得總損失為：

（10%+13.5 %）N=23.5%N

則功率回收占液壓泵輸出的功率的76.5%。

2 結(jié)論

該文提出的用于大型風(fēng)電機組的功率可回收的電液比例偏航阻尼裝置有如下的特點。

（1）采用液壓加載的方式產(chǎn)生阻尼力矩可以避免機械摩擦方式產(chǎn)生阻尼力矩出現(xiàn)的問題（如摩損、噪聲和振動等）。

（2）驅(qū)動液壓泵的功率大部分（大約76%）可回收再利用，可節(jié)省驅(qū)動偏航電機的功率。

（3）用液壓加載的方式產(chǎn)生的阻尼力矩的大小可以通過電液比例溢流閥來調(diào)節(jié)，即阻尼力矩與輸入給電液比例溢流閥的電信號成比例，以適應(yīng)風(fēng)況的變化。

該新型偏航阻尼裝置為大型風(fēng)電機組偏航制動系統(tǒng)增添了一種新的阻尼方式，經(jīng)試驗證明取得了良好的效果。目前國內(nèi)外尚屬少見。

參考文獻

[1] 姚興佳，宋俊.風(fēng)力發(fā)電機組原理與應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.

[2] 吳根茂.實用電液比例技術(shù)[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2003.

[3] 上海煤礦機械研究所編.液壓傳動設(shè)計手冊[M].上海：上海人民出版社，1988.