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風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的液壓系統(tǒng)和剎車機(jī)構(gòu)是一個(gè)整體。在定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，液壓系統(tǒng)的主要任務(wù)是執(zhí)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的氣動(dòng)剎車和機(jī)械剎車；在變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，液壓系統(tǒng)主要控制變距機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速控制、功率控制，同時(shí)也控制機(jī)械剎車機(jī)構(gòu)。

1．定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的剎車機(jī)構(gòu)
1.1. 氣動(dòng)剎車機(jī)構(gòu)
氣動(dòng)剎車機(jī)構(gòu)是由安裝在葉尖的擾流器通過不銹鋼絲繩與槳葉根部的液壓油缸的活搴桿相聯(lián)結(jié)構(gòu)成的。擾流器的結(jié)構(gòu)如圖9所示。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，在液壓力的作用下，葉尖擾流器與槳葉主體部分精密地合為一體，組成完整的槳葉。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組需要脫網(wǎng)停機(jī)時(shí)，液壓油缸失去壓力，擾流器在離心力的作用下釋放并旋轉(zhuǎn)80?～90?形成阻尼板，由于葉尖部分處于距離軸最遠(yuǎn)點(diǎn)，整個(gè)葉片作為一個(gè)長的杠桿，使擾流器產(chǎn)生的氣動(dòng)阻力相當(dāng)高，足以使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在幾乎沒有任何磨損的情況下迅速減速，這一過程即為槳葉空氣動(dòng)力剎車。葉尖擾流器是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要制動(dòng)器，每次制動(dòng)時(shí)都是它起主要作用。

在葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，作用在擾流器上的離心力和彈簧力會(huì)使葉尖擾流器力圖脫離槳葉主體轉(zhuǎn)動(dòng)到制動(dòng)位置；而液壓力的釋放，不論是由于控制系統(tǒng)是正常指令，還是液壓系統(tǒng)的故障引起，都將導(dǎo)致擾流器展開而使葉輪停止運(yùn)行。因此，空氣動(dòng)力剎車是一種失效保護(hù)裝置，它使整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制動(dòng)系統(tǒng)具有很高的可靠性。

1.2. 機(jī)構(gòu)剎車機(jī)構(gòu)
如圖10示，機(jī)構(gòu)剎車機(jī)構(gòu)由安裝在低速軸或高速軸上的剎車圓盤與布置在四周的液壓夾鉗構(gòu)成。液壓夾鉗固定，剎車圓盤隨軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。剎車夾鉗有一個(gè)預(yù)壓的彈簧制動(dòng)力，液壓力通過油缸中的活塞將制動(dòng)夾鉗打開。機(jī)械剎車的預(yù)壓彈簧制動(dòng)力，一般要求在額定負(fù)載下脫網(wǎng)時(shí)能夠保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全停機(jī)。但在正常停機(jī)的情況下，液壓力并不是完全釋放，即在制動(dòng)過程中只作用了一部分彈簧力。為此，在液壓系統(tǒng)中設(shè)置了一個(gè)特殊的減壓閥和蓄能器，以保證在制動(dòng)過程中不完全提供彈簧的制動(dòng)力。

圖10 機(jī)構(gòu)剎車機(jī)構(gòu)

為了監(jiān)視機(jī)械剎車機(jī)構(gòu)的內(nèi)部狀態(tài)，剎車夾鉗內(nèi)部裝有溫度傳感器和指示剎車片厚度的傳感器。

2．定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的液壓系統(tǒng)
定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的液壓系統(tǒng)實(shí)際上是制動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要用來執(zhí)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的開關(guān)機(jī)指令。通常它由兩個(gè)壓力保持回路組成，一路通過蓄能器供給葉尖擾流器，另一路通過蓄能器供給機(jī)械剎車機(jī)構(gòu)。這兩個(gè)回路的工作任務(wù)是使機(jī)組運(yùn)行時(shí)制動(dòng)機(jī)構(gòu)始終保持壓力。當(dāng)需要停機(jī)時(shí)，兩回路中的常開電磁閥先后失電，葉尖擾流器一路壓力油被泄回油箱，葉尖動(dòng)作；稍后，機(jī)械剎車一路壓力油進(jìn)入剎車油缸，驅(qū)動(dòng)剎車夾鉗,使葉輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)。在兩個(gè)回路中各裝有兩個(gè)壓力傳感器，以指示系統(tǒng)壓力，控制液壓泵站補(bǔ)油和確定剎車機(jī)構(gòu)的狀態(tài)。

圖11 定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的液壓系統(tǒng)

圖11為FD43-600kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的液壓系統(tǒng)。由于偏航機(jī)構(gòu)也引入了液壓回路，它由三個(gè)壓力保持回路組成。

3．變距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的液壓系統(tǒng)
3.1. 液壓系統(tǒng)圖
變距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的液壓系統(tǒng)與定距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的液壓系統(tǒng)很相似，也由兩個(gè)壓力保持回路組成。一路由蓄能器通過電液比例閥供給槳葉變距油缸，另一路由蓄能器供給高速軸上的機(jī)械剎車機(jī)構(gòu)。圖12為VESTAS V39型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組液壓系統(tǒng)。

1. 油箱2.油位開關(guān)3.空氣濾清器4.溫度傳感器
   5.油泵6.聯(lián)軸器7.電機(jī)8.主模塊
   9.壓力測(cè)試口10.濾油器11.單向閥12.壓力傳感器
   13.溢流閥14.壓力表15.壓力表接口16.蓄能器
   17.節(jié)流閥18.可調(diào)節(jié)流閥19.電磁閥20.比例閥
   21.電磁閥22.減壓閥23.壓力開關(guān)24.先導(dǎo)止回閥

3.2. 液壓泵站
液壓泵站的動(dòng)力源是齒輪泵5，為變距回路和制動(dòng)器回路所共有。油泵安裝在油箱油面以下并通過聯(lián)軸器6，由油箱上部的電機(jī)驅(qū)動(dòng)。泵的流量變化根據(jù)負(fù)荷而定。
油泵由壓力傳感器12的信號(hào)控制。當(dāng)泵停止時(shí)，系統(tǒng)由蓄能器16保持壓力。系統(tǒng)的工作壓力設(shè)定范圍為130bar～145bar。當(dāng)壓力降至130 bar以下時(shí)，泵起動(dòng)；在145bar時(shí)，泵停止。在運(yùn)行、暫停和停止?fàn)顟B(tài)，泵根據(jù)壓力傳感器的信號(hào)自動(dòng)工作，在緊急停機(jī)狀態(tài)，泵被迅速斷路而關(guān)閉。
壓力油從泵通過高壓濾清器10和單向閥11-1傳送到蓄能器16。濾清器上裝有旁通閥和污染指示器，它在旁通閥打開前起作用。閥11-1在泵停止時(shí)阻止回流。緊跟在濾清器外面，先后有二個(gè)壓力表連接器(M1和M2)，它們用于測(cè)量泵的壓力或?yàn)V清器兩端的壓力降。測(cè)量時(shí)將各測(cè)量點(diǎn)的連接器通過軟管與連接器M8上的壓力表14接通。

溢流閥13-1是防止泵在系統(tǒng)壓力超過145bar時(shí)繼續(xù)泵油進(jìn)入系統(tǒng)的安全閥。在蓄能器16因外部加熱情況下，溢流閥13-1會(huì)限制氣壓及油壓升高。
節(jié)流閥18-1用于抑制蓄能器預(yù)壓力并在系統(tǒng)維修時(shí)釋放來自蓄能器16-1的壓力油。
油箱上裝有油位開關(guān)2，以防油溢出或泵在無油情況下運(yùn)轉(zhuǎn)。
油箱內(nèi)的油溫由裝在油池內(nèi)的PT100傳感器測(cè)得，出線盒裝在油箱上部。油溫過高會(huì)導(dǎo)致報(bào)警，以免在高溫下泵的磨損，延長密封的使用壽命。

3.3. 變距控制
變距控制系統(tǒng)的節(jié)距控制是通過比例閥來實(shí)現(xiàn)的。如圖13，控制器根據(jù)功率或轉(zhuǎn)速信號(hào)給出一個(gè)（-10～+10）V的控制電壓，通過比例閥控制器轉(zhuǎn)換成一定范圍的電流信號(hào)，控制比例閥輸出流量的方向和大小。虛線內(nèi)是帶控制放大器的比例閥，設(shè)有內(nèi)部LVDT位置傳感器反饋。變距油缸按比例閥輸出的方向和流量操縱槳葉節(jié)距在－5°～88°之間運(yùn)動(dòng)。為了提高整個(gè)變距系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，在變距油缸上也設(shè)有LVDT位置傳感器，如圖13所示。

在比例閥至油箱的回路上裝有1bar單向閥11-4。該單向閥確保比例閥T-口上總是保持1bar壓力，避免比例閥阻尼室內(nèi)的阻尼“消失”導(dǎo)至該閥不穩(wěn)定而產(chǎn)生振動(dòng)。
比例閥上的紅色LED(發(fā)光二極管)指示LVDT位移傳感器故障，LVDT位移傳感器輸出信號(hào)是比例閥上滑閥位置的測(cè)量值，控制電壓和LVDT位移傳感器信號(hào)相互間的關(guān)系，如圖13所示。
變距速度由控制器計(jì)算給出，以0°為參考中心點(diǎn)?？刂齐妷汉妥兙嗨俾实年P(guān)系如圖14所示。

3.4. 制動(dòng)機(jī)構(gòu)
制動(dòng)系統(tǒng)由泵系統(tǒng)通過減壓閥22供給壓力源。
蓄能器16-2確保能在即使沒有來自蓄能器16-1或泵的壓力情況下也能工作。
可調(diào)節(jié)流閥18-2用于抑制蓄能器16-2的預(yù)充壓力或在維修制動(dòng)系統(tǒng)時(shí)用于釋放來自的油。
壓力開關(guān)23-1是常閉的，當(dāng)蓄能器16-2上的壓力降低于15bar時(shí)打開報(bào)警。
壓力開關(guān)23-2用于檢查制動(dòng)壓力上升，包括在制動(dòng)器動(dòng)作時(shí)。
溢流閥13-2防止制動(dòng)系統(tǒng)在減壓閥22誤動(dòng)作或在蓄能器16-2受外部加熱時(shí)，壓力過高(23巴)。過高的壓力即過高的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，會(huì)造成對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的嚴(yán)重?fù)p壞。
液壓系統(tǒng)在制動(dòng)器一側(cè)裝有球閥，以便螺桿活塞泵在液壓系統(tǒng)不能加壓時(shí)用于制動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。打開球閥、旋上活塞泵，制動(dòng)卡鉗將被加壓，單向閥11-7阻止回流油向蓄能器16-2方向流動(dòng)。要防止在電磁閥21-2通電時(shí)加壓，這時(shí)制動(dòng)系統(tǒng)的壓力油經(jīng)電磁閥排回油箱，加不上來自螺桿活塞泵的壓力。在任何一次使用螺桿泵以后，球閥必須關(guān)閉。
（1）運(yùn)行/暫停/停機(jī)
開機(jī)指令發(fā)出后，電磁閥21-2通電后，制動(dòng)卡鉗排油到油箱，剎車因此而被釋放。
暫停期間保持運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)。
停機(jī)指令發(fā)出后，電磁閥21-2失電，來自蓄能器16-2的和減壓閥22壓力油可通過電磁閥21-2的3口進(jìn)入制動(dòng)器油缸，實(shí)現(xiàn)停機(jī)時(shí)的制動(dòng)。
（2）緊急停機(jī)
電磁閥21-2失電，蓄能器16-2將壓力油通過電磁閥21-2進(jìn)入制動(dòng)卡鉗油缸。制動(dòng)油缸的速度由節(jié)流閥17-4控制。
審核編輯 黃宇