风力发电液压动力单元探究
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摘要：在新能源领域中，风力发电技术是其中最成熟的，也是最具前景的发电方式之一，应用前景广阔。在风力发电技术中，液压技术由于体积小、响应快，精度高的特点被广泛应用。本文主要介绍在风力发电机组中偏航刹车和高速轴刹车以及锁定装置的应用，并通过理论分析、原理讲解和实验数据进行详细的说明。通过实验数据表明，液压系统可以显著提高发电机组的稳定性和效率，减小风速对发电机组的冲击。
关键词：风力发电;液压制动;制动保压
一、引言
自新世纪以来，能源紧缺一直是全世界面临的重大难题。一方面石油化工燃料会产生大量的二氧化硫、二氧化碳等有害气体污染大气，灾害天气日益增多;另一方面石油化工燃料已经濒临枯竭。对新能源的开发迫在眉睫。
二、液压在风力发电技术中的应用
风能主要是贝兹理论的利用。风力发电设备是把空气动力学、机械以及控制等多方面的技术的集成。自新世纪石油危机以来，发达国家加快了对风力发电的研究，风电技术日益成熟，风力发设备也越来越大。由于体积十分庞大，就要求在发电过程中系统拥有大功率输出，精度控制可靠，占用空间小的特点。因此液压系统在风电中得到广泛应用。由于风速的增加，发电机组的叶片转速也会增大，这就需要可靠的制动系统，以免发生火灾或功率过大烧毁机组。
三、风力发电偏航刹车系统
偏航系统是风力发电机组中必不可少的功能，其功能是根据风向的变化调节偏航角度。
为风力发电偏航刹车系统，节流阀6为常闭状态，节流阀1为常开状态。当风向变化时，发电机组会自动偏航。此时两位三通电磁阀10通电，二位二通电磁阀7断电，风电刹车卡盘在溢流阀8的作用下保持5bar的压力，从而在偏航时机组运行平稳。当偏航缠绕时，需要自动解缆时则电磁阀7和10通电，当需要人工解缆时，则将节流阀6打开，进行人工解缆，可以有效减少偏航刹车的磨损。
偏航刹车的工作状态可以分为四种情况：
（1）偏航停止：节流阀1→单向阀2→节流阀3→两位三通换向阀10（断电）→过滤器12→液压缸13（刹车抱死状态）。
（2）偏航时：液压缸13→过滤器12→两位三通电磁阀10（通电）→溢流阀7→单向阀9。
（3）自动解缆时：液压缸13→过滤器11→二位二通电磁阀7（通电）→单向阀9。
（4）人工解缆时：液压缸13→过滤器12→节流阀6（打开）→单向阀9。
四、高速轴刹车
为了防止风速过快，烧坏发电机组，因此需要高速轴刹车系统。几乎所有风力发电都会讲刹车卡钳安装在高速轴上，如果装在低速轴上会增加力矩，不利于制动。刹车系统一般为一个卡钳。
当风速过大需要卡钳抱死时，电磁阀7的电磁铁得电，则油通过单向阀1，节流阀3，减压阀阀4，单向阀6，电磁阀7，进入液压缸12实现动作功能。蓄能器10是为了保压，当压力达到设定的压力时，压力开关9动作，通过电控系统控制系统的液压泵关闭，蓄能器保压。一般情况下，为了防止电机的频繁启动损坏部件，降低元器件的使用兽面，对系统造成伤害，因此要求保压168小时以上，压力下降不能超过最低值，因此就需要有良好的密封性。当风速过大，需要刹车时，液压泵启动，达到需要压力时，蓄能器保持压力，电磁阀通电完成刹车动作，不需要时，电磁阀7失电，蓄能器10以及油缸12的油回到油箱，解除刹车状态。
五、转子锁定装置
六、受力分析与强度校核
（一）安装前重力分析
此时油箱属于焊接件整体
1、2.手动换向阀3、4.液控单向阀5.溢流阀6、7.过滤器8.液压缸
油箱底面面积
集成块和电机泵组等的重力作用在油箱表面上。重力
接触面的面积为
则远小于碳钢的屈服强度207MPa。
远小于碳钢的屈服强度207MPa。
（二）吊装时的受力分析
吊装时，吊装板上的螺钉所受力为液压站所受的重力以及重力形成的力矩，油箱主要承受液压油的重力。因此可以简化为一根垂直的悬臂梁力的计算与校核：吊装时，吊装板的上端可以当成固定，F3为整个液压站的重量，M为液压站与螺钉连接处的力矩。
8.8级M10螺钉的屈服强度为。
（三）安装后的力分析
安装后，安装螺钉上承受液压站的重力和重力形成的力矩，油箱主要承受液压油的重力。受力分析可以简化为一根水平悬臂梁力的计算与校核：固定后，螺钉端看做固定，Fx为整个液压站的重量。
七、產品保压分析
风力存在着各种不可控的因素，因此就需要存在一定时间的保压来控制风速过大时机组不被损坏。同时当风力发电机组损坏时，无法供电需要保压来争取维修人员的修理时间，因此保压的分析就至关重要的。保压时对液压元件的泄露有较强的要求，因此至少保压24小时以上才可以整个系统的安全和不被过大的风速所损坏。同时由于风力发电机组大多在高原地带，保压过程中要承受低温对阀组的影响，对电机的干扰。
经过实验室分析得知在–40℃，保温8小时的情况，通电操作液压站用电建立压力到160bar的时间为1分55秒。液压降至140bar后再生到160bar，时间为15秒。且所有电磁阀均能正常开关，所有传感器输出信号完好，电机无异响。通过测试。在保压测试下，液压站保压情况良好，可以通过测试。
八、电磁干扰测试
在风力发电机组中，电磁干扰对电磁阀和传感器的影响较大。在实际操作中，阀和传感器的地线必须充分接地，若没能充分接地可能会影响传感器输出电流大小，进而影响传感器的精度，影响液压站寿命。若电磁阀不能动作，轻则会影响系统保压能力，重则那么会损坏风力发电机组。
通过静电防电抗扰度试验、射频电磁场辐射抗扰度试验、电快速瞬变脉冲群抗扰度试验、浪涌抗扰度试验、射频场感应的传到骚扰抗扰度、工频磁场抗扰度试验。来分析液压站抗电磁干扰能力的大小。 通过一系列试验之后，电磁阀及各类传感器均能通过试验，且性能良好，无任何损坏。
九、震动及冲击试验
通过模拟风机震动情况，来试验液压站的工作可靠性。通过三个轴向的震动，抖动频率接近于风机内部的频率，来测试各个元件的稳定性。试验完成后观察液压站建立壓力的时间，电磁阀的动作和传感器的信号，以及外观是否有损坏。
在震动耐久试验中，经过8分钟的振动测试，在振动过程中进行性能测试。共进行3次试验，通过验证系统建立压力的时间来验证系统性能的稳定性，螺钉的紧固性，是否有脱落情况。其中定频耐久试验的频率范围750Hz±50Hz，幅值10m/s2。耐久时间为30分钟。
冲击试验是模拟产品的安全性及可靠性的实验方法。规定脉冲，采用正弦波进行试验。通过模拟外部的冲击，来判定系统的抗冲击能力。在冲击的同时运行系统，观察系统运行是否稳定。
十、盐雾试验
盐雾试验是通过人工来模拟腐蚀环境的条件，从而达到检测金属的耐腐蚀性。通过480小时的盐雾腐蚀，模拟腐蚀情况。最终实验室数据表明，阀块通过表面处理在长时间高强度的工作下表面腐蚀情况良好，可以长时间稳定工作。
十一、实验数据分析
由于风力发电应用主要在高原地带，需要适应当地极寒以及低气压的气候，因此产品的可靠性成为能否大规模应用的必要条件。同时加入其它常规测试，以验证系统的稳定性。经过实验数据表明，系统具有良好的耐寒性、抗震能力、抗辐射干扰能力等，可以大规模使用。
十二、结论
本文详细介绍了风力发电机组的偏航刹车模块，高速轴刹车以及锁紧模块在风电中的应用。并通过实际液压原理图、理论分析、实验数据验证了系统的可行性。纵观全文我们可以看到，液压系统体积小，输出功率大的特点在风力发电机组中发挥着重要作用。此产品有利于提升我国风力发电行业技术水平，积累更多的国际市场竞争优势，促进行业的综合市场竞争力，带动行业实现产业升级，项目的研发，有利于增加就业机会，促进地区就业平衡，改善地区经济结构，促进产业结构升级与优化，提高地区经济发展水平。
参考文献
王承煦，张源.风力发电[M].北京：中国电力出版社，2003.
雷天觉.新编液压工程手册[M].北京：理工大学出版社，1998.
许福玲，陈尧明.液压与气压传动[M].北京：机械工业出版社，2000.
机械设计手册编委会.机械设计手册–液压传动与控制[M].北京：机械工业出版社，2007.
风电技术发展趋势及风力发电设备液压及密封应用.
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