风机液压机构原理
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风力发电机液压变桨系统简介全球投入商业运行的兆瓦级以上风力发电机均采用了变桨距技术,变桨距控制与变频技术相配合,提高了风力发电机的发电效率和电能质量,使风力发电机在各种工况下都能够获得最佳的性能,减少风力对风机的冲击,它与变频控制一起构成了兆瓦级变速恒频风力发电机的核心技术。
液压变桨系统具有单位体积小、重量轻、动态响应好、转矩大、无需变速机构且技术成熟等优点。
本文将对液压变桨系统进行简要的介绍。
风机变桨调节的两种工况风机的变桨作业大致可分为两种工况,即正常运行时的连续变桨和停止(紧急停止)状态下的全顺桨。
风机开始启动时桨叶由90°向0°方向转动以及并网发电时桨叶在0°附近的调节都属于连续变桨。
液压变桨系统的连续变桨过程是由液压比例阀控制液压油的流量大小来进行位置和速度控制的。
当风机停机或紧急情况时,为了迅速停止风机,桨叶将快速转动到90°,一是让风向与桨叶平行,使桨叶失去迎风面;二是利用桨叶横向拍打空气来进行制动,以达到迅速停机的目的,这个过程叫做全顺桨。
液压系统的全顺桨是由电磁阀全导通液压油回路进行快速顺桨控制的。
液压变桨系统液压变桨系统由电动液压泵作为工作动力,液压油作为传递介质,电磁阀作为控制单元,通过将油缸活塞杆的径向运动变为桨叶的圆周运动来实现桨叶的变桨距。
液压变桨系统的结构变桨距伺服控制系统的原理图如图1所示。
变桨距控制系统由信号给定、比较器、位置(桨距)控制器、速率控制器、D/A转换器、执行机构和反馈回路组成。
图1 控制原理图液压变桨执行机构的简化原理图如图2所示,它由油箱、液压动力泵、动力单元蓄压器、液压管路、旋转接头、变桨系统蓄压器以及三套独立的变桨装置组成,图中仅画出其中的一套变桨装置。
图2 液压原理图结束语液压变桨系统与电动变桨系统相比,液压传动的单位体积小、重量轻、动态响应好、扭矩大并且无需变速机构,在失电时将蓄压器作为备用动力源对桨叶进行全顺桨作业而无需设计备用电源。
风力发电机液压变桨系统简介全球投入商业运行的兆瓦级以上风力发电机均采用了变桨距技术,变桨距控制与变频技术相配合,提高了风力发电机的发电效率和电能质量,使风力发电机在各种工况下都能够获得最佳的性能,减少风力对风机的冲击,它与变频控制一起构成了兆瓦级变速恒频风力发电机的核心技术。
液压变桨系统具有单位体积小、重量轻、动态响应好、转矩大、无需变速机构且技术成熟等优点。
本文将对液压变桨系统进行简要的介绍。
风机变桨调节的两种工况风机的变桨作业大致可分为两种工况,即正常运行时的连续变桨和停止(紧急停止)状态下的全顺桨。
风机开始启动时桨叶由90°向0°方向转动以及并网发电时桨叶在0°附近的调节都属于连续变桨。
液压变桨系统的连续变桨过程是由液压比例阀控制液压油的流量大小来进行位置和速度控制的。
当风机停机或紧急情况时,为了迅速停止风机,桨叶将快速转动到90°,一是让风向与桨叶平行,使桨叶失去迎风面;二是利用桨叶横向拍打空气来进行制动,以达到迅速停机的目的,这个过程叫做全顺桨。
液压系统的全顺桨是由电磁阀全导通液压油回路进行快速顺桨控制的。
液压变桨系统液压变桨系统由电动液压泵作为工作动力,液压油作为传递介质,电磁阀作为控制单元,通过将油缸活塞杆的径向运动变为桨叶的圆周运动来实现桨叶的变桨距。
液压变桨系统的结构变桨距伺服控制系统的原理图如图1所示。
变桨距控制系统由信号给定、比较器、位置(桨距)控制器、速率控制器、D/A转换器、执行机构和反馈回路组成。
图1 控制原理图液压变桨执行机构的简化原理图如图2所示,它由油箱、液压动力泵、动力单元蓄压器、液压管路、旋转接头、变桨系统蓄压器以及三套独立的变桨装置组成,图中仅画出其中的一套变桨装置。
图2 液压原理图结束语液压变桨系统与电动变桨系统相比,液压传动的单位体积小、重量轻、动态响应好、扭矩大并且无需变速机构,在失电时将蓄压器作为备用动力源对桨叶进行全顺桨作业而无需设计备用电源。
风力发电机的构造及工作原理_风能发电的原理风力发电机是很多人都熟悉的发电机种类,但是大多数的人不清楚风力发电机是如何发电的。
下面一起来看看小编为大家整理的风力发电机的构造及工作原理,欢迎阅读,仅供参考。
风力发电机结构机舱:机舱包容着风力发电机的关键设备,包括齿轮箱、发电机。
维护人员可以通过风力发电机塔进入机舱。
机舱左端是风力发电机转子,即转子叶片及轴。
转子叶片:捉获风,并将风力传送到转子轴心。
现代600千瓦风力发电机上,每个转子叶片的测量长度大约为20米,而且被设计得很象飞机的机翼。
轴心:转子轴心附着在风力发电机的低速轴上。
低速轴:风力发电机的低速轴将转子轴心与齿轮箱连接在一起。
在现代600千瓦风力发电机上,转子转速相当慢,大约为19至30转每分钟。
轴中有用于液压系统的导管,来激发空气动力闸的运行。
齿轮箱:齿轮箱左边是低速轴,它可以将高速轴的转速提高至低速轴的50倍。
高速轴及其机械闸:高速轴以1500转每分钟运转,并驱动发电机。
它装备有紧急机械闸,用于空气动力闸失效时,或风力发电机被维修时。
发电机:通常被称为感应电机或异步发电机。
在现代风力发电机上,最大电力输出通常为500至1500千瓦。
偏航装置:借助电动机转动机舱,以使转子正对着风。
偏航装置由电子控制器操作,电子控制器可以通过风向标来感觉风向。
通常,在风改变其方向时,风力发电机一次只会偏转几度。
电子控制器:包含一台不断监控风力发电机状态的计算机,并控制偏航装置。
为防止任何故障(即齿轮箱或发电机的过热),该控制器可以自动停止风力发电机的转动,并通过电话调制解调器来呼叫风力发电机操作员。
液压系统:用于重置风力发电机的空气动力闸。
冷却元件:包含一个风扇,用于冷却发电机。
此外,它包含一个油冷却元件,用于冷却齿轮箱内的油。
一些风力发电机具有水冷发电机。
塔:风力发电机塔载有机舱及转子。
通常高的塔具有优势,因为离地面越高,风速越大。
现代600千瓦风汽轮机的塔高为40至60米。
风机动叶调节机构及工作原理我公司#5、6炉引、送风机均采用动叶可调轴流式风机。
#7、8炉送风机也采用动叶可调轴流式风机。
为了充分掌握动叶可调轴流式风机的动叶调节机构和工作原理,首先我们要了解动叶可调轴流式风机的有关特性。
一.引、送风机的结构:引、送风机由吸入烟风道、进气室、扩压器、叶轮、主轴、动叶调节机构、传动组、自动控制机构等部分组成。
二.引送风机的工作原理:引送风机的工作原理是基于机翼型理论:当气体以一个攻角α进入叶轮,在翼背上产生一个升力,同时必定在翼腹上产生一个大小相等方向相反的作用力使气体排出叶轮呈螺旋形沿轴向向前运动。
与此同时,风机进口处由于差压的作用,使气体不断地被吸入。
动叶可调轴流式风机,攻角越大,翼背的周界越大,则升力越大,风机的压差越大,风量则小。
当攻角达到临界值时,气体将离开翼背的型线而发生涡流,此时风机压力大,幅度下降,产生失速现象。
三.引送风机相关参数:四.引、送风机液压油系统图:五.引、送风机动叶调节机构工作原理:从液压调节机构来看,液压调节结构可分为两部分:一部分为控制头,它不随轴转动。
另一部分为油缸及活塞,它们与叶轮一起旋转,但活塞没有轴向位移,叶片装在叶柄的外端。
每个叶片用6个螺栓固定在叶柄上,叶柄由叶柄轴承支撑,平衡块与叶片成一定角装设,两者位移量不同,平衡块用于平衡离心力,使叶片在运转中成为可调。
液压调节机构的调节原理大致如下:1.当讯号从控制轴输入要求“+”向位移时分配器左移、压力油从进油管A经过通路2送到活塞左边的油缸,由于活塞无轴向位移,油缸左侧的油压就上升,使油缸向左移动,带动调节连杆偏移,使动叶片向“+”向位移。
与此同时,调节杆(反馈杆)也随着油缸左移,而齿条将带动控制轴的扇齿轮反时针转动,但分配器带动的齿条却要求控制轴的扇齿做顺时针转动因而调节杆就起到“弹簧”的限位作用。
当调节力大时,“弹簧”限不住位置,所以叶片仍向“+”向位移,即为叶片调节正终端位置,但由于“弹簧”的牵制作用,在一定时间后油缸的位移自动停止,由此可以避免叶片调节过大,防止小流量时风机进入失速区。
风力发电机组液压系统的组成导语:风力发电机使用两个驱动系统,即制动系统(偏转器和主轴一高速轴回转系统)和叶片角度控制及机舱偏转器回转控制系统。
风电液压系统风机是有许多转动部件的。
机舱在水平面旋转,随时跟风。
风轮沿水平轴旋转,以便产生动力。
在变桨矩风机,组成风轮的叶片要围绕根部的中心轴旋转,以便适应不同的风况。
在停机时,叶片尖部要甩出,以便形成阻尼。
液压系统就是用于调节叶片桨矩、阻尼、停机、刹车等状态下使用。
1、驱动系统风力发电机使用两个驱动系统,即制动系统(偏转器和主轴一高速轴回转系统)和叶片角度控制及机舱偏转器回转控制系统。
制动系统用液压控制,而叶片和偏转器的控制则用液压或电气驱动方式。
采用那一种传动的争论在风力发电机的设计中也不例外。
至于采用液压还是电气来控制叶片角度的输出功率、速度或频响,一般取决于制造厂家的经验而定。
2、变桨控制系统叶片角度(变桨)控制系统设计时主要应考虑当风力发电机遇到像台风等强风力时,机组能立即停止运行,以使电源中断,而此时的叶片需要控制在和风向相平行的位置上,确保叶片不再转动,电源中断后,机组的能量贮存系统开始工作,如液压蓄能器或蓄电池。
用液压控制时,用液压直线驱动器(液压缸),用电气控制时,采用电气回转式驱动器。
装在主轴内的液压直线驱动器,及停止时应用的蓄能器也装在轴内。
国外液压直线驱动器是将液压、电子、电气的优点融合在一起的液压直线驱动装置(Electro-hydraulicsystem),简称Hybrid系统,这种系统节能是值得提倡。
这种由液压缸、液压泵、AC马达、蓄能器、电磁阀、传感器和动力源组成的集成式电气液压伺服驱动系统具有动态性能好,输出功率大,电气安装性和维护性好等优点。
它可以降低液压系统的缺点,如漏油和油污染的影响,使可靠性得到显著提高,而当电力中断时,又能充分显示出液压传动的优点,即和液压缸串联的液压缸,从蓄能器获得供油,使叶片迎风面和风向平行,使叶轮停止转动。
目前在市场上比较常见的动叶调节轴流风机厂商有:豪顿华工程公司、沈阳鼓风机厂、上海鼓风机厂、成都电力设备总厂;豪顿华工程公司和沈阳鼓风机厂是使用同一种调节技术,其技术主要是来自丹麦,且目前的专利是属于英国豪顿公司,上海鼓风机厂的技术主要是来自德国TLT公司,成都电力设备总厂的技术主要是来自德国KKK公司,三种形式的调节机构都有各自的特点和优缺点,下面详细介绍三种调节形式的油路走向以及调节原理。
豪顿华、沈鼓液压调节机构(一次风机、送风机液压缸):1-拉叉 2-旋转油封 3-拉叉接头 4-限位螺栓 5-调节阀阀芯 6-调节臂部 7-错油孔 8-错油孔 9-弹簧 10-活塞 11-液压缸缸体 12-詛油孔 13-液压缸连接盘 14-调节盘 15-滑动衬套 16-旋转油封连接螺栓 17-端盖 18-连接螺栓 19-调节阀阀体 20-风机机壳21-连接螺栓2-(增压风机、引风机液压缸):此液压缸分为三部分:旋转油封、调节阀芯、主缸体,其功能主要如下:旋转油封:其作用是将高压油(P)、回油(O)、润滑油(T)引出或引入高速旋转的缸体,由一高速旋转的轴心和固定不动的壳体在滚动轴承的支撑下组成的,其精度很高,内泄不能太大,长期运行温度不能超过滚动轴承的承受温度。
国产的旋转油封使用寿命大概在2~3年左右,豪顿进口的旋转油封,其内部有W形弹簧垫片,可以保证旋转油封的轴向串动,此弹簧垫为豪顿专利,目前国内无法生产,只有豪顿公司可以生产,而且弹簧垫可以提高旋转油封的寿命,故进口的旋转油封价格高于国产旋转油封的10倍以上。
3-调节阀芯:它是一负遮盖换向阀。
在正常状态下(动叶不动),进油路(P)常开而回油路(O)常闭,润滑油路(T)常开;负遮盖方式使回油路有一很小的开口量,因而有一定的回油量来循环冷却缸体,此开口量的大小决定了在平衡状态下,液压油的油压;目前国产液压缸,由于加工精度的原因,无法在加工上实现,所以基本是在加工好液压缸后,通过使用来决定开口的大小,以保证工作油压;而豪顿生产的液压缸,其加工精度可以实现在机械加工上直接开口,此即为国产缸与进口缸直接的区别,在国产缸的调阀第二道槽的上边缘有一个小开口,为后期磨出来的,如果大家看到了,不要以为是加工缺陷或者磨损掉的,那个开口是故意留出来的,进口缸就不存在。
主缸体:主缸体是一个上下腔面积不等的差动缸,送风机、一次风机液压缸上下腔面积比为1:2,引风机、增压风机液压缸上下腔面积比为2:1,其这两种缸的形式不一样,后面会详细解释。
当上下腔同时进油的时候,由于压力一样,面积不一样,所以大腔收到的力大,膨胀,小腔的油通过詛油孔进入大腔,加剧了大腔的膨胀,这个时候,大腔为缸腔而小腔为泵功能向大腔供油,但大腔回油的时候,小腔有变为缸功能,这一特征使得双向运动的时间及对外作用力一致。
4-液压缸工作原理:(送风机、一次风机液压缸,特点:活塞固定,缸体动作,叶片的动作是通过缸体的移动来调节的,缺点:油缸的功率受到轮毂大小和工作油压大小的影响,功率受到限制;优点:相对移动的密封面只有活塞与缸体内壁、调节阀体和活塞两个地方,泄漏点较少,密封性好.)正常状体(平衡状态):叶片无调节,此时阀芯的位置使进油口(P)与小腔接通,回油口(O)关闭,但与大腔有个小切口,以保证循环冷却和较低的工作油压。
此时压力油从P口进入小腔,通过詛油孔,进入大腔,从回油的小切口,通过冷油器后回到油箱中,泄漏及润滑油的通过T口直接回油箱,工作油压的大小,由回油切口的大小来决定,一般都是在3~4MPa左右。
开启叶片:执行机构带动拉叉(旋转油封、调节阀芯)向左拉,此时P口与小腔接通,O口与大腔接通(全部接口,不是小切口),此时小腔进油,大腔回油,小腔膨胀(活塞是固定的)带动缸体向左移动,叶片往开方向走,由于阀体和缸体是一体的,缸体的移动也带动阀体的移动,使阀体与阀芯位置回到平衡时的位置。
关闭叶片:执行机构带动拉叉向右压,此时P口与大、小腔都接通,O口全部关闭(小切口都关闭),此时大小腔都进油,由于大腔的左右面积大,所以大腔膨胀,带动缸体向右移动,从而叶片往关方向走,缸体带动阀体向右走,使阀体与阀芯位置回到平衡时的位置。
(增压风机、引风机液压缸,特点:缸体固定,活塞动作,叶片的动作是通过活塞的移动来调节的,优点:缸体的大小不受轮毂内径的大小限制,可以把缸体做的较大,油缸的功率不受到轮毂大小和工作油压大小的影响,功率较大,所以比较适合用在增压风机,引风机等需较大功率的风机上,且采用缸外油循环来解决高温问题;缺点:相对移动的密封面比较多,有活塞与缸体内壁、调节阀体和缸活塞、活塞与缸体三个密封面,泄漏概率较大.)正常状体(平衡状态):叶片无调节,此时阀芯的位置使进油口(P)与小腔接通,回油口(O)关闭,但与大腔有个小切口,以保证循环冷却和较低的工作油压。
此时压力油从P口进入小腔,通过詛油孔,进入大腔,从回油的小切口,通过冷油器后回到油箱中,泄漏及润滑油的通过T口直接回油箱,工作油压的大小,由回油切口的大小来决定,由于缸体较大,受力面积大,一般都是在2~3MPa左右。
开启叶片:执行机构带动拉叉(旋转油封、调节阀芯)向左拉,此时P口与小腔接通,O口与大腔接通(全部接口,不是小切口),此时小腔进油,大腔回油,小腔膨胀(缸体是固定的)带动活塞向左移动,叶片往开方向走,由于阀体和活塞是一体的,活塞的移动也带动阀体的移动,使阀体与阀芯位置回到平衡时的位置。
关闭叶片:执行机构带动拉叉向右压,此时P口与大、小腔都接通,O口全部关闭(小切口都关闭),此时大小腔都进油,由于大腔的左右面积大,所以大腔膨胀,带动活塞向右移动,从而叶片往关方向走,活塞带动阀体向右走,使阀体与阀芯位置回到平衡时的位置。
上海鼓风机厂(TLT)液压调节机构上海鼓风机厂的动调机构是引进德国TLT公司的技术,其技术特点是伺服阀阀体和阀芯不随液压缸转动,其阀体是固定不动的,通过阀芯的相对移动来切换进回油管路,从而实现液压缸的动作。
与其他调节机构不同的是,TLT技术的调节过程由调阀移动和负反馈两个过程来实现调节。
液压缸结构:液压缸内的活塞由轴套及活塞轴的凸肩沿轴向定位。
液压缸可以在活塞上左右移动,但活塞不能作轴向移动。
为了防止液压缸左、右移动时,液压油从活塞与液压缸间隙处泄漏,活塞上装有两列带槽密封圈。
当叶轮旋转时,液压缸同步旋转,活塞由于护罩和活塞轴的旋转带动与叶轮一起作旋转运动。
风机在某工况下稳定工作时,活塞与液压缸无相对运动。
活塞轴中心装有定位轴,当液压缸左、右移动时会带动定位轴一起移动。
控制头等零件是静止不动的。
风机如在某工况下稳定工作时,动叶片也在某一角度下运转。
此时伺服阀将油道C和D的油孔关闭,活塞左右两侧的工作油无进油、回油,动叶片的角度固定不变。
液压缸的工作原理:在正常状态下,进回油管路均与液压缸切断,活塞位置固定不变。
关闭叶片时,电动头驱动控制盘7逆时针旋转,带动滑块12向右移动。
此时液压缸只随叶轮作旋转运动,定位轴1及与之相连的双面齿条8静止不动。
于是大齿轮10只能以A为支点,推动与之啮合的单面小齿条13往右移动。
压力油口与兰色油道相通,红色油道与回油口接通,压力油从兰色油道不断进入活塞3右侧的液压油缸内,使液压油缸不断向右移动。
活塞左侧液压油缸内的工作油从红色油道通过回油孔返回油箱。
液压油缸与叶轮上的每个动叶片的调节杆相连,当液压油缸向右移动时,动叶片的角度减小。
(反馈过程)当液压缸向右移动时,定位轴被带动同时向右移动。
但由于滑块不动,所以齿轮以B为支点,单面齿条向左移动。
这样又使伺服阀将油道兰色与红色油道的油孔关闭,液压油缸随之处在新的平衡位置不再移动。
而动叶片亦在关小的状态下工作,这就是反馈过程。
在反馈时齿轮带动指示轴旋转,将动叶片关小的角度显示出来。
增大动叶角度时.电动头带动控制轴顺时针旋转,带动滑块向左移动.此时,由于液压缸只随叶轮做旋转运动,所以定位轴及齿套静止不动.齿轮只能以A为支点,推动与之啮合的单面齿条向左移动,使压力油口与红色油口接通,兰色油口与回油口相连.压力油从红色油道不断进入活塞左侧的液压缸内,液压缸不断向左移动.同时活塞右侧液压缸内的工作油从兰色油道通过回油孔返回油箱,液压缸向左移动,动叶片的角度增大.(反馈过程)当液压缸向左移动时,定位轴也同时向左移动.齿轮以B为支点,齿条向右移动,于是伺服阀又将油道C和D的油孔关闭,动叶片又在新的角度下稳定工作.调节原理图:TLT液压伺服系统的特点:1﹑液压伺服系统是一个跟踪系统.液压缸的位置(输出)完全跟踪伺服阀口的位置(输入)而运动.2﹑液压伺服系统是一个力放大系统.推动伺服阀所需要的力很小,只需要几个N,但液压缸克服阻力,完成推动叶片转动的力则很大,可以达到25巴.推动液压缸的能量由液压泵提供.3﹑液压伺服系统是一个反馈系统.电动头旋转运动最终变成了齿条的直线运动,使伺服阀油口的缝隙发生变化,液压缸移动.而液压缸运动的结果又使油口缝隙保持原来的比例关系.使液压缸停止运动,这种作用称做负反馈.因为反馈是由于缸体和阀体的刚性连接而完成的,所以这种反馈又称为刚性负反馈.负反馈的结果总是输入信号变小以至消除.如果没有这个负反馈,液压缸是无法工作的.成都电力机械设备厂(KKK)液压调节机构成都电力机械厂根据我国电力工业的迫切需要,上世纪九十年代中期,分别对世界上各大著名的风机制造商的动调风机技术进行了调研对比,最终选择引进了代表着国际上最先进的动调轴流风机的设计、制造技术水平的德国KKK公司的AP动调轴流风机专有技术(简称AP风机)。
KKK技术的液压缸是结合了豪顿技术和德国TLT技术的优点,液压缸采用缸体静止,活塞动作的方式,这样液压缸的面积可以做的很大,不受轮毂内径大小的影响(这点和豪顿的增压引风机液压缸有相似之处),调节阀部分采用了调节阀与旋转油封相结合的设计,结构紧凑,安装的时候只需找正一次,安装方便。
但因为旋转油封和调节阀的结合设计,导致调节阀处精度较高,特别是密封的地方。
阀芯是跟随液压缸一起旋转,阀体相对壳体不旋转,只做前后轴向动作,从而使调节阀的设计要求更高。
液压缸工作原理:在平衡状态下,液压缸左右腔的进油及回油管路都切断,润滑油路开启,液压缸不动作。
当叶片需要开的时候,执行机构使调节阀体向左移动,这时右腔油路与进油口联通,左腔油路与回油口接通,右腔膨胀,面积变大,由于缸体是固定的,活塞就向左移动,由于阀芯与活塞是一体的,所以阀芯也向左移动,从而使调节阀阀芯和阀体的位置到平衡位置。
当叶片需要关的时候,执行机构使调节阀体向右移动,这时左腔油路与进油口联通,右腔油路与回油口接通,左腔膨胀,活塞向右移动,带动阀芯也向右移动,从而使阀芯与阀体回到平衡的位置。