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風力發電機組的液壓系統和剎車機構是一個整體。在定槳距風力發電機組中，液壓系統的主要任務是執行風力發電機組的氣動剎車和機械剎車；在變槳距風力發電機組中，液壓系統主要控制變距機構，實現風力發電機組的轉速控制、功率控制，同時也控制機械剎車機構。

1．定槳距風力發電機組的剎車機構
1.1. 氣動剎車機構
氣動剎車機構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結構成的。擾流器的結構如圖9所示。當風力發電機組正常運行時，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。當風力發電機組需要脫網停機時，液壓油缸失去壓力，擾流器在離心力的作用下釋放并旋轉80?～90?形成阻尼板，由于葉尖部分處于距離軸最遠點，整個葉片作為一個長的杠桿，使擾流器產生的氣動阻力相當高，足以使風力發電機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力剎車。葉尖擾流器是風力發電機組的主要制動器，每次制動時都是它起主要作用。

在葉輪旋轉時，作用在擾流器上的離心力和彈簧力會使葉尖擾流器力圖脫離槳葉主體轉動到制動位置；而液壓力的釋放，不論是由于控制系統是正常指令，還是液壓系統的故障引起，都將導致擾流器展開而使葉輪停止運行。因此，空氣動力剎車是一種失效保護裝置，它使整個風力發電機組的制動系統具有很高的可靠性。

1.2. 機構剎車機構
如圖10示，機構剎車機構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成。液壓夾鉗固定，剎車圓盤隨軸一起轉動。剎車夾鉗有一個預壓的彈簧制動力，液壓力通過油缸中的活塞將制動夾鉗打開。機械剎車的預壓彈簧制動力，一般要求在額定負載下脫網時能夠保證風力發電機組安全停機。但在正常停機的情況下，液壓力并不是完全釋放，即在制動過程中只作用了一部分彈簧力。為此，在液壓系統中設置了一個特殊的減壓閥和蓄能器，以保證在制動過程中不完全提供彈簧的制動力。

圖10 機構剎車機構

為了監視機械剎車機構的內部狀態，剎車夾鉗內部裝有溫度傳感器和指示剎車片厚度的傳感器。

2．定槳距風力發電機組的液壓系統
定槳距風力發電機組的液壓系統實際上是制動系統的執行機構，主要用來執行風力發電機組的開關機指令。通常它由兩個壓力保持回路組成，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械剎車機構。這兩個回路的工作任務是使機組運行時制動機構始終保持壓力。當需要停機時，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，葉尖動作；稍后，機械剎車一路壓力油進入剎車油缸，驅動剎車夾鉗,使葉輪停止轉動。在兩個回路中各裝有兩個壓力傳感器，以指示系統壓力，控制液壓泵站補油和確定剎車機構的狀態。

圖11 定槳距風力發電機組的液壓系統

圖11為FD43-600kW風力發電機組的液壓系統。由于偏航機構也引入了液壓回路，它由三個壓力保持回路組成。

3．變距風力發電機組的液壓系統
3.1. 液壓系統圖
變距風力發電機組的液壓系統與定距風力發電機組的液壓系統很相似，也由兩個壓力保持回路組成。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械剎車機構。圖12為VESTAS V39型風力發電機組液壓系統。

1. 油箱2.油位開關3.空氣濾清器4.溫度傳感器
   5.油泵6.聯軸器7.電機8.主模塊
   9.壓力測試口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.節流閥18.可調節流閥19.電磁閥20.比例閥
   21.電磁閥22.減壓閥23.壓力開關24.先導止回閥

3.2. 液壓泵站
液壓泵站的動力源是齒輪泵5，為變距回路和制動器回路所共有。油泵安裝在油箱油面以下并通過聯軸器6，由油箱上部的電機驅動。泵的流量變化根據負荷而定。
油泵由壓力傳感器12的信號控制。當泵停止時，系統由蓄能器16保持壓力。系統的工作壓力設定范圍為130bar～145bar。當壓力降至130 bar以下時，泵起動；在145bar時，泵停止。在運行、暫停和停止狀態，泵根據壓力傳感器的信號自動工作，在緊急停機狀態，泵被迅速斷路而關閉。
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在泵停止時阻止回流。緊跟在濾清器外面，先后有二個壓力表連接器(M1和M2)，它們用于測量泵的壓力或濾清器兩端的壓力降。測量時將各測量點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是防止泵在系統壓力超過145bar時繼續泵油進入系統的安全閥。在蓄能器16因外部加熱情況下，溢流閥13-1會限制氣壓及油壓升高。
節流閥18-1用于抑制蓄能器預壓力并在系統維修時釋放來自蓄能器16-1的壓力油。
油箱上裝有油位開關2，以防油溢出或泵在無油情況下運轉。
油箱內的油溫由裝在油池內的PT100傳感器測得，出線盒裝在油箱上部。油溫過高會導致報警，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
變距控制系統的節距控制是通過比例閥來實現的。如圖13，控制器根據功率或轉速信號給出一個（-10～+10）V的控制電壓，通過比例閥控制器轉換成一定范圍的電流信號，控制比例閥輸出流量的方向和大小。虛線內是帶控制放大器的比例閥，設有內部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距在－5°～88°之間運動。為了提高整個變距系統的動態性能，在變距油缸上也設有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的阻尼“消失”導至該閥不穩定而產生振動。
比例閥上的紅色LED(發光二極管)指示LVDT位移傳感器故障，LVDT位移傳感器輸出信號是比例閥上滑閥位置的測量值，控制電壓和LVDT位移傳感器信號相互間的關系，如圖13所示。
變距速度由控制器計算給出，以0°為參考中心點。控制電壓和變距速率的關系如圖14所示。

3.4. 制動機構
制動系統由泵系統通過減壓閥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。
可調節流閥18-2用于抑制蓄能器16-2的預充壓力或在維修制動系統時用于釋放來自的油。
壓力開關23-1是常閉的，當蓄能器16-2上的壓力降低于15bar時打開報警。
壓力開關23-2用于檢查制動壓力上升，包括在制動器動作時。
溢流閥13-2防止制動系統在減壓閥22誤動作或在蓄能器16-2受外部加熱時，壓力過高(23巴)。過高的壓力即過高的制動轉矩，會造成對傳動系統的嚴重損壞。
液壓系統在制動器一側裝有球閥，以便螺桿活塞泵在液壓系統不能加壓時用于制動風力發電機組。打開球閥、旋上活塞泵，制動卡鉗將被加壓，單向閥11-7阻止回流油向蓄能器16-2方向流動。要防止在電磁閥21-2通電時加壓，這時制動系統的壓力油經電磁閥排回油箱，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，球閥必須關閉。
（1）運行/暫停/停機
開機指令發出后，電磁閥21-2通電后，制動卡鉗排油到油箱，剎車因此而被釋放。
暫停期間保持運行時的狀態。
停機指令發出后，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口進入制動器油缸，實現停機時的制動。
（2）緊急停機
電磁閥21-2失電，蓄能器16-2將壓力油通過電磁閥21-2進入制動卡鉗油缸。制動油缸的速度由節流閥17-4控制。
審核編輯 黃宇