液压管束优化改造在国产液压变桨型风力发电机上的应用

摘要：液压管束是风力发电机组液压站系统重要组成部分，其性能的好坏直接决定着风力发电机的安全稳定性及风力发电机组的可利用率，风力发电机组原出厂的设计制造的液压管速投运时间长会造成管壁磨损严重，使风力发电机故障率偏高，而且渗漏大量油污造成资源浪费与污染环境，因此对某型2.0MW兆瓦风力发电机液压管束进行改造，提高液压系统运行的稳定性，文章就液压站管束改造关键技术在北重风力发电机应用。

关键词：液压管束、优化改造、提高可利用率

1、前言

某型风力发电机已运行九年多，由于运行时间长，风机液压系统不同程度存在阀件磨损、非金属件老化、液压密封件性能下降，液压油品质下降、部分液压件故障较多等问题，特别是轮毂至旋接器的 4 根液压油管（简称：管束），通过空心轴穿过，油管外径φ16mm，长约 4.2 米的无缝油管组成，从运行情况看，该管束常出现油管管壁被磨损的情况，导致油管渗漏油，需要更换管束油管，管束油管更换起来比较复杂，工序比较繁多，经过对液压管束易发生磨损的原因进行分析，是由于风力发电机的液压管束在空心轴内的固定措施不当所致。

2、液压站及其管束结构原理

风力发电机组的液压系统为变桨机构、主轴自动器和偏航自动器提供油压动力和控制，液压变桨机构分别由安全油缸和控制油缸两个部分组成，安全油缸驱动叶片在45度开合运动，控制油缸驱动叶片在45范围内的分合运动，叶片在安全缸和控制缸共同作用下实现90度的全范围开奖，在风力发电机运行期间控制油缸驱动叶片进行转速、功率调节变桨，安全油缸在风机的启动、停机以及超风速等紧急停机时驱动叶片变桨，对FD80-2000液压系统的设计如图1所示：

图1液压站设计

通过对变桨系统轮毂液压系统装配梳理，对轮毂液压结构进行系统分解，液压变桨系统轮毂组成及其控制关系如下图2图3所示：

图2控制回路

图3安全回路

（1）安全缸控制回路:通过泵及蓄能器向安全缸提供动力源，并通过换向阀（两电磁铁同时得失电）实现安全油缸的开桨和关桨动作。通过电磁阀实现安全油缸的差动功能。通过换向阀向控制缸回路补充流量，实现双泵合流的功能。在电磁阀失电时，二通插装阀闭锁功能取消，应急蓄能器通过二通插装阀向A路提供压力，实现应急关桨。

（2）控制缸控制回路:通过泵1及蓄能器向控制缸提供动力源，并通过比例阀实现控制油缸的动作，平衡阀保障控制油缸的动作平稳。通过换向阀以及溢流阀实现控制缸回路压力平衡。

（3）旁路过滤散热单元:旁路过滤散热单元，实现对油缸油液的散热和过滤功能，与各功能单元隔离，相互不影响。

（4）液压管束（图1中旋转接头到控制回路和安全回路中间部分）是液压系统推动液压缸运行，液压油经过旋转单元到轮毂内变桨缸之间的储存单元，如果液压管束有问题，无论是液压控制油缸还是液压安全油缸都不能正常开关，因此液压管束是风力发电机组液压变桨系统风力发电机组的重要部件。

3、液压管束改造分析

3.1液压管束存在的问题

(1)、设备厂家原采用的防油管束磨损的措施可靠性较差，管束在空心轴内没有可靠地受到约束。

(2)、油管管束细长，自身刚性低，在风力发电机开桨、变桨时，由于压力油的频繁冲击，细长油管会在空心轴内产生抖动，反复碰触空心轴内壁，长时间如此，致使油管护套磨损，进一步磨损会使金属油管发生液压油泄漏。

(3)、在风力发电机运转时由于油管管束自重和风力发电机振动，细长油管管束易弯曲，与空心轴内壁发生碰触，也可造成油管管束磨损。

(4)、 管束上原缠绕的胶带、海绵材料，经较长时间，大部分材料已发生粘连，在更换管束油管是拆解清理非常困难。

3.2液压管束技改的目的

（1）针对风机管束存在的问题，现采取有效措施，彻底消除风力发电机在运行过程中管束在空心轴内被磨损的隐患。

(2)改造设计加装管束支撑结构件，支撑结构件实现的功能，使管束在径向被可靠地约束，不会再有管束油管与空心轴内壁接触的可能。

(3)经过实施管束技改项目，做到确保彻底消除管束油管发生磨损的隐患，且可靠性有保证，经过在FD80-2000A型风力发电机上试装运行，已经逾期目标。

3.3 液压管束技改方案

已按设计的技改方案加工了支撑结构件（如图4管束支撑结构件布置示意图所示），结构件材料用硬树脂材料制作而成，每一个支撑点都安装要求精确测量制作，5个支撑点的位置也是经过反复测试调整优化到使管束无丝毫与空心轴接触的最佳位置。并在风机上进行了安装。根据支撑结构件在空心轴内的轴向分布，及支撑结构件在径向对液压油管的约束效果，此技改措施可彻底消除管束油管发生磨损的隐患，且可靠性得到保证。

(1)、需对现场管束长度、支撑点位置进行测量，包括空心轴各段内径、轴向长度、管束外径、油管周向分布等数据。

(2)、根据测量结果确定支撑结构件的结构形式、材料、配置数量，以及其他辅件的材料、结构，在加装的结构件应便于安装和拆卸。

(3)、作业时要清除管束原有的缠绕物，并清理干净空心轴内孔。

(4)、在通过空心轴的管束上装设数个 5 个支撑结构件，在管束上安装结构件时采取措施，以保持结构件不发生轴向窜动，采取有效的措施约束油管径向移动，确保油管被约束在结构件上。

(5)、轮毂处的大白盘，原来更换油管时需对大白盘穿管部位进行破拆，本技改项目设计加工1个大白盘用于作业周转，保留原有大白盘（需进行局部加工），在大白盘上附加结构件固定油管。

(6)、按设计的管束技改方案，在空心轴内装设数个支撑结构件，在大白盘处有结构件，几种规格的支撑结构件的配置及固定形式，确保油管不会发生接触性磨损，而且结构件便于安装，拆卸时也比较方便。

(7)、在对新管束进行回装时，管束外部不需要包裹缠绕其他材料，以免后续运行过程发生粘连。

(8)、最后对轮毂到旋接器的 4 根管束油管进行检查，油管有磨损的，或两端油管接头密封效果不好的，应更换新液压油管。

3.4液压管束改造实践成果

(1)、加装管束支撑结构5个，支撑结构件在空心轴内的轴向分布，支撑结构件在径向对液压管束有约束效果，可以彻底消除管束发生磨损的隐患，且可靠性有保证。

(2)、轮毂处增加大白盘，原更换油管时需对大白盘穿管处进行破拆，目前改造大白盘，在大白盘上附加结构件固定管束，确保管束不会发生磨损，且结构件更便于安装，拆卸时也比较方便

(3)、改造前三月液压站由于渗漏油故障为52次，改造后三个月液压站渗漏油故障频次为11次，管束改造后，能够彻底解决频繁出现的管束渗漏油故障，有效降低风机故障次数，减少风机故障停机时间，风机可利用率由治理前80%以下提升到98%以上。

图4管束支撑结构件布置示意图

4、结语

总而言之，在时代的发展当中，风力发电受到了社会各界的广泛关注，面对其发电过程中容易出现的各种问题以及潜在的各种风险，必须对风力机组精细化部件的要求会更加深入并不断改进，对工艺质量的要求会越来越高，特别是如何将风力发电机组关键部位技术规范的应用起来，指导生产过程的改进，将是今后质量管理工作的一项挑战，做好各个发电环节的监测和故障预防，从而有效保障风力发电系统的安全稳定运行。