基于AMESim的兆瓦级风力发电机液压偏航系统仿真研究

液压气动与密封2015年第05期DOI103969ISSN10080813201505009基于AMESIM的兆瓦级风力发电机液压偏航系统仿真研究闫利文，艾存金，谢辉，王福山1天津职业技术师范大学天津市高速切削与精密加工重点实验室，天津300222；2天津市精研工程机械传动有限公司，天津300409；摘要以兆瓦级风力发电机液压偏航系统为研究对象，介绍了液压偏航系统的结构、组成及原理。针对现有的兆瓦级风力发电机液压偏航制动系统存在的压力上升速度快，液压系统冲击较大、稳定性差的问题，提出蓄能器配合阻尼孑L的解决方案，采用AMESIM软件建立了液压系统模型和改进后的模型，分析改进前后制动液压缸的压力和位移输出曲线，验证了改进后的系统的合理性。关键词风力发电机；液压；偏航制动系统；AMESIM中图分类号TH137文献标志码A文章编号10080813201505002604SIMULATIONSTUDYONTHEHYDRAULICYAWBRAKESYSTEMOFMEGAWARWINDTURBINEBASEDONAMESIMYANLIWEN，AICUNJIN，XIEHUI2，WANGFUSHAH1TIANJINUNIVERSITYOFTECHNOLOGYANDEDUCATIONCOLLEGEOFMECHANICALENGINEERING，300222TIANJIN，CHINA；2TIANJINJINGYANCONSTRUCTIONMACHINERYTRANSMISSIONCO，LTD，TIANJIN300409，CHINAABSTRACTTAKEDTHEHYDRAULICYAWBRAKESYSTEMOFMEGAWATTWINDTURBINEASTHERESEARCHOBJECT，INTRODUCEDTHESTRUCTURE，COMPOSITIONANDPRINCIPLEOFITFORTHEEXISTINGMEGAWATTWINDTURBINEYAWBRAKEHYDRAULICSYSTEMHASTHEPROBLEMOFPRESSURERISESQUICKLY,FORTHEEXISTINGOFTHEMWCLASSWINDTURBINEYAWBRAKEHYDRAULICSYSTEMPRESSURERISESQUICKLY,THELARGEIMPACTOFHYDRAULICSYSTEM，POORSTABILITY,PROPOSEDTHESOLUTIONENERGYSTORAGEWITHDAMPINGHOLES，USEDAMESIMSOFTWARETOESTABLISHOFTHEMODELOFTHEHYDRAULICSYSTEMANDTHEIMPROVEDMODEL，ANALYSISEDTHEPRESSUREANDDISPLACEMENTCURVEOFTHEBRAKEHYDRAULICCYLINDERBEFOREANDAFTERTHEIMPROVEMENT，TOVERIFYTHERATIONALITYOFTHEIMPROVEDSYSTEMKEYWORDSWINDTURBINE；HYDRAULIC；YAWBRAKESYSTEM；AMESIM0引言液压偏航系统是风力发电机整体液压系统的关键部分，直接保障了风力发电机偏航、全压制动和自动解缆过程的安全运行。随着风力发电机的整装机容量不断增大，对液压偏航系统的工作要求越来越高，当风况变化需要风轮重新对风或侧风时，偏航系统必须能够平稳安全地实现其功能N1。文章针对现有液压偏航系统冲击大、稳定性低的问题，提出蓄能器配合节流孔控制系统制动器的流量与压力的方案改进，并采用AMESIM软件对方案进行了研究，验证了其可行性。1兆瓦级风力发电机液压偏航刹车系统风力发电机液压偏航制动系统如图L所示，偏航系基金项目天津市科技计划支撑项目12ZCZDGX04100收稿日期20150212作者简介闫利文1967一，男，内蒙古凉城人，教授，博士，研究方向为机电液一体化。26统有三种工况，分别为全压制动、半压偏航和自动解缆，其各自T作原理如下1全压制动风力发电机正常工作时，需要偏航系统保持制动，防止机舱转动，此时阀61、62失电，刹车制动器在最大压力下夹紧车盘，将机舱与塔座固定。2半压制动随着风况变化，需要调整风轮与风向的夹角时，液压偏航系统开始动作，阀61得电，62失电，液压系统的偏航制动输出压力降至原压力的一半，偏航驱动电机动作，系统半压的存在保证了系统偏航过程的平稳可控。偏航过程结束后，全压制动重新投入。3自动解缆风力发电机由于频繁的对风，会出现机舱外拖电缆与机舱缠绕的现象，出现此类状况是，需要快速向缠绕的反方向偏航，解除危险。此时，风力发电机主轴处于刹车状态，阀61、62、63得电，液压偏航系统压力全P一油液密度。23蓄能器吸收液压冲击理论分析部释放，偏航驱动电机驱动机舱快速偏航。1一液压泵2一蓄能器3一压力开关41、42、43一阻尼孔5I、52、53一溢流阀61、62、63换向阀7一减压阀8一过滤器91、92、93一单向阀101、102、103、104、105、106、107一偏航刹车制动器图1风力发电机偏航制动系统液压原理图2液压偏航系统各元件参数分析21偏航刹车的结构简图及参数图2为刹车制动器简图，P为刹车制动器的进出油口，控制制动器的压力和工作状态P为进油口时，刹车制动器处于刹车状态；P为油151泄压时，制动器压力释放，在弹簧力的作用下制动器松开。其中制动器活塞直径D3365RAM。1一L司定板21、22一缸体31、32一摩擦板4一为刹车盘5一固定螺栓图2刹车制动器简图单个偏航刹车制动器行程LMM时，所需要的油液为25ML，整个刹车制动器为175ML。当制动器行程为3MM时，所需要的油液为75ML，整个刹车制动器为525ML。22偏航回路的阻尼孔分析阻尼孔选择薄壁4,LR，流量公式QCA。1式中P流量；4。阻尼孔面积；阻尼孔两侧压差；C流量系数；VO4QPO01。64LTP2。P12103式中P流量；A管道面积；管长；Z换向阀开闭时间；P，蓄能器高；P最低；P。充气压力。3系统AMESIM模型与仿真分析实际的刹车器包含两个并联的完全一样的缸。为方便建模，在保证压力和流量参数不变的情况下，可以将制动器中的两个制动液压缸等效成一个液压缸来仿真，行程参数也可以相应的等效增加。31通过AMESIM仿真选出最适阻尼孔尺寸图3为不加蓄能器的液压偏航系统AMESIM模型，基于现有的液压偏航系统，对制动系统中不同的阻尼孔尺寸分别进行仿真，根据仿真结果进行研究，可得出一个最适阻尼孔直径。仿真开始前，可选用阻尼孔孑L径为08MM、LMM、2RAM，然后对制动液压缸行程为2MM和6MM两种情况进行仿真。仿真系统其他参数的设定如表1所示。图3液压偏航回路II42地液压气动与密封2015年第05期表1建模及仿真所用参数发动机转速1500RMIN液压泵三位四通换向阀液压缸阻尼孔排量8ML转速1500RMIN压力160BAR各路流量为50LMIN其他参数默认缸径3365RAM，行程设定为2RAM、6MM孔径为08RAM、LMM、2MM由图4图7得出，阻尼孔为O8RAM时，缸位移速度较预期速度过慢，阻尼孔为2MM时，压力曲线上升过快，当阻尼孔为LMM时缸压力和位移曲线都是平稳的曲线。言量奁图42MM压力曲线时间8图66MM压力曲线2GI1毯0O65G4蠹I时间8图52MM位移曲线时间8图76MM位移曲线32通过AMESIM仿真选出最适蓄能器容积针对偏航制动过程中存在的速度过快造成冲击过大的问题，设计在偏航制动回路中采用节流孔配合蓄能器对偏航制动过程进行控制，实现最大延时缓冲振动冲击并能保证制动所需的时间，改进后的系统仿真模型如图8所示。对仿真中采用的蓄能器，其容积分别选用01L、02L、03L，保持其他参数不变，进行仿真。由图9图12得出，蓄能器为03L时，压力曲线上升较快，蓄能器为01L时，缸位移速度较缓慢，当蓄能器为02L时，压力曲线较缓且缸位移速度平稳。33对改进前后缸压力和缸位移进行分析1通过对比加入蓄能器前后制动液压缸的压力输出曲线，加入蓄能器后的缸压力曲线，在缸行程为2RAM、6RAM时，有较好的压力上升曲线，仿真时显示出较缓的响应特性。2通过对比加入蓄能器前后制动液压缸的位移输出曲线，加人蓄能器后的位移曲线，在缸行程为2MM、6MM时，斜坡上升，和压力曲线类似。仿真曲线反映出，改进后，制动缸速度明显放缓且能满足运动时间要求4_。16O14O量6O幽24O0O图8加蓄能器的偏航回路52025303540时间S吕时间S图9改进后2MM压力曲线图10改进后2MM位移曲线莹、R邕时闭S6曼I321OOLO203040时间S图11改进后6MM压力曲线图12改进后6MM位移曲线4结论针对现有的兆瓦级风力发电机液压偏航制动系统存在的压力上升速度快，液压系统冲击较大的问题，采用控制变量法比较了不同阻尼孔尺寸下AMESIRA模型中制动液压缸的压力与位移输出，得出阻尼孔LMM为最适尺寸。确定了阻尼孔最佳尺寸以后，采用在液压偏航制动系统回路中增加一个蓄能器的设计，对蓄能器容积参数进行批处理，根据仿真曲线分析得出蓄能器容积为02L时为最适，同时将改进后系统的液压缸输出曲线与原系统曲线进行比较发现该改进方案能够有效地缓解制动缸工作时冲击过大的问题。HYDRAULICSPNEUMATICSSEALSNO052015DOILO3969JISSN10080813201505010电子束扫描45表面合金化处理的研究刘科，周小燕国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心，广东广州510530摘要电子束表面合金化处理可以提高材料的表面硬度、改善其性能。研究电子束扫描合金化处理对45钢表面层组织的影响；探讨添加不同粉末电子束扫描合金化处理对45钢表面硬度的影响；探讨添加不同粉末电子束扫描合金化处理对45钢表面耐磨性能的影响。采用扫描电镜分析强化层的显微组织，用显微硬度计进行硬度测试，用磨损试验机测试其耐磨性能。结果表明，45钢经电子束扫描合金化处理后，组织可以分为合金化层、热影响区和基体三个部分，其中合金化层又包括熔化区和稀释区。熔化区的组织呈多边形块状，为过饱和奥氏体树枝晶组织，晶界上有网状碳化物；在稀释区形成了多种强化相。试样表面的硬度大大提高，试样表面的耐磨性能提高近1012倍。关键词45钢；电子束扫描；合金化；金相组织；硬度中图分类号TG1663文献标志码A文章编号10080813201505002904RESEARCHONTHESURFACEALLOYINGPROCESSINGOF45STEELDURINGELECTRONBEAMSCANNINGLIUKE，ZHOUXIAOYANPATENTEXAMINATIONCOOPERATIONCENTEROFTHEPATENTOFFICE，SIPO，GUANGZHOU510530，CHINAABSTRACTTHESURFACEHARDNESSANDPROPERTIESOFMATERIALSWEREBOTHIMPROVEDBYMEANSOFELECTRONBEAMSURFACEALLOYINGPROCESSINGITWASSTUDIEDINTHISWORKTHATTHEINFLUENCEOFELECTRONBEAMSCANNINGALLOYINGPROCESSINGONTHESURFACELAYERORGANIZATIONOF45STELLANDTHEINFLUENCEOFELECTRONBEAMSCANNINGALLOYINGPROCESSINGONTHESURFACEHARDNESSOF45STEELBYADDINGDIFFERENTPOWERSTHEINFLUENCEOFELECTRONBEAMSCANNINGALLOYINGPROCESSINGBYADDINGDIFFERENTPOWERSONTHESURFACEWEARRESISTINGPERFORMANCEOF45STEELALSOWASSTUDIEDINTHISWORKTHEMICROSTRUCTUREOFSTRENGTHENINGLAYERWASANALYZEDBYUSINGSCANNINGELECTRONMICROSCOPYTHEHARDNESSWASTESTEDBYUSINGMICROHARDNESSTESTERANDTHEWEARRESISTINGPERFORMANCEWASTESTEDBYUSINGWEARTESTINGMACHINETHEEXPERIMENTALRESULTSSHOWEDTHATTHEMICROSTRUCTUREOF45STEELCANBEDIVIDEDINTOTHREEZONESTHEALLOYINGLAYER；THEHEATAFFECTZONE；THESUBSTRATEAFTERELECTRONBEAMSURFACEALLOYINGPROCESSINGTHEMELTINGZONEANDTHEDILUTEZONEAREINCLUDEDINALLOYINGLAYERTHEMICROSTRUCTUREOFFUSIONZONEISPOLYGONBLOCKITISSUPERSATURATEDAUSTENITICDENDRITESMICROSTMCTUREANDTHEREISNETWORKCARBIDEINTHEGRAINBOUNDARYVARIETIESOFSTRENGTHENINGPHASEWEREFORMEDINTHEDILUTIONZONETHEHARDNESSOFTHESAMPLESURFACEWASGREATLYINCREASEDANDTHEWEARRESISTINGPERFORMANCEOFTHESAMPLESURFACEWASINCREASEDNEARLY10TO12TIMESKEYWORDS45STEEL；ELECTRONBEAMSCANNING；ALLOYING；MICROSTRUCTURE；HARDNESSO前言4