风机液压系统中蓄能器回路分析.doc

蓄能器回路在风机液压系统中的应用摘 要：本文就蓄能器在液压系统中的应用，以及蓄能器的安装、使用、检查和维护作了简单的介绍。关键词：气囊式蓄能器 液压系统 压力脉动 液压冲击 系统压力蓄能器是储存液体压力能的能量储存装置，这里将带有这种装置的液压回路称为蓄能器回路。由于风力机中使用的蓄能器一般体积较小，储存的压力能也较少，其损坏后系统工作性能的变化不明显，且由于风力机液压系统均安装在高空，不便于检查和维护，因此蓄能器的损坏不易被发现，其在液压系统中的作用也往往被人们所忽视。1.风力机中液压系统的主要功能及特点(1)驱动叶尖液压缸将叶尖打开或收回；(2)驱动机械制动器制动或松闸；(3)驱动偏航制动器制动或松闸。风力机中以上执行机构均为间歇工作，为了延长电机和泵的使用寿命，液压泵也采用间歇工作制。但系统在整个工作过程中却始终处于保压状态，因此必须使用各种类型的蓄能器。由于风力机液压系统安装在高空，不利于检查维护，因此常选用容积大、重量轻、响应速度快的气囊式蓄能器。2.气囊式蓄能器工作原理气囊式蓄能器实质上是一个储存液体压力的腔室，密封壳体中的弹性气囊内预先充好气（如氮气），充气压力由工作压力和负荷的大小来确定。工作时，液体在液压泵作用下压缩气囊，气囊中的气体被压缩，体积变小，压力变大，直到气体的压力和系统的压力相等，当系统压力小于气囊内部压力时，气囊膨胀释放压力能。图1所示气囊式蓄能器的三种工作状态：图中a为蓄能器充气状态，此时充气压力为P1气体的容积为V1,并称它为蓄能器的总容积；图中b为蓄能器充液状态，此时气体压力升至最高为P2，气体的容积为V2，图中c为蓄能器供油终了状态，此时气体压力为P3，是系统的最低工作压力，气体的容积为V3。当系统的工作压力P2降到P3时，则气体容积的变化量为Vw=V3-V2也是蓄能器向系统供出的油量，该值被称为蓄能器工作容积，以Vw表示。3 蓄能器在回路中的作用1) 作为一个辅助能源，以便选用较小的泵。2) 补充液体容积以保持一定的压力。3) 吸收液体流路中的冲击振动，以减少管路，装置和仪表的损坏。4) 当停泵或停电时，可提供一个应急能量以便安全地做完一个工作循环。5) 可较长时间的使系统维持一个必须的高压而无需启泵，以防止油料过热，减小泵磨损并节约能源。根据蓄能器在回路中所起的作用，可分为蓄能用蓄能器回路、吸收脉动和液压冲击蓄能器回路。一、蓄能用蓄能器回路1.蓄能器作为辅助动力源的回路当液压系统中的执行元件需要快速运动时，蓄能器作为液压泵的辅助动力源，可与液压泵同时供出液压油。这样选择流量较小的液压泵与蓄能器配合就可以使执行元件获得快速运动。图2所示为蓄能器作为辅助动力源的一种蓄能回路，其工作原理如下：风机不需偏航时偏航系统由偏航刹车制动，此时电磁阀（23）通电，油箱与偏航液压缸之间的油路被打开。同时液压泵启动，液压油经过单向阀（7），滤油器（8）、单向阀（11）、（13），电磁阀（23）以及两个反向并联的单向阀，进入偏航液压缸，此时，蓄能器中储存的压力与系统压力相等，偏航液压缸所需的液压油由液压泵与蓄能器（12）、（21）同时提供。然后，液压泵继续工作，蓄能器内压力上升，当系统压力达到系统压力开关设定值时，液压泵停止工作，蓄能器压力由单向阀（11）、（13）保持住。2.补充油液维持系统压力的蓄能回路图2中，在风机偏航时，电磁阀（23）断电，偏航液压缸中的液压油流回油箱，偏航刹车释放。当偏航停止时，蓄能器（12）、（21）提供储存的液压油给偏航油缸，维持偏航刹车制动，系统压力随之降低，当系统压力降至系统压力开关的下限值时，液压泵启动，系统建压。这样液压泵可以间歇工作，从而减少了功率的消耗。 图3- BONUS150kw风机液压系统简图3.蓄能器作应急动力源的安全回路当电网突然停电、紧急停机或液压泵发生故障造成油源中断时，蓄能器可以作为应急液压动力源，在一定时间内维护系统压力，保证执行机构正确动作。图3中，当电网停电时，为保证机组安全，各制动器必须可靠制动，而此时因断电液压泵不能工作，只能靠蓄能器（18）储存的压力能驱动圆盘闸制动。二、吸收脉动和液压冲击蓄能器回路在液压系统中，液压泵的瞬时流量总有些脉动，加之系统中有些阀在工作中存在一定程度的振动，这就使液压系统的压力、流量等参数也随之产生脉动。它影响系统的稳定工作，严重时使系统产生较为强烈的振动，使系统不能正常工作。在系统中装设蓄能器是消除或减轻压力脉动的有效方法之一。蓄能器之所以能够消除压力脉动就在于蓄能器能够将高于平均流量的瞬时流量吸收，而当瞬时流量低于平均流量时则由蓄能器向系统供油。流体在管路内流动时，由于控制阀突然关闭等原因，使液流突然停止流动，流体的动能变成压力能，在阀前产生高压。高压区以压力波的形式在管路内传播，这在液压系统中称液压冲击。其压力升高值可能高出正常压力几倍以上，并有可能危及液压系统中的仪表，元件和密封装置等，从而影响系统的正常工作，此外还能使系统产生噪声和振动。在系统中产生液压冲击的部位装设蓄能器是减轻液压冲击的有效措施之一。由于液压冲击压力的大小决定于管路中液体的动量对时间的变化率，当压力升高时，蓄能器可以吸收压力能，这就减慢了管路中液体动量变化的速度，从而降低了冲击压力。图4 国产化600KW风机液压系统简图图4所示为吸收压力脉动和液压冲击的蓄能器回路，液压泵通过过滤器（4），单向阀（8），向系统提供压力，经过定差减压阀（13.2）时，液压系统的压力，流量产生变化。此时蓄能器（18）用于吸收液压泵出口压力脉动或由于液流速度急剧变化所产生的液压冲击，使其压力波动大大减小，从而保证了系统的稳定工作。 三、蓄能器的安装与使用(1)蓄能器的安装位置应便于检查和维护；(2)蓄能器和液压泵之间应装设单向阀，当泵停止运转时防止蓄能器中储存的压力油倒流；(3)气囊式蓄能器原则上应该油口向下垂直安装，倾斜或卧式安装时，气囊因受浮力与壳体单边接触，妨碍正常伸缩运行，加快气囊损坏，因此一般不采用倾斜或卧式安装；(4)用于缓冲和吸收脉动时，应尽可能安装在靠近振动源处；(5)蓄能器应安装在远离热源的地方，以防止因气体受热膨胀造成系统压力升高；四、蓄能器使用过程中的检查与维护蓄能器应按规定周期检查充气压力，通常采用以下两种方法：方法一：借助放油检查充气压力：利用蓄能器的进油口和油箱间油路上的截止阀及截止阀前的压力表，或在油路中利用各测压嘴外接截止阀和压力表。检测时，慢慢打开截止阀，使压力油流回油箱。压力表指针先是慢慢地下降，达到某压力值后迅速降到零，这个位置压力表的读数就是蓄能器的充气压力。方法二：同样利用方法一中的截止阀和压力表。先打开截止阀，让系统压力先降低到零。关闭截止阀，启动泵，系统压力会突然上升到某一值后再缓慢上升，这个位置压力表的读数就是蓄能器的充气压力。以上二种方法虽然测试简单，也不需要太多的辅助装置，但在测量小容量蓄能器的充气压力或受系统中执行机构的影响，往往不易检查出，而且受测量者人为因素影响很大，只能作为粗略判断。对于压力不足或为零的蓄能器应补充气体至规定压力，对充不进气或充气时气体从液压系统油箱溢出的蓄能器，其气囊已经损坏，可更换气囊后继续使用。五、蓄能器损坏时机组容易出现的几种状况：1. 在执行机构没有动作的情况下，液压泵启动频繁；2. 在电网停电时无机械刹车或虽有机械刹车但经过一段时间后机械刹车失效，叶轮随风缓慢转动；3. 如偏航制动器、机械制动器等每动作一次，液压泵均启动一次，且每次建压时间