风力发电机液压站蓄能器失效分析及采取措施的研究

摘要：

蓄能器作为液压系统中重要部件，对整个风电机组稳定及安全运行有不可或取的作用，本文以蓄能器失效实例为研究对象，对蓄能器失效现象进行分析，旨在通过有效的精维护工作结合器件运行控制与运行实际工况的配合，减少失效情况的出现和延长器件使用寿命。关键词：蓄能器；失效；压力；检测引言液压系统中蓄能器一方面通过压缩气体为系统保持压力，一方面为液压系统提供应急压力，随着风电机组装机容量的增大，运行时间的增加，机组部件维护任务日趋繁重，影响机组稳定运行的主要因素由一次性偶发故障逐渐转变为长期运行所导致的器件疲劳式损坏，并且具备批量性，周期性特征。诚然，部分器件使用寿命有限，但也和维护工作科学细致程度，器件设计与运行工况是否匹配关系密切，通过分析失效现象，进而制定对应措施对保证风机稳定安全运行作用巨大。1、

蓄能器失效现象液压系统中蓄能器没有直接信号监测点，蓄能器的失效表现主要体现在液压系统补充压力时间过长甚至打压时压力无法达到设定值要求，尤其是执行偏航动作时，系统压力由140bar降到20bar,偏航结束后，齿轮泵工作，将系统压力再补充至140bar的过程。对于失效蓄能器，多次测试偏航半泄，所得补压时系统压力值1分钟内的数据变化如下：如上图，尽管齿轮泵一直工作，但系统压力上升缓慢，达不到风电机组15秒内系统压力上升至设定值的要求。更换蓄能器后再次进行偏航半泄测试，主系统压力1分钟内数据变化如下：如上图所示，正常蓄能器压力建立时间明显缩短，符合风电机组对液压系统的要求。通过对多台风电机组多次试验，对比失效和正常的蓄能器打压时系统压力上升情况，正常蓄能器在系统压力恢复至设定值压力大约用时6-7秒，而失效的储能器在系统恢复压力时需要远大约15秒时间。实例中所用蓄能器为隔膜式蓄能器，有两个半球形壳体，两个半球之间夹着一个橡胶薄膜，将液压油和氮气分开，如下图：蓄能器中预充氮气压力为120bar,体积为0.75L，当齿轮泵工作时，会将液压油打入蓄能器中以压缩气体，根据理想状态方程p1V1=p2V2，如果将系统压力补充至150bar，则蓄能器内部氮气体积被压缩为0.6L，所以齿轮泵工作时需要注入0.15L的液压油，而齿轮泵的打油量为每分钟1.68L，每秒打油量为0.028L，理论上在将系统压力补充至150bar压力情况下所用时间为5.3秒。实例中从齿轮泵开始工作至风电机组因15秒内系统压力没有补充至设定值而报出故障，注油量已达0.42L，同比理论情况下打压到150bar的压力所需油量已经增加了两倍多，可见蓄能器内部充氮压力已经远远小于标准120bar的压力值。故判断失效蓄能器内部充氮压力已经严重不足，换言之，蓄能器存在氮气泄漏情况。

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蓄能器失效原因实例中所有失效蓄能器均存在下口漏气的现象，对于刚换下来的蓄能器，甚至可以明显听到滋滋滋的漏气声音，由此可以判断这些蓄能器的橡胶薄膜有破损情况。蓄能器隔膜破损的影响因素有很多，例如隔膜橡胶材质弹性差，不适应蓄能器的频繁动作，存在疲劳性损伤；隔膜制造工艺不达标，存在壁厚不均匀情况；长时间运行后，橡胶薄膜出现老化现象；液压油在长期运行中可能出现杂质油污，会对橡胶薄膜产生严重影响；液压油温未在控制范围内，造成橡胶隔膜的损坏。同时，所有实例中液压站的50bar蓄能器没有出现失效的情况，由于50bar蓄能器用于高速轴转子刹车，除出于测试目的外，风电机组正常运行时动作频率小，而失效蓄能器主要作用于偏航刹车盘刹车，动作频率远远高于高速轴转子刹车，即失效蓄能器橡胶隔膜动作频率远高于未失效蓄能器橡胶隔膜动作频率；由于蓄能器频繁处于补充压力和释放压力的过程，不可避免的产生冲击振动，蓄能器内部密封件出现问题导致在可接受范围内的轻微漏气，伴随使用时间及使用频次情况，其内部压力越来越低，以致蓄能器长时间处于欠压状态，无法起到保压作用，此种状态下运行时间过长，也将导致橡胶隔膜损坏。3、蓄能器失效控制措施根据蓄能器失效可能原因，结合风电机组实际运行工况，相对应的制定控制措施：（1）为检查蓄能器充氮压力是否标准，利用蓄能器进油口和油箱间油路上的截止阀，以及截止阀前的压力表，或在油路中利用各测压接头外接截止阀和压力表，组成如下图所示回路。先关闭截止阀，利用手动泵进行手动打压，同时观察压力表示数，打压初期比较轻松，当感觉压不下手动泵扳手时，压力表读数即近似为充氮压力值。用此方法定期对蓄能器充氮压力进行检测，在蓄能器投入使用后的第一个月内，每周检查一次充氮压力，此后，根据压力降低的情况，调整检查周期，建议在蓄能器重新投入工作的第一个月，第三个月，第六个月再次检查，以后每年检查一次，确保蓄能器充氮压力为120bar。（2）需从控制上减少蓄能器补充压力和释放压力工作频率，一方面减少偏航对风动作次数，低于风电机组切入风速时，不进行偏航对风控制；风电机组有其它故障不具备并网条件时，不进行偏航对风控制。（3）维护工作中对蓄能器各接口及充气口处进行紧固，降低其因为外部连接问题导致的漏气情况。（4）定期更换空气滤清器，高压滤器，回油滤器，保证整个油液清洁度，每半年对液压站油品取样进行检测，清洁度正常为NAS8级，最大不超过NAS9级。（5）维护过程中测试液压油加热器工作是否正常，避免液压油处于过高的温度运行，以防止油液高温氧化，将油温控制在20℃和70℃之间。4、结束语通