第四節 液壓變槳系統的檢查及維修

早期液壓變槳距機構主要由推動桿、支撐桿、導套、防轉裝置、同步盤、短轉軸、連桿、長轉軸、偏心盤和槳葉法蘭等部件組成，如圖2-39所示。三支葉片統一由一個液壓缸驅動進行變槳操作。

部分部件作用如下。推動桿是傳遞動力，把機艙內液壓缸的推力傳遞到同步盤上；支撐桿是推動桿輪轂端徑向支撐部件；導套與支撐桿形成軸向運動副，限制支撐桿的徑向運動；同步盤把推動桿的軸向力進行分解，形成推動三片槳葉轉動的動力；防轉裝置防止同步盤在周向分力作用下轉動，使其與輪轂同步轉動。

其中，同步盤、短轉軸、連桿、長轉軸和偏心盤組成了曲柄滑塊機構，將推動桿的直線運動轉變成偏心盤的圓周運動。該機構的工作過程為控制系統根據當前風速，以一定的算法給出槳葉的槳距角信號，液壓系統根據控制指令驅動液壓缸。液壓缸帶動推動桿，同步盤運動。同步盤通過短轉軸、連桿、長轉軸推動偏心盤轉動，偏心盤帶動槳葉進行變距。三個葉片同時通過同步盤被驅動變槳。

風電領域中的Vestas公司和Gamesa公司的早期的變槳機組，就是使用上面的機械機構。如Vestas公司的V39、V42、V44和V47等機型，以及Gamesa公司的G52和G 58等機型。機組的變槳系統通過液壓缸操作葉片變槳。對液壓缸的控制是通過液壓系統上安裝的比例電磁閥進行的，其液壓系統圖如圖2-40所示。

變槳位置的測量是通過安裝液壓缸上的直線位置傳感器來進行液壓桿運動距離的控制，同時通過比例電磁閥上的測量傳感器來控制系統的變槳速度來適應瞬變的風速。葉片變槳的角度與液壓缸的伸縮距離之間的關系可以通過查表法得到。機組正常運行時，電磁閥Y 210 ABC三個電磁閥線圈全部帶電。機組不進行偏航動作時，Y 211電磁閥線圈不通電。當機組偏航時，Y 211電磁閥線圈通電，偏航液壓制動器泄掉液壓油。比例電磁閥Y800在控制系統的作用下，對變槳系統的液壓缸進行比例控制，調節葉片的變槳角度。以上這種變槳系統是較早期的同步變槳控制系統，目前已經逐步被3葉片獨立同步變槳系統所替代。

三葉片獨立液壓驅動同步/獨立變槳系統，是在液壓推桿變槳系統的基礎上改進而來的。由單個液壓缸驅動三個葉片同步變槳，變成三個液壓缸分別驅動三個葉片的結構，把主要的驅動控制系統移入了輪轂里，并且三個葉片可以單獨地進行控制。在每個葉片的控制系統上，還安裝緊急的液壓動力源，可以在機組出現緊急情況時，由緊急動力源驅動液壓系統順利的順槳安全停機。由于三個葉片可以單獨地進行控制，所以當機組出現一個葉片軸承損壞而無法轉動時，另外兩個葉片可以順槳停機，避免了液壓推桿變槳系統可能存在的機組飛車損毀的問題。三個葉片中的驅動機械結構如圖2-41a所示，其液壓缸的驅動結構如圖2-41b所示。

液壓缸推拉活塞桿的伸拉長度，由安裝在液壓缸尾部的直線位移傳感器進行測量。對液壓缸起控制作用的還是帶有位置反饋比例的電磁閥。液壓系統的緊急動力源是安裝在系統上的蓄能罐，其內部存儲的液壓油足夠變槳系統順槳安全停機的。液壓變槳系統以Vestas公司和Gamesa公司研制的機組最為典型。如圖2-42所示。

一、液壓系統部件的檢查及維修

（一）實際工作壓力檢查

將液壓泵設定至自動模式，等待30秒并按下“緊急”按鈕。將數字壓力計連接至測量點。將壓力計上所示壓力（實際壓力）與工作面板顯示器上所示壓力（顯示壓力）讀數比較。最大偏差應小于5Bar。

（二）液壓泵檢查

啟動液壓泵（自動模式）并輕輕地開啟系統泄壓閥。在控制面板上，證實泵在設定壓力啟動并在設定壓力停機。關閉系統泄壓閥門。

（三）管路上的過濾器檢查及更換

完全打開泄壓閥。將液壓泵設定在“打開”狀態，并測量點1和點2之間的壓降。如果測量點之間的壓降超過表2-4中所給出的值，則需要更換過濾器。在正常運行情況下，過濾器每12個月需要更換一次，并且在液壓油液更換時也需要一起更換。

（四）變槳控制系統回路的安全閥壓力檢查

將泵設定至“打開”狀態。檢查控制顯示器上的壓力在滿流量時是否穩定在設定值220±5Bar，且最低油溫為40℃。如果壓力超過這個值，檢查壓力繼電器的狀況。必要時，調整壓力繼電器的設定值。為了調整設定值，擰開蓋子，松開鎖定螺母并將壓力調節螺栓轉至右邊，以使壓力增加，或將壓力調節螺栓轉到左邊，以降低壓力設定值。

（五）油位檢查及油液更換

1．油位檢查

風力發電機組設定在“正常停機”模式后，可通過液壓站油箱上的觀察窗察看油位是否處于標記極限之間。如果油在極限之下，應重新注滿油。

2．液壓油更換

風力發電機組設定在“緊急停機”模式后，開啟液壓站上的偏航泄壓閥、變槳泄壓閥和每個變槳控制液壓缸模塊上的泄壓閥，使油從儲能器中排出。將軟管與排油閥連接，并排出所有油。油液排凈后，更換液壓站和輪轂閥島里的高壓過濾器的濾芯（需要注意的是，安裝新濾芯前，記住要排出過濾器里的油）。松開空氣過濾器蓋并拆下通風空氣過濾器的濾芯。在更換過程中，應將過濾器上的孔里裝滿新油。隨后安裝新通風空氣過濾器。完成新油液的加注后，啟動泵并在泄壓閥都打開的情況下使泵運行15秒。關閉液壓站上的偏航泄壓閥和變槳泄壓閥，并使泵運行1分多鐘。關閉三個變槳控制液壓缸模塊上位置泄壓閥，并把每個變槳控制液壓缸變換槳距2次液壓缸行程。

（六）變槳位置檢查

在機組的控制面板上選擇測試項目中的“位置發送器電壓測試”。然后，按啟動測試按鍵，并在控制面板上注意觀察“實際變槳位置”。

（1）檢查傳感器的電壓值。這些值必須在負極限值0.040 VDC±0.010 Vdc（葉片位置-5°）和正極限值9.710 VDC±0.010 Vdc（葉片位置90°）之間變化。應從機組的觸摸屏上讀取電壓值，不采用輪轂機柜上的萬用表。

（2）如果該值超出范圍，必需調節變槳位置傳感器。如果讀數不穩定，則應更換傳感器。

（3）在液壓缸位置傳感器末端上使用專用工具進行調節。調節位置及工具如圖2-43、圖2-44所示。

（4）傳感器的調節。

負極限值調整方法如下所示。

①連接位置傳感器調整工具（見圖2-43和圖2-44）。

②按下藍色按鈕至少為3秒，以便解除調整工具的鎖定進行調整。不松開藍色按鈕的同時按下灰色按鈕至少3秒，然后松開兩個按鈕。

③現在傳感器就打開了，可以進行調整。如果15秒內不按下按鈕，傳感器將再次被鎖定。

④按下藍色按鈕，值會上升。按下灰色按鈕，數值會下降。

⑤按下按鈕至少1秒鐘，數值會達到1m V。

⑥按下按鈕時，刻度值更大。

⑦如果15秒內不按下任何按鈕，傳感器會再次鎖定。不能移動液壓缸，直到鎖定傳感器（移動前請等15秒）。

正極限值調整：

①連接傳感器調整工具（見圖2-43和圖2-44）。

②按下灰色按鈕至少為3秒，以便解除調整工具的鎖定進行調整。不松開灰色按鈕的同時按下藍色按鈕至少3秒鐘（和上述情況相反）。

③調整傳感器，直到滿足要求。

④如果15秒之內沒有按下按鈕，傳感器會再次鎖定。

一旦已調整了傳感器，分別將液壓缸移到這兩個位置一次，重新檢查電壓。

注意事項：

一次僅可能調整12.5%負極限值和正極限值。如果達到這個值，傳感器將會被鎖定，但仍未被校準。重復這個操作，直到傳感器被校準。

當三只葉片上的變槳系統的所有測試都完成時，在控制面板上選擇“三只葉片測試”選項，然后重復進行測試以對整個變槳系統進行整體定性檢查。

（七）流量控制閥檢查

（1）在機組的控制面板選擇畫面“安全閥測試”。

（2）風機待機模式時，按功能鍵啟動測試。測試時，先將葉片調至0°，然后啟動緊急變槳。在緊急變槳模式下，測量每個葉片的變槳速度，之后測試結果會自動顯示出來，三只葉片的測量速度之差應不超過2.0°/s。

（3）注意觀察三只葉片的變槳速度偏差。

二、液壓管路的檢查及維修

目視檢查液壓回路里的所有軟管。如果發現受損的軟管，應予以更換。目視檢查整個變槳控制系統回路（葉輪里面的軟管、儲能器和閥島等）有無漏油。緊固液壓連接件（液壓回路里的泄漏）并徹底清潔漏油。一旦密封環里出現了損壞，應用新密封環更換并緊固。連接器處發生的泄漏可能有三個原因：安裝時沒有提供密封環；密封環是向后安裝的；密封環被損壞。

如果在連接器處發現泄漏，應檢查密封環是否在適當位置，以及是否處于良好狀態。

三、液壓系統儲能器的檢查及維修

變槳控制系統儲能器部件分布在整個輪轂內，如圖2-45所示。

（一）輪轂變槳控制緊急儲能器壓力預載及壓力檢查

開啟每個變槳控制缸體里的變槳泄壓閥，以便排出三個變槳控制緊急儲能器里的油。檢查每個變槳控制緊急儲能器里的預載壓力。需要注意的是，至少應在壓力排放后的15分鐘后檢查壓力。為了使儲能器里的氮氣溫度變得與環境溫度相同，要等待一段時間。預載壓力取決于儲能器里的氮氣溫度，如表2-5所示。在相應壓力下壓力不足時，則需要使用填充設備進行壓力補充。

測得的壓力應與表2-5中所示壓力相配，壓力公差為±1Bar。填充入氮氣前與填充后，應記錄觀察到的數值。

（二）輪轂變槳控制緊急儲能器的更換

葉輪必須鎖定在如圖2-46所示的位置，這樣擬更換的葉片儲能器能在右側保持垂直，使得能排空并更換儲能器。

1．排干并拆下儲能器

（1）釋放液壓回路的壓力。開啟泄壓閥門，使得主要儲能器減壓。開啟高速制動器泄壓閥門，使剎車盤儲能器減壓。開啟偏航泄壓閥門，使偏航制動器減壓。一旦實現減壓，應重合閥門。開啟每個缸體里的泄壓閥門，使每個儲能器和液壓缸減壓。一旦實現減壓，應重合閥門。為了消除回路里保留的剩余壓力，將毛細管連接到液壓組的油嘴上，并向容器里注入油，確保處于儲能器水平上的回路里沒有剩余壓力。測試變槳閥塊上的油嘴。

（2）拆下擬更換儲能器的充氣閥上的護罩。

（3）拆下充氣閥上的塞子。

（4）使用充氣計量表除去儲能器里的氮氣，直到壓力計上顯示的壓力為零。這個計量表裝備了一個適于儲能器充氣壓力的壓力計。如圖2-47所示。

（5）釋放、拆卸液壓回路。用41mm、46mm和70mm扳手拆下管道和接頭。如圖2-48所示。

（6）放油。如果有放油塞，則應用19mm扳手松開放油塞幫助放油。

（7）利用13mm和24mm扳手松開螺紋桿并拆下頂部托板（在頂部螺栓上轉動托板，這樣就能拆下）。固定儲能器時應小心，確保在拆下這些元件時儲能器不掉下來。如圖2-49所示。

2．安裝新儲能器

（1）開始工作前，必須運用機艙維修起重機把新儲能器吊到葉輪處。把起重機拉至葉輪時，如果起重鏈袋是金屬或塑料袋，則應水平放置。

（2）某些儲能器供貨時沒有提供螺紋接頭；將管徑從“2減至1”。在這種情況下，應拆下舊螺紋接頭并安裝上新的儲能器（使用70mm扳手）。如圖2-50所示。

（3）將儲能器拉到輪轂里，并把新儲能器放到支架上。檢查儲能器是否位于橡膠軸環和橡膠圈的中心位置。插入并緊固螺紋桿和頂部支架并按要求緊固力矩。

（4）連接用于向緊急儲能器充入氮氣的設備，并檢查預載壓力。根據表里給出的值充入氮氣。用保護塞保護充氣閥。

（5）連接液壓回路。緊固接頭。

（6）確保拆除儲壓器時開啟的所有閥門是關閉的。啟動液壓回路，檢查回路是否充入氮氣且回路是否正確操作（充氣時間約持續1分鐘，如果在這個時間里沒有充氣，則檢查回路有無泄漏）。檢查油位。

（7）如果有必要，清潔輪轂。更換工作全部完成后，在確保安全后，解鎖并啟動機器。

思考題：

1．如何檢查變槳軸承和輪轂連接螺栓？

2．如何測量和調整變槳齒形的張緊度？

3．如何檢查處理變槳軸承潤滑管理堵塞后該？

4．如何更換液壓變槳系統儲能器？

5．如何更換變槳齒形帶？