第四节 液压变桨系统的检查及维修
早期液压变桨距机构主要由推动杆、支撑杆、导套、防转装置、同步盘、短转轴、连杆、长转轴、偏心盘和桨叶法兰等部件组成，如图2-39所示。三支叶片统一由一个液压缸驱动进行变桨操作。
图2-39 液压推杆变桨系统的机械结构
部分部件作用如下。推动杆是传递动力，把机舱内液压缸的推力传递到同步盘上；支撑杆是推动杆轮毂端径向支撑部件；导套与支撑杆形成轴向运动副，限制支撑杆的径向运动；同步盘把推动杆的轴向力进行分解，形成推动三片桨叶转动的动力；防转装置防止同步盘在周向分力作用下转动，使其与轮毂同步转动。
其中，同步盘、短转轴、连杆、长转轴和偏心盘组成了曲柄滑块机构，将推动杆的直线运动转变成偏心盘的圆周运动。该机构的工作过程为控制系统根据当前风速，以一定的算法给出桨叶的桨距角信号，液压系统根据控制指令驱动液压缸。液压缸带动推动杆，同步盘运动。同步盘通过短转轴、连杆、长转轴推动偏心盘转动，偏心盘带动桨叶进行变距。三个叶片同时通过同步盘被驱动变桨。
风电领域中的Vestas公司和Gamesa公司的早期的变桨机组，就是使用上面的机械机构。如Vestas公司的V39、V42、V44和V47等机型，以及Gamesa公司的G52和G 58等机型。机组的变桨系统通过液压缸操作叶片变桨。对液压缸的控制是通过液压系统上安装的比例电磁阀进行的，其液压系统图如图2-40所示。
图2-40 液压变桨系统图
变桨位置的测量是通过安装液压缸上的直线位置传感器来进行液压杆运动距离的控制，同时通过比例电磁阀上的测量传感器来控制系统的变桨速度来适应瞬变的风速。叶片变桨的角度与液压缸的伸缩距离之间的关系可以通过查表法得到。机组正常运行时，电磁阀Y 210 ABC三个电磁阀线圈全部带电。机组不进行偏航动作时，Y 211电磁阀线圈不通电。当机组偏航时，Y 211电磁阀线圈通电，偏航液压制动器泄掉液压油。比例电磁阀Y800在控制系统的作用下，对变桨系统的液压缸进行比例控制，调节叶片的变桨角度。以上这种变桨系统是较早期的同步变桨控制系统，目前已经逐步被3叶片独立同步变桨系统所替代。
三叶片独立液压驱动同步/独立变桨系统，是在液压推杆变桨系统的基础上改进而来的。由单个液压缸驱动三个叶片同步变桨，变成三个液压缸分别驱动三个叶片的结构，把主要的驱动控制系统移入了轮毂里，并且三个叶片可以单独地进行控制。在每个叶片的控制系统上，还安装紧急的液压动力源，可以在机组出现紧急情况时，由紧急动力源驱动液压系统顺利的顺桨安全停机。由于三个叶片可以单独地进行控制，所以当机组出现一个叶片轴承损坏而无法转动时，另外两个叶片可以顺桨停机，避免了液压推杆变桨系统可能存在的机组飞车损毁的问题。三个叶片中的驱动机械结构如图2-41a所示，其液压缸的驱动结构如图2-41b所示。
图2-41 三叶片独立液压驱动同步/独立变桨系统机械结构图
液压缸推拉活塞杆的伸拉长度，由安装在液压缸尾部的直线位移传感器进行测量。对液压缸起控制作用的还是带有位置反馈比例的电磁阀。液压系统的紧急动力源是安装在系统上的蓄能罐，其内部存储的液压油足够变桨系统顺桨安全停机的。液压变桨系统以Vestas公司和Gamesa公司研制的机组最为典型。如图2-42所示。
图2-42 液压驱动单只叶片的系统图
一、液压系统部件的检查及维修
（一）实际工作压力检查
将液压泵设定至自动模式，等待30秒并按下“紧急”按钮。将数字压力计连接至测量点。将压力计上所示压力（实际压力）与工作面板显示器上所示压力（显示压力）读数比较。最大偏差应小于5Bar。
（二）液压泵检查
启动液压泵（自动模式）并轻轻地开启系统泄压阀。在控制面板上，证实泵在设定压力启动并在设定压力停机。关闭系统泄压阀门。
（三）管路上的过滤器检查及更换
完全打开泄压阀。将液压泵设定在“打开”状态，并测量点1和点2之间的压降。如果测量点之间的压降超过表2-4中所给出的值，则需要更换过滤器。在正常运行情况下，过滤器每12个月需要更换一次，并且在液压油液更换时也需要一起更换。
表2-4 油温与压降关系
（四）变桨控制系统回路的安全阀压力检查
将泵设定至“打开”状态。检查控制显示器上的压力在满流量时是否稳定在设定值220±5Bar，且最低油温为40℃。如果压力超过这个值，检查压力继电器的状况。必要时，调整压力继电器的设定值。为了调整设定值，拧开盖子，松开锁定螺母并将压力调节螺栓转至右边，以使压力增加，或将压力调节螺栓转到左边，以降低压力设定值。
（五）油位检查及油液更换
1．油位检查
风力发电机组设定在“正常停机”模式后，可通过液压站油箱上的观察窗察看油位是否处于标记极限之间。如果油在极限之下，应重新注满油。
2．液压油更换
风力发电机组设定在“紧急停机”模式后，开启液压站上的偏航泄压阀、变桨泄压阀和每个变桨控制液压缸模块上的泄压阀，使油从储能器中排出。将软管与排油阀连接，并排出所有油。油液排净后，更换液压站和轮毂阀岛里的高压过滤器的滤芯（需要注意的是，安装新滤芯前，记住要排出过滤器里的油）。松开空气过滤器盖并拆下通风空气过滤器的滤芯。在更换过程中，应将过滤器上的孔里装满新油。随后安装新通风空气过滤器。完成新油液的加注后，启动泵并在泄压阀都打开的情况下使泵运行15秒。关闭液压站上的偏航泄压阀和变桨泄压阀，并使泵运行1分多钟。关闭三个变桨控制液压缸模块上位置泄压阀，并把每个变桨控制液压缸变换桨距2次液压缸行程。
（六）变桨位置检查
在机组的控制面板上选择测试项目中的“位置发送器电压测试”。然后，按启动测试按键，并在控制面板上注意观察“实际变桨位置”。
（1）检查传感器的电压值。这些值必须在负极限值0.040 VDC±0.010 Vdc（叶片位置-5°）和正极限值9.710 VDC±0.010 Vdc（叶片位置90°）之间变化。应从机组的触摸屏上读取电压值，不采用轮毂机柜上的万用表。
（2）如果该值超出范围，必需调节变桨位置传感器。如果读数不稳定，则应更换传感器。
（3）在液压缸位置传感器末端上使用专用工具进行调节。调节位置及工具如图2-43、图2-44所示。
图2-43 专用工具
图2-44 安装在传感器上的专用工具
（4）传感器的调节。
负极限值调整方法如下所示。
①连接位置传感器调整工具（见图2-43和图2-44）。
②按下蓝色按钮至少为3秒，以便解除调整工具的锁定进行调整。不松开蓝色按钮的同时按下灰色按钮至少3秒，然后松开两个按钮。
③现在传感器就打开了，可以进行调整。如果15秒内不按下按钮，传感器将再次被锁定。
④按下蓝色按钮，值会上升。按下灰色按钮，数值会下降。
⑤按下按钮至少1秒钟，数值会达到1m V。
⑥按下按钮时，刻度值更大。
⑦如果15秒内不按下任何按钮，传感器会再次锁定。不能移动液压缸，直到锁定传感器（移动前请等15秒）。
正极限值调整：
①连接传感器调整工具（见图2-43和图2-44）。
②按下灰色按钮至少为3秒，以便解除调整工具的锁定进行调整。不松开灰色按钮的同时按下蓝色按钮至少3秒钟（和上述情况相反）。
③调整传感器，直到满足要求。
④如果15秒之内没有按下按钮，传感器会再次锁定。
一旦已调整了传感器，分别将液压缸移到这两个位置一次，重新检查电压。
注意事项：
一次仅可能调整12.5%负极限值和正极限值。如果达到这个值，传感器将会被锁定，但仍未被校准。重复这个操作，直到传感器被校准。
当三只叶片上的变桨系统的所有测试都完成时，在控制面板上选择“三只叶片测试”选项，然后重复进行测试以对整个变桨系统进行整体定性检查。
（七）流量控制阀检查
（1）在机组的控制面板选择画面“安全阀测试”。
（2）风机待机模式时，按功能键启动测试。测试时，先将叶片调至0°，然后启动紧急变桨。在紧急变桨模式下，测量每个叶片的变桨速度，之后测试结果会自动显示出来，三只叶片的测量速度之差应不超过2.0°/s。
（3）注意观察三只叶片的变桨速度偏差。
二、液压管路的检查及维修
目视检查液压回路里的所有软管。如果发现受损的软管，应予以更换。目视检查整个变桨控制系统回路（叶轮里面的软管、储能器和阀岛等）有无漏油。紧固液压连接件（液压回路里的泄漏）并彻底清洁漏油。一旦密封环里出现了损坏，应用新密封环更换并紧固。连接器处发生的泄漏可能有三个原因：安装时没有提供密封环；密封环是向后安装的；密封环被损坏。
如果在连接器处发现泄漏，应检查密封环是否在适当位置，以及是否处于良好状态。
三、液压系统储能器的检查及维修
变桨控制系统储能器部件分布在整个轮毂内，如图2-45所示。
图2-45 储能器在轮毂里的位置
（一）轮毂变桨控制紧急储能器压力预载及压力检查
开启每个变桨控制缸体里的变桨泄压阀，以便排出三个变桨控制紧急储能器里的油。检查每个变桨控制紧急储能器里的预载压力。需要注意的是，至少应在压力排放后的15分钟后检查压力。为了使储能器里的氮气温度变得与环境温度相同，要等待一段时间。预载压力取决于储能器里的氮气温度，如表2-5所示。在相应压力下压力不足时，则需要使用填充设备进行压力补充。
表2-5 温度与压力关系
测得的压力应与表2-5中所示压力相配，压力公差为±1Bar。填充入氮气前与填充后，应记录观察到的数值。
（二）轮毂变桨控制紧急储能器的更换
叶轮必须锁定在如图2-46所示的位置，这样拟更换的叶片储能器能在右侧保持垂直，使得能排空并更换储能器。
图2-46 受损的储能器位置
1．排干并拆下储能器
（1）释放液压回路的压力。开启泄压阀门，使得主要储能器减压。开启高速制动器泄压阀门，使刹车盘储能器减压。开启偏航泄压阀门，使偏航制动器减压。一旦实现减压，应重合阀门。开启每个缸体里的泄压阀门，使每个储能器和液压缸减压。一旦实现减压，应重合阀门。为了消除回路里保留的剩余压力，将毛细管连接到液压组的油嘴上，并向容器里注入油，确保处于储能器水平上的回路里没有剩余压力。测试变桨阀块上的油嘴。
（2）拆下拟更换储能器的充气阀上的护罩。
（3）拆下充气阀上的塞子。
（4）使用充气计量表除去储能器里的氮气，直到压力计上显示的压力为零。这个计量表装备了一个适于储能器充气压力的压力计。如图2-47所示。
图2-47 排出氮气
（5）释放、拆卸液压回路。用41mm、46mm和70mm扳手拆下管道和接头。如图2-48所示。
图2-48 释放、拆卸液压回路
（6）放油。如果有放油塞，则应用19mm扳手松开放油塞帮助放油。
（7）利用13mm和24mm扳手松开螺纹杆并拆下顶部托板（在顶部螺栓上转动托板，这样就能拆下）。固定储能器时应小心，确保在拆下这些元件时储能器不掉下来。如图2-49所示。
图2-49 拆卸储能器
2．安装新储能器
（1）开始工作前，必须运用机舱维修起重机把新储能器吊到叶轮处。把起重机拉至叶轮时，如果起重链袋是金属或塑料袋，则应水平放置。
（2）某些储能器供货时没有提供螺纹接头；将管径从“2减至1”。在这种情况下，应拆下旧螺纹接头并安装上新的储能器（使用70mm扳手）。如图2-50所示。
图2-50 储能器的螺纹接头
（3）将储能器拉到轮毂里，并把新储能器放到支架上。检查储能器是否位于橡胶轴环和橡胶圈的中心位置。插入并紧固螺纹杆和顶部支架并按要求紧固力矩。
（4）连接用于向紧急储能器充入氮气的设备，并检查预载压力。根据表里给出的值充入氮气。用保护塞保护充气阀。
（5）连接液压回路。紧固接头。
（6）确保拆除储压器时开启的所有阀门是关闭的。启动液压回路，检查回路是否充入氮气且回路是否正确操作（充气时间约持续1分钟，如果在这个时间里没有充气，则检查回路有无泄漏）。检查油位。
（7）如果有必要，清洁轮毂。更换工作全部完成后，在确保安全后，解锁并启动机器。
思考题：
1．如何检查变桨轴承和轮毂连接螺栓？
2．如何测量和调整变桨齿形的张紧度？
3．如何检查处理变桨轴承润滑管理堵塞后该？
4．如何更换液压变桨系统储能器？
5．如何更换变桨齿形带？