液压系统管路中油液的流动状态

1 引言
　　液压变桨距系统作为风电机组的重要组成部分，对保证风电机组的正常运行起着至关 重要的作用。在红海湾风电场V-47风电机组2009 年全年液压系统故障率为26.5%，在风电机组的11 个系统里所占权重比例最高，所以液压系统已经越来越受到重视。然而，液压系统及其变桨系统基本为液压机械式，全部由各种阀门控制工作，其基本参数又难以测量、测准，仅凭估算是远远不够的，这样就给我们了解液压的工作方式和原理带来了很大难度。而且，在处理故障时又显得参数太少，难以准确判断其真正故障点和发生的根本原因。所以，研究液压的工作方式和计算其系统内的实际参数，对液压理论、风电机组实际运行和故障处理等，都有十分重要的意义。
　　液压传动是流体传动的一种，是在密闭的系统内，利用油液作为工作介质来实现能量转化和传递动力的。由于液压传动方式变桨体积小、重量轻、自动调节平稳精确等优点，是兆瓦级以下功率的风电机组普遍采用的桨距控制方式。液压系统是研究以高压流体为能源介质，来实现机械变化和自动控制的。液压系统是由各种元件组成所需要的各种控制回路，再由若干回路有机组合成为完成一定控制功能的传动系统，来完成能量的传递、转换和控制。从原理上来说，液压中的油液各处的压强是基本一致的，这样在平衡系统中，面积比较大活塞上施加的压力较大，通过液体的传递，可以得到不同端上的不同压力，就能达到变换的目的。
　　2 液压系统管路中油液的流动状态分析
　　液压系统管路中油液的流动情况按照其工作性质不同，分为3 种。首先是打压系统，由液压泵将油槽内的液压油抽取到储压罐中，此过程由液压电机控制齿轮泵完成。在V-47 型风电机组中，此过程每次仅为4 秒左右。其次是变桨系统，在风电机组运行状态时，由比例阀控制油液的流向，推动液压缸完成向正、负两个方向变桨。最后由于风电机组故障或人为停机，风电机组将桨距角变为86°时，由Y210A、Y210B 两个电磁阀控制泄压，完成变桨。液压变桨基本由这三种相对独立的动作系统组成，在每种系统工作时，其管路中的液压油的流速和流动状态不同，即层流和紊流，二者的流动阻力产生原因不同导致压力损失的规律不同。
　　2.1 打压系统的雷诺数与最大泵真空度
　　在V-47 型风电机组液压系统正常运行时，液压油位的液体表面一般在泵进油的入口附近上下运动，公式（3）中的h较小，所以泵的真空度不会很大。但当液压系统漏油，油槽内缺油时，液面下降就会使h 增高，增大泵的真空度。这种情况在运行时间较长的红海湾风电场是比较常见的，如果不登机检查，是很难发现的。机组虽然可以运行，但是会产生气穴现象，破坏系统的连续性，增大噪音，同时泵的功率损耗也会有所增加。
　　首先由理想伯努利方程得：

　　上式的应用条件是不可压缩液体作恒定流动，液体所受质量力仅为重力。液压泵的流量为Qv=8.5L/min，吸油管直径d=18.43mm，液压泵吸油口距离液面的高度为h=90.50mm，液压油的运动粘度为μ=32×10-6m2/s， 密度为ρ=0.9kg/m3，压力损失不计Δpw=0。
　　设在两断面间流动的液体单位重量的能量损失为hw ；在推导理想液体伯努利方程时，认为任取微小流束通流截面的速度相等，而实际上是不相等的，所以按分布均匀计算会引起误差。因此需要对动能部分进行修正，设因流速不均匀引起的动能修正系数为a。经理论和实验测定，对圆管来说，a=1~2，紊流时取a=1.1，层流时取a=2。因此，实际液体的伯努利方程为：