摘 要：在新能源兆瓦级风机系统中，偏航及变桨系统有采用电驱动或液压驱动，偏航制动系统主要对风机偏航齿轮平稳运行和风机塔架振动及寿命起着至关重要的作用。变桨系统主要对风力发电机组的整个运行保证风机充分地利用风能,提高效率,稳定地输出功率。文章中以液压系统驱动，着重介绍液压系统中蓄能器的应用及皮囊材料的选用。蓄能器如何在液压系统中定义储存能量、吸收脉冲压及在紧急情况下起到安全保护作用，并选用低温工况下适合的橡胶材料。
关键词：风机的变桨系统；液压系统机构；蓄能器；橡胶材料
1 偏航液压制动系统概要
偏航系统的方案有多种，偏航系统可分为被动偏航系统和主动偏航系统。被动偏航系统偏航力矩由风力产生，下风向风力发电机和安装尾驼的上风向风力发电机的偏航属于被动偏航。主动偏航系统应用液压机构来使风力发电机迎风，如阻尼式偏航系统、带有偏航制动器的固定式偏航系统、软偏航系统、阻尼自由偏航系统和可控自由偏航系统等。目前应用最为普遍的偏航制动器有两种，一种是采用滑动轴承的阻尼式偏航系统，另一种是采用液压力驱动的钳盘式制动器。根据所选制动器型式配置液压系统。偏航制动器主要用于吸收风向的不确定性对风机偏航齿轮造成的冲击载荷。
2 液压变桨系统概要
变桨分为定桨距和变桨距。定桨距角的迎风攻角时不能改变的，风机的功率调节完全依靠桨叶的气动特性。
变桨距时指安装在轮毂上的桨叶不时固定的，可通过控制技术改变其桨距角的大小。
在额定风速以上或以下时，通过液压系统中通过风速计及转速反馈信号给PLC，由PLC信号输出给比例阀控制油缸推动桨叶变桨，控制桨叶的迎风攻角。
3 液压系统中的蓄能器应用
常用蓄能器种类分为4种。弹簧式、皮囊式、隔膜式蓄能器、活塞式。
弹簧式:将液压压力转换成弹簧的压缩能,其结构简单，响应较为灵敏，但其容积较小，一般用于小容量，低压力。
皮囊式:皮囊内根据工况在内充一定的氮气压力，系统工作时，皮囊外部受液压压力，使皮囊内氮气体积压缩，内压升高直至与外部压力相等，响应灵敏，一般用于大容量，中高压工况下。
隔膜式蓄能器：工作原理与皮囊式相同，响应极为灵敏，一般用于小容量，中高压工况下。
活塞式蓄能器：工作原理利用缸筒内壁中浮动的活塞将液和气分割开。优点为寿命长，更换密封件成本较低。缺点为响应灵敏差，气液混合性较大，另需注意保持油液的清洁，因油液过脏会对活塞密封环造成损坏。
4 蓄能器的功能
蓄能器(A1)功能：主要在风机偏航制动时，可以吸收制动器与制动盘会产生震动频率，起到吸收脉冲压力，从而保持制动平稳性从而提高偏航的稳定性，增加偏航齿轮的使用寿命。同时还可起一定的存储能量功能，能在发生故障时能提供足够的制动压力，提供满偏航制动力。
蓄能器(A2)功能：液压系统中主要起存储能量，维持蓄能器A1压力，液压泵也采用始终处于保压状态，如此可起到减少电机启动次数，达到延长液压站电机和双流泵的使用寿命目的。
蓄能器（A3）功能：安全缸主要功能在风机紧急，危险时，将桨叶顺桨。如当液压系统油管破裂、系统故障超速时，无法进行控制，此时紧急停机，风机将利用蓄能器油压将桨叶顺桨。
5 蓄能器选型
文章以北中2MW风机液压系统为例，偏航蓄能器（A1）主要用于吸收高频脉冲， 容积小，保持平稳性，如此选用隔膜式蓄能器。
液压系统主蓄能器（A2）主要用于补充各油路因泄漏造成的压力下降，避免电机频繁起动工作，及使执行元件快速响应的功能，如此需选用大容积，响应灵敏的皮囊式蓄能器。
变桨蓄能器（A3）主要用于在变桨时，起安全保护使用，在系统工作时桨压力能储存起来，当系统发生故障无法控制时，蓄能器释放压能，将桨叶顺桨，如此需选用大容积，响应灵敏的皮囊式蓄能器。
6 蓄能器皮囊材料选择
丁腈橡胶（NBR）-丁二烯和丙烯晴的共聚体。特点是耐汽油和脂肪烃油类的性能特别好，仅次于聚硫橡胶、丙烯酸酯和氟橡胶，而优于其他通用橡胶。耐热性好，气现常用橡胶材料有3种：
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密性、耐磨及耐水性等均较好，粘结力强。缺点是耐寒及耐臭氧性较差，强力及弹性较低，耐酸性差，电绝缘性不好，耐极性溶剂性能也较差。使用温度范围：约－20℃～＋100℃。主要用于制造各种耐油制品，如胶管、密封制品等.
氟橡胶（FPM）是由含氟单体共聚而成的有机弹性体。其特点耐温高可达300℃，耐酸碱，耐油性是耐油橡胶中最好的，抗辐射、耐高真空性能好；电绝缘性、机械性能、耐化学腐蚀性、耐臭氧、耐大气老化性均优良。缺点是加工性差，价格昂贵耐寒性差，弹性透气性较低。使用温度范围：－20℃＋200℃。主要用耐高温、耐化学腐蚀的密封材料、胶管或其他零件及汽车工业。
氯醚橡胶（ECO）由环氧氯丙烷均聚或由环氧氯丙烷与环氧乙烷共聚而成的聚合物。特点是耐脂肪烃及氯化烃溶剂、耐碱、耐水、耐老化性能极好，耐臭氧性、耐候性紧挨热性、气密性高。缺点是强力较低、弹性较差、电绝缘性不良。使用温度范围约-35℃～+140℃，可用作胶管、密封件、薄膜和容器衬里、油箱、胶辊，制造油封、水封等。
根据现风场低高温温度范围-30℃～100℃，选用氯醚橡胶（ECO）主要避免低温工作皮囊破损。
7 结语
采用蓄能器的计算方案，经过实际应用，可以满足兆瓦级风机应用要求达到更高的安全运行可靠性。
蓄能器作为一种液压系统辅助装置，在液压系统中起到安全保护作用，其带来的效果是明显，所以必要经一步完善蓄能器基本理论，为开发配套更大机型制动系统做好准备。
