液壓系統管路中油液的流動狀態

1 引言
　　液壓變槳距系統作為風電機組的重要組成部分，對保證風電機組的正常運行起著至關 重要的作用。在紅海灣風電場V-47風電機組2009 年全年液壓系統故障率為26.5%，在風電機組的11 個系統里所占權重比例最高，所以液壓系統已經越來越受到重視。然而，液壓系統及其變槳系統基本為液壓機械式，全部由各種閥門控制工作，其基本參數又難以測量、測準，僅憑估算是遠遠不夠的，這樣就給我們了解液壓的工作方式和原理帶來了很大難度。而且，在處理故障時又顯得參數太少，難以準確判斷其真正故障點和發生的根本原因。所以，研究液壓的工作方式和計算其系統內的實際參數，對液壓理論、風電機組實際運行和故障處理等，都有十分重要的意義。
　　液壓傳動是流體傳動的一種，是在密閉的系統內，利用油液作為工作介質來實現能量轉化和傳遞動力的。由于液壓傳動方式變槳體積小、重量輕、自動調節平穩精確等優點，是兆瓦級以下功率的風電機組普遍采用的槳距控制方式。液壓系統是研究以高壓流體為能源介質，來實現機械變化和自動控制的。液壓系統是由各種元件組成所需要的各種控制回路，再由若干回路有機組合成為完成一定控制功能的傳動系統，來完成能量的傳遞、轉換和控制。從原理上來說，液壓中的油液各處的壓強是基本一致的，這樣在平衡系統中，面積比較大活塞上施加的壓力較大，通過液體的傳遞，可以得到不同端上的不同壓力，就能達到變換的目的。
　　2 液壓系統管路中油液的流動狀態分析
　　液壓系統管路中油液的流動情況按照其工作性質不同，分為3 種。首先是打壓系統，由液壓泵將油槽內的液壓油抽取到儲壓罐中，此過程由液壓電機控制齒輪泵完成。在V-47 型風電機組中，此過程每次僅為4 秒左右。其次是變槳系統，在風電機組運行狀態時，由比例閥控制油液的流向，推動液壓缸完成向正、負兩個方向變槳。最后由于風電機組故障或人為停機，風電機組將槳距角變為86°時，由Y210A、Y210B 兩個電磁閥控制泄壓，完成變槳。液壓變槳基本由這三種相對獨立的動作系統組成，在每種系統工作時，其管路中的液壓油的流速和流動狀態不同，即層流和紊流，二者的流動阻力產生原因不同導致壓力損失的規律不同。
　　2.1 打壓系統的雷諾數與最大泵真空度
　　在V-47 型風電機組液壓系統正常運行時，液壓油位的液體表面一般在泵進油的入口附近上下運動，公式（3）中的h較小，所以泵的真空度不會很大。但當液壓系統漏油，油槽內缺油時，液面下降就會使h 增高，增大泵的真空度。這種情況在運行時間較長的紅海灣風電場是比較常見的，如果不登機檢查，是很難發現的。機組雖然可以運行，但是會產生氣穴現象，破壞系統的連續性，增大噪音，同時泵的功率損耗也會有所增加。
　　首先由理想伯努利方程得：

　　上式的應用條件是不可壓縮液體作恒定流動，液體所受質量力僅為重力。液壓泵的流量為Qv=8.5L/min，吸油管直徑d=18.43mm，液壓泵吸油口距離液面的高度為h=90.50mm，液壓油的運動粘度為μ=32×10-6m2/s， 密度為ρ=0.9kg/m3，壓力損失不計Δpw=0。
　　設在兩斷面間流動的液體單位重量的能量損失為hw ；在推導理想液體伯努利方程時，認為任取微小流束通流截面的速度相等，而實際上是不相等的，所以按分布均勻計算會引起誤差。因此需要對動能部分進行修正，設因流速不均勻引起的動能修正系數為a。經理論和實驗測定，對圓管來說，a=1~2，紊流時取a=1.1，層流時取a=2。因此，實際液體的伯努利方程為：