有關(guān)IFAS實(shí)驗(yàn)室液壓傳動(dòng)研究論文中文翻譯

1、風(fēng)力發(fā)電廠的靜液壓傳動(dòng)系統(tǒng)Johannes Schmitz：johannes.schmitzifas.rwth-aachen.Nils Vatheuer: nils.vatheuerifas.rwth-aachen.de Hubertus Murrenhoff: hubertus.murrenhoffifas.rwth-aachen.de 德國(guó)亞琛工業(yè)大學(xué)，液力傳動(dòng)與控制學(xué)院（IFAS）摘要目前的研究項(xiàng)目是開(kāi)發(fā)風(fēng)機(jī)的靜液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。本論文對(duì)概念生成、分析以及概念挑選用于試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)進(jìn)行了說(shuō)明。此外，還提出了使傳動(dòng)適應(yīng)半負(fù)載的控制策略，并包含最終的仿真結(jié)果。對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的頻率分析闡明了靜液壓部件卓越

2、的阻尼特性。論文第二部分介紹了對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證的試驗(yàn)臺(tái)，為在真實(shí)條件下對(duì)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)中的效率進(jìn)行測(cè)量提供了機(jī)會(huì)。隨后的評(píng)估指出了靜液壓傳動(dòng)的主要特性，并與現(xiàn)有的概念進(jìn)行了對(duì)比。最后，進(jìn)一步對(duì)實(shí)現(xiàn)靜液壓鋒利發(fā)電廠進(jìn)行了說(shuō)明，并論證了其擴(kuò)展到更高功率等級(jí)的可能性。關(guān)鍵詞：靜液壓傳動(dòng)、同步發(fā)電機(jī)、阻尼特性、效率、環(huán)路內(nèi)硬件1. 介紹由于對(duì)可再生能源的需求高，過(guò)去幾年里，風(fēng)力發(fā)電廠（WEP）已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)步。雖然如此，如何保證整個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)的可靠性和高性能，并同時(shí)使成本最低化仍是一個(gè)特殊的挑戰(zhàn)。盡管現(xiàn)有的概念很好，但人們?nèi)栽诓粩嚅_(kāi)發(fā)可能帶來(lái)根本變化及改善的新方案。通過(guò)靜液壓傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞動(dòng)力，

3、這個(gè)新概念被認(rèn)為是可以同時(shí)保證高效率和電網(wǎng)穩(wěn)定性，并且可靠性高，成本低。 在德國(guó)聯(lián)邦環(huán)境、自然保護(hù)與核安全局和德國(guó)瑞靈公司（位于科?。┵Y助下，IFAS正在開(kāi)發(fā)用于兆瓦級(jí)風(fēng)場(chǎng)的靜液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，打算代替目前常用的齒輪箱和變頻器。此概念的想法是利用與風(fēng)機(jī)主軸直接連接的慢轉(zhuǎn)泵向高壓油傳遞動(dòng)力，并利用靜液壓馬達(dá)將此高壓油轉(zhuǎn)化成機(jī)械能從而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。風(fēng)機(jī)中需要的這種高的傳動(dòng)比可以通過(guò)泵和馬達(dá)的排量比達(dá)到。圖1闡明了靜液壓傳動(dòng)的功能原理。圖1 功能原理為了論證此類傳動(dòng)的可行性，IFAS開(kāi)發(fā)并建立了一個(gè)能夠模擬兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電廠的試驗(yàn)臺(tái)。可以對(duì)風(fēng)機(jī)遇到的現(xiàn)實(shí)風(fēng)況下的仿真進(jìn)行驗(yàn)證。 這是通過(guò)利用環(huán)路中硬件（HIL

4、）將其與風(fēng)輪實(shí)時(shí)仿真進(jìn)行結(jié)合實(shí)現(xiàn)的，可以提供真正的風(fēng)輪慣量影響。此方法還可以包括由于颶風(fēng)和塔筒影子造成的扭矩脈沖。采用徑向柱塞馬達(dá)將HIL以風(fēng)輪轉(zhuǎn)速形式的仿真輸出傳遞到試驗(yàn)臺(tái)的風(fēng)輪軸上。2. 基本設(shè)計(jì)2.1 要求與邊界條件靜液壓傳動(dòng)可以兼并機(jī)械傳動(dòng)功能和變頻器功能。也就是說(shuō)，風(fēng)機(jī)變化的，低轉(zhuǎn)速被轉(zhuǎn)化成發(fā)電機(jī)端的恒定轉(zhuǎn)速。通過(guò)改變液壓泵或馬達(dá)排量實(shí)現(xiàn)需要的連續(xù)可變的傳動(dòng)比。由于變化的風(fēng)況，颶風(fēng)及塔筒影子影響，傳動(dòng)被負(fù)載強(qiáng)烈的扭矩波動(dòng)。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)顯著的阻尼和控制特點(diǎn)可用做保護(hù)傳動(dòng)系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)以及電控率輸出2。本傳動(dòng)的一個(gè)重要要求是在額定功率和風(fēng)機(jī)大部分時(shí)間半負(fù)載運(yùn)行時(shí)的效率要高。總效率與系統(tǒng)成

5、本二者結(jié)合就是整個(gè)風(fēng)機(jī)的投資回報(bào)。按這種方法計(jì)算，必須根據(jù)相應(yīng)風(fēng)速出現(xiàn)的可能性測(cè)量不同運(yùn)行點(diǎn)的效率?？紤]到風(fēng)機(jī)的壽命周期，采用的部件應(yīng)該結(jié)實(shí)并且易于維修。所有可能的錯(cuò)誤都應(yīng)在早期檢測(cè)出來(lái)以便防止對(duì)系統(tǒng)造成任何損害。2.2 形態(tài)學(xué)框圖起初，本項(xiàng)目是根據(jù)在非公路用車輛3中的靜液壓傳動(dòng)系統(tǒng)方面的經(jīng)驗(yàn)展開(kāi)的。當(dāng)時(shí)，對(duì)大眾熟知的概念進(jìn)行了分析并且根據(jù)風(fēng)場(chǎng)要求進(jìn)行優(yōu)化，比如，可以改變傳動(dòng)比。單一原理可以在一個(gè)形態(tài)學(xué)框圖里進(jìn)行搜集和分類。圖2顯示的就是這個(gè)形態(tài)學(xué)框圖，包括3個(gè)主要組的拆分部分，傳動(dòng)部分和組合部分 。左邊一列顯示了將功率機(jī)械地拆分成不同驅(qū)動(dòng)路徑的三種不同的拆分方法。對(duì)于傳動(dòng)本身，要考慮兩個(gè)主要

6、組。一方面，全液壓驅(qū)動(dòng)加上泵和馬達(dá)的不同結(jié)構(gòu)提供許多機(jī)會(huì)，另一方面，可以采用機(jī)械傳動(dòng)。最終，功率必須被再次組合，這個(gè)可以機(jī)械完成，或者使用兩臺(tái)發(fā)電機(jī)通過(guò)電動(dòng)方式完成。圖2 形態(tài)學(xué)框圖通過(guò)形態(tài)框圖采用不同的路徑并在每一列至少選擇一項(xiàng)要素，可以發(fā)現(xiàn)許多概念。下面的圖3顯示全液壓概念的四個(gè)主要組。圖3：生成的概念概念1 展示的是一個(gè)定量泵與一個(gè)變量馬達(dá)組合的基本結(jié)構(gòu)。如果采用這種概念，泵直接安裝到風(fēng)機(jī)軸上。這個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于部件數(shù)量少，并且傳動(dòng)控制簡(jiǎn)便。然而，此系統(tǒng)對(duì)低功率的適應(yīng)性有限，而此時(shí)，液壓馬達(dá)在低排量和低壓力情況下運(yùn)行，導(dǎo)致傳動(dòng)效率無(wú)法達(dá)到最優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)。概念2是串聯(lián)安裝在一起的兩臺(tái)泵和兩臺(tái)馬達(dá)

7、的組合。此系統(tǒng)可以適用于不同的風(fēng)況，因?yàn)樗梢酝ㄟ^(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)閥將一些元件設(shè)置成閑置模式。其缺點(diǎn)是由于串聯(lián)結(jié)構(gòu)，所有的元件都必須一直轉(zhuǎn)動(dòng)，因此即使在切斷電源時(shí)也會(huì)造成阻損。 第3個(gè)概念是使用一個(gè)上游直齒輪將功率分配給兩臺(tái)泵，同時(shí)提高其轉(zhuǎn)速。通過(guò)這種方式，可以提高泵的功率密度。為了使液壓馬達(dá)完全切出，采用兩臺(tái)發(fā)電機(jī)并且功率在傳動(dòng)系統(tǒng)的電氣側(cè)被合并。與上一個(gè)概念類似，概念4在風(fēng)機(jī)軸和泵之間采用了一個(gè)行星齒輪箱。這種情況下，根據(jù)行星級(jí)的幾何圖形，風(fēng)機(jī)扭矩被分配給兩個(gè)泵，并且每個(gè)泵的扭矩由液壓馬達(dá)設(shè)定。此結(jié)構(gòu)的一大優(yōu)勢(shì)在于通過(guò)將一臺(tái)馬達(dá)的排量設(shè)置為0，內(nèi)齒圈可以保持靜止不動(dòng)，也就是說(shuō)，泵不會(huì)造成任何阻損。

8、然而，這個(gè)結(jié)構(gòu)有兩個(gè)主要缺點(diǎn)，即行星驅(qū)動(dòng)裝置價(jià)格昂貴，還有低風(fēng)速情況下的壓力值較低。對(duì)各種組合的一項(xiàng)詳細(xì)分析闡明第三種概念中提到的直齒輪能夠達(dá)到的效率比第四種概念高。較低的壓力值對(duì)總體測(cè)量效率的影響要大于閑置模式時(shí)泵的運(yùn)行阻損。概念1中的簡(jiǎn)單的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無(wú)法彌補(bǔ)其低效率造成的損失。概念2與概念3的兩個(gè)主要區(qū)別在于概念3中的功率密度較高，并且半負(fù)載時(shí)無(wú)馬達(dá)阻損。因此，在以下設(shè)計(jì)和優(yōu)化階段中，對(duì)由若干個(gè)可以單獨(dú)關(guān)閉并且可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)或更多發(fā)電機(jī)的泵和馬達(dá)組成的靜液壓傳動(dòng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。不能考慮上游直齒輪，因?yàn)檫@些機(jī)械零件在市場(chǎng)上很難找到現(xiàn)貨，這將造成整個(gè)項(xiàng)目的周期的延長(zhǎng)。但是，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)臺(tái)驗(yàn)證的有關(guān)靜液壓傳

9、動(dòng)的數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)允許在最后增加任何形式的機(jī)械齒輪并進(jìn)行評(píng)定。3. 詳細(xì)的結(jié)構(gòu)3.1 靜態(tài)運(yùn)行點(diǎn)為了評(píng)估靜液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的效率，仿真模型中使用了類似部件的可用數(shù)據(jù)，包括風(fēng)機(jī)，整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)以及控制器。這個(gè)工具可以對(duì)不同的概念結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)分析，并直接考慮對(duì)系統(tǒng)中其他零部件的影響。泵的規(guī)格確定的初始點(diǎn)為額定風(fēng)速時(shí)的最大風(fēng)輪扭矩，結(jié)合液壓系統(tǒng)的最大系統(tǒng)壓力可以計(jì)算累積的泵排量。由于低風(fēng)速和高扭矩的要求，選用兩臺(tái)每轉(zhuǎn)排量和為66升的赫格隆徑向柱塞泵。在DSH+詳細(xì)的效率仿真中，對(duì)兩臺(tái)不同泵的不同組合進(jìn)行了試驗(yàn)。試驗(yàn)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)排量達(dá)到兩臺(tái)泵的20%到80%之間時(shí)，系統(tǒng)對(duì)大部分扭矩的適應(yīng)效果最好。因此，選用了赫格

10、隆的一臺(tái)排量為13.2升的CA210 泵和一臺(tái)排量為52.8升的CBP840泵。據(jù)此，可以預(yù)選泵的切換策略，并且對(duì)每一風(fēng)速下所需的總傳動(dòng)流量進(jìn)行了評(píng)估。之后，在仿真中分析了不同尺寸的馬達(dá)組合，目的是實(shí)現(xiàn)從高壓油到發(fā)電機(jī)機(jī)械功率的最佳轉(zhuǎn)換。圖4說(shuō)明了優(yōu)化結(jié)果。根據(jù)泵的供油情況開(kāi)啟和關(guān)閉四臺(tái)不同的變排量馬達(dá)，容量在180cm3和500cm3范圍之間。所有激活馬達(dá)的斜盤(pán)旋轉(zhuǎn)角度都相同。圖4：控制策略另外，仿真中還包括了軟管、閥門(mén)以及冷卻器中的損失。圖5顯示了總效率以及傳動(dòng)相對(duì)于風(fēng)速的輸入和輸出功率。通過(guò)觀察可以看到風(fēng)速?gòu)念~定值15m/s降到9m/s時(shí)，效率幾乎保持在85%恒定不變。這就意味著功率在額

11、定功率的20%到100%范圍之間時(shí)，傳動(dòng)效率有一個(gè)恒定值。輸入功率低于100KW時(shí)，效率迅速降低，因?yàn)榇私Y(jié)構(gòu)只使用一臺(tái)發(fā)電機(jī)。也就是說(shuō)，所有馬達(dá)都在一個(gè)軸上旋轉(zhuǎn)，即使他們?nèi)筷P(guān)閉，也會(huì)造成固定的損失。采用離合器聯(lián)結(jié)的雙發(fā)電機(jī)概念和雙馬達(dá)概念都能提高性能，尤其是在低風(fēng)速情況下的性能。圖5：效率仿真結(jié)果3.2 動(dòng)態(tài)分析除了穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)的靜態(tài)仿真外，動(dòng)態(tài)性能對(duì)于靜液壓傳動(dòng)評(píng)估來(lái)說(shuō)也是值得研究的。與機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)相比，靜液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度要低得多，這是由于泵和馬達(dá)間的高壓油引起的。油的彈性模數(shù)只有1.6KN/mm2，而鋼的彈性模數(shù)是210KN/mm2. 因此，由于發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪機(jī)的軟連接，渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)速可以小

12、范圍地變化，而能量在渦輪機(jī)巨大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量中得到緩沖。下面的等式（1）表示的是渦輪機(jī)的扭矩平衡，等式（2）表示風(fēng)輪轉(zhuǎn)速?gòu)膚1變化到w2時(shí)被緩沖的能量。圖6中的仿真曲線驗(yàn)證了之前預(yù)測(cè)。圖6： 動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果確定風(fēng)機(jī)規(guī)格的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)是系統(tǒng)的共振頻率。因此，下文將對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的共振頻率和阻尼特點(diǎn)進(jìn)行分析。簡(jiǎn)化到基本的機(jī)械原理，靜液壓傳動(dòng)包括風(fēng)輪的質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)慣量、將扭矩轉(zhuǎn)換成壓力的泵，以及高壓和低壓側(cè)的功能類似彈簧的兩體積的油。根據(jù)現(xiàn)有風(fēng)機(jī)的測(cè)量，風(fēng)輪激起系統(tǒng)時(shí)轉(zhuǎn)速頻率和槳葉頻率經(jīng)過(guò)塔筒，對(duì)于普通風(fēng)機(jī)，是轉(zhuǎn)速的三倍。采用靜液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的共振頻率公式，可以計(jì)算出此系統(tǒng)的頻率是0.57HZ。這個(gè)頻率在12

13、rpm槳葉經(jīng)過(guò)塔筒陰影時(shí)達(dá)到。所以，這個(gè)動(dòng)作必須經(jīng)過(guò)更進(jìn)一步的檢查。圖7顯示三個(gè)不同仿真得出的波特圖。圖7：波特圖第一條曲線顯示由基本元件，不考慮任何形式損失的簡(jiǎn)化模型被激起，頻率在0.1到2HZ之間?？梢钥闯?，系統(tǒng)在之前計(jì)算得出的頻率范圍內(nèi)上升。第二條曲線顯示當(dāng)考慮泵的損失時(shí)，相對(duì)較低的泵的泄漏可以提供足夠的阻尼防止系統(tǒng)內(nèi)持續(xù)振動(dòng)（即使頻率在0.6HZ的情況下）。最后是一個(gè)完整的傳動(dòng)系統(tǒng)模型，包括管路、閥門(mén)和馬達(dá)，提供的阻尼更高，這也證明了本靜液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)越的阻尼特點(diǎn)。4. 測(cè)量4.1 試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)因?yàn)楫?dāng)時(shí)沒(méi)有可以用于仿真的液壓部件實(shí)際性能特點(diǎn)和動(dòng)態(tài)動(dòng)作，所以不得不將從較小元件采集的數(shù)據(jù)根

14、據(jù)制造商數(shù)據(jù)進(jìn)行比例擴(kuò)大。因此，為了驗(yàn)證仿真結(jié)果，在IFAS實(shí)驗(yàn)室【4】設(shè)計(jì)并建立了一個(gè)試驗(yàn)臺(tái)用于測(cè)量單個(gè)部件以及整體傳動(dòng)。為了有效地運(yùn)轉(zhuǎn)此試驗(yàn)臺(tái)并避開(kāi)1.2MW電動(dòng)機(jī)和1MW發(fā)電機(jī)，安裝了一個(gè)靜液壓功率反饋裝置，可以利用傳動(dòng)的輸出功率驅(qū)動(dòng)慢速旋轉(zhuǎn)的輸入軸。圖8顯示了靜液壓傳動(dòng)和試驗(yàn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)的布局。帶動(dòng)兩臺(tái)軸向柱塞泵（A1）的兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償傳動(dòng)和驅(qū)動(dòng)的損失。徑向柱塞馬達(dá)（A2）用來(lái)代表風(fēng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)慢轉(zhuǎn)軸。傳動(dòng)系統(tǒng)的輸出功率反過(guò)來(lái)供給電動(dòng)機(jī)能量。這種方式，裝機(jī)的電功率僅有2x200kW，但是風(fēng)機(jī)軸上的功率可達(dá)到1MW。在所有通過(guò)此系統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)換中，傳動(dòng)界限、轉(zhuǎn)速和扭矩都被測(cè)出以評(píng)估總效率。圖8： 試

15、驗(yàn)臺(tái)布局在穩(wěn)態(tài)測(cè)量中，轉(zhuǎn)速由傳動(dòng)系統(tǒng)的液壓馬達(dá)控制，而試驗(yàn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)通過(guò)轉(zhuǎn)換兩臺(tái)軸向柱塞泵（A1）給定一個(gè)扭矩值。為了在現(xiàn)實(shí)動(dòng)態(tài)風(fēng)況下試驗(yàn)此傳動(dòng)系統(tǒng)，可以給試驗(yàn)臺(tái)聯(lián)接一個(gè)“實(shí)時(shí)仿真裝置”，如圖9所示。圖9： 試驗(yàn)臺(tái)連接和實(shí)時(shí)仿真裝置仿真時(shí)模擬風(fēng)機(jī)慣量以及風(fēng)載荷，這樣試驗(yàn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)可以通過(guò)慢轉(zhuǎn)軸上的仿真表示出轉(zhuǎn)速。產(chǎn)生的扭矩被測(cè)出，并應(yīng)用到模擬的風(fēng)機(jī)上。通過(guò)改變仿真中的輸入風(fēng)速，對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的反應(yīng)，包括傳動(dòng)控制進(jìn)行試驗(yàn)。也可以對(duì)一些例外情況，如緊急制動(dòng)或單個(gè)部件的故障損壞進(jìn)行試驗(yàn)。4.2 測(cè)量結(jié)果在第一次測(cè)量中，對(duì)排量為52.8升/轉(zhuǎn)的泵與3臺(tái)馬達(dá)的不同組合進(jìn)行了測(cè)量。圖10為從慢轉(zhuǎn)軸到液壓馬達(dá)輸出的總效

16、率相對(duì)風(fēng)機(jī)扭矩和轉(zhuǎn)速的曲線。測(cè)量中左側(cè)顯示，只有排量為355cm3的馬達(dá)3在運(yùn)行。因此，最大轉(zhuǎn)速可以達(dá)到10rpm。可以看出，效率上升，系統(tǒng)壓力提高，并且馬達(dá)3的排量更高。在180kNm和10rpm位置，能夠達(dá)到最大值86.3%。當(dāng)采用馬達(dá)1和馬達(dá)4時(shí)，測(cè)量結(jié)果的特點(diǎn)與之前的相同，但是，轉(zhuǎn)速范圍可以擴(kuò)大到21rpm。當(dāng)所有馬達(dá)都被激活時(shí)，也可看到同樣的結(jié)果，此時(shí)，扭矩和轉(zhuǎn)速的范圍大，而效率在80%以上。根據(jù)這些結(jié)果顯然可以看出，通過(guò)切換不同馬達(dá)使此傳動(dòng)系統(tǒng)適應(yīng)實(shí)際運(yùn)行點(diǎn)的重要性。圖10：三種不同結(jié)構(gòu)的測(cè)量結(jié)果對(duì)于第二次測(cè)量，將傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了升級(jí)，在之前使用的泵上串聯(lián)安裝第二臺(tái)泵，使泵的總排量達(dá)

17、到66升/轉(zhuǎn)。因而，必須增加第四臺(tái)馬達(dá)，這里采用的是定排量彎軸式250cm3/轉(zhuǎn)的馬達(dá)。下圖11為總效率與輸入輸出功率相對(duì)于轉(zhuǎn)速的曲線。此時(shí)，選擇了12m/s額定風(fēng)速的風(fēng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)。然后，再次用曲線對(duì)兩個(gè)不同馬達(dá)組合進(jìn)行說(shuō)明。結(jié)構(gòu)1中，泵1和泵2與馬達(dá)1和馬達(dá)2相互作用，而結(jié)構(gòu)2中所有元件都運(yùn)行。圖11：相對(duì)于風(fēng)速的測(cè)量結(jié)果此外，圖12為第二個(gè)顯示對(duì)應(yīng)風(fēng)機(jī)輸入功率的具有相同效率值的曲線圖12：相對(duì)于輸入功率的測(cè)量結(jié)果在隨后的測(cè)量中，將可以切出低轉(zhuǎn)速的泵2，從而根據(jù)仿真結(jié)果提高低功率的總效率。4.3 經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)總結(jié)測(cè)量結(jié)果與仿真的總效率值的對(duì)比顯示高轉(zhuǎn)速時(shí)的一致性好。低功率時(shí)，閑置模式中部件的阻損比

18、仿真時(shí)考慮的高，這樣造成仿真與測(cè)量結(jié)果偏差很大。在即將選用的結(jié)構(gòu)中，最大和最小的液壓馬達(dá)不應(yīng)串聯(lián)安裝以便可以運(yùn)獨(dú)立運(yùn)行最小的馬達(dá)，從而避免阻損。一個(gè)能夠很好地適應(yīng)其運(yùn)行點(diǎn)的靜液壓系統(tǒng)適于大范圍功率的總效率能夠達(dá)到85%。在帶有靜液壓驅(qū)動(dòng)的試驗(yàn)臺(tái)上運(yùn)行靜液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)中以及帶有環(huán)路中硬件的動(dòng)態(tài)載荷條件下進(jìn)行自動(dòng)效率測(cè)量的可靠結(jié)構(gòu)。尤其是，與快速驅(qū)動(dòng)泵組合的慢轉(zhuǎn)軸的低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可以在輸入軸上產(chǎn)生劇烈的扭矩波動(dòng)。靜液壓傳動(dòng)系統(tǒng)可以處理這些劇烈波動(dòng)的峰值，因?yàn)榱己玫淖枘崽匦钥梢皂樌馗淖冚敵龉β省?. 擴(kuò)展到兆瓦級(jí)風(fēng)場(chǎng)的可能性之前描述的1-MW靜液壓傳動(dòng)配置的是市場(chǎng)上現(xiàn)有的部件。一些元件，如

19、CPB840泵，是現(xiàn)有最大的設(shè)計(jì)尺寸。當(dāng)風(fēng)機(jī)額定功率提高時(shí)，當(dāng)然必須提高扭矩，同時(shí)由于最大葉尖速度的限制，轉(zhuǎn)速必須降低。得出的結(jié)論是功率增加一倍的風(fēng)機(jī)需要的泵的排量幾乎要增加四倍。為了實(shí)現(xiàn)能夠適用于5MW風(fēng)機(jī)的靜液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，必須尋找一個(gè)解決方案，能夠?qū)⒁簤杭c機(jī)械部件組合起來(lái)。從靜液壓牽引驅(qū)動(dòng)3（文獻(xiàn)）可以得知，輪轂電機(jī)中采用的液壓馬達(dá)與機(jī)械齒輪箱的組合提供的功率密度最高。在風(fēng)機(jī)中，上游直齒輪可以有效利于泵的功率，而好的靜液壓阻尼特性可以保護(hù)機(jī)械零件。下面的結(jié)構(gòu)是配有這種組合的5-MW風(fēng)機(jī)的例子，使用風(fēng)輪輪轂驅(qū)動(dòng)的圓形齒輪將四個(gè)小齒輪的功率拆分，傳動(dòng)比為4.5 （圖13）。額定扭矩4330k

20、Nm額定轉(zhuǎn)速13rpm機(jī)械比率4.5液壓模數(shù)4輸出功率5MW表1：風(fēng)機(jī)的基本數(shù)據(jù)圖13：5MW直齒輪帶動(dòng)4臺(tái)泵每一個(gè)機(jī)械輸出都分配一個(gè)靜液壓模塊，包括一臺(tái)泵CPP840,和三臺(tái)變量軸向柱塞馬達(dá)（圖14）。這張圖片沒(méi)有考慮冷卻系統(tǒng)和供給裝置。泵52.8升/轉(zhuǎn)泵的轉(zhuǎn)速58.8rpm流速3040升/分馬達(dá)2x750 cm31x500 cm3總效率85%輸出功率1.25MW表2：靜液壓模塊的基本數(shù)據(jù)圖14： 靜液壓模塊，帶1.25MW的發(fā)電機(jī)與帶有兩個(gè)1-MW傳動(dòng)液壓環(huán)路的控制策略類似，所有的控制模塊都可以獨(dú)立運(yùn)行，也就是說(shuō)，半負(fù)載時(shí)，不是所有的模塊都被激活。未運(yùn)行的泵可以通過(guò)與泵的高壓和低壓端連接的

21、閥門(mén)被設(shè)置成閑置模式。這個(gè)示范結(jié)構(gòu)證實(shí)了1MW靜液壓傳動(dòng)有可能被擴(kuò)大到可適用于兆瓦級(jí)風(fēng)場(chǎng)，即使是采用目前現(xiàn)有的部件。此外，例子中采用的所有液壓部件都可以安裝在試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行測(cè)量。從而，為設(shè)計(jì)和評(píng)估靜液壓兆瓦級(jí)風(fēng)場(chǎng)傳動(dòng)系統(tǒng)提供了極好的條件。6. 評(píng)估根據(jù)之前制造的風(fēng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的要求，可以將此傳動(dòng)系統(tǒng)與頂級(jí)的系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比。首先，比較兩種不同的傳動(dòng)系統(tǒng)有兩種不同的方法。一方面，可以選擇一個(gè)指定的風(fēng)輪對(duì)不同傳動(dòng)系統(tǒng)的輸出功率進(jìn)行比較。這樣，能夠控制評(píng)估的只有額定功率下的效率，并且靜液壓傳動(dòng)系統(tǒng)不能與機(jī)械齒輪箱競(jìng)爭(zhēng)。另一方面，發(fā)電機(jī)的規(guī)格（功率大?。┛梢怨潭ǎ鴤鲃?dòng)系統(tǒng)的規(guī)格（功率大?。┛梢缘雇拼_定。通過(guò)

22、這種方式，進(jìn)行對(duì)比的數(shù)值為傳動(dòng)系統(tǒng)的成本以及帶動(dòng)指定發(fā)電機(jī)的風(fēng)機(jī)。這兩種粗略的評(píng)估都不準(zhǔn)確：都沒(méi)有考慮真實(shí)情況下的系統(tǒng)性能。因此，人們應(yīng)該進(jìn)一步研究，比較每個(gè)系統(tǒng)生產(chǎn)1度電的平均成本。于此，第一步是要確定選用場(chǎng)地的預(yù)計(jì)發(fā)電量，并且了解場(chǎng)地的風(fēng)速分布情況。各個(gè)風(fēng)速情況下的傳動(dòng)系統(tǒng)輸出功率與每個(gè)出現(xiàn)的風(fēng)速相乘說(shuō)明了預(yù)計(jì)的發(fā)電量。此外，還應(yīng)考慮本概念的持久性。對(duì)于靜液壓傳動(dòng)的持久性，有數(shù)據(jù)可以證明，因?yàn)槭褂玫牟考荚诠I(yè)工廠中連續(xù)地運(yùn)轉(zhuǎn)。第二，必須計(jì)算風(fēng)機(jī)所有權(quán)的總成本，包括運(yùn)行成本以及資金成本。于此，應(yīng)該考慮整個(gè)結(jié)構(gòu)上的傳動(dòng)系統(tǒng)總重量的影響。最后，必須考慮供應(yīng)電流，因?yàn)檫@會(huì)因發(fā)電機(jī)或插入的變頻器的形式不同而不同?，F(xiàn)在，無(wú)法對(duì)靜液壓傳動(dòng)系統(tǒng)和現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行最后的比較，因?yàn)殪o液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的總成本還不能確定。而且，制造商們未透漏任何有關(guān)現(xiàn)有傳動(dòng)系統(tǒng)的效率數(shù)據(jù)，尤其在半負(fù)載情況下的數(shù)據(jù)。7. 展望本項(xiàng)目的主要目的是逐步準(zhǔn)備試驗(yàn)臺(tái)的靜液壓傳動(dòng)系統(tǒng)以便將來(lái)應(yīng)用到在真正的風(fēng)機(jī)上。因此，采用的所有設(shè)備，比如供應(yīng)泵或過(guò)濾器以及冷卻器都必須更換成可以移到風(fēng)機(jī)機(jī)艙內(nèi)并且可自給的集合體。這些集合體還可以在一個(gè)氣候室內(nèi)被測(cè)試以確保即使在惡劣條件下，如低溫環(huán)境，也能安全運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，還必須在切換順序和各種可能情況處理方面改善傳動(dòng)系統(tǒng)控制器。把真實(shí)的