風電機組風輪盤動裝置的設計

文 | 黃克源，陳景新

風電機組風輪盤動裝置的設計

文 | 黃克源，陳景新

在風電機組維護和調試時，經常需要盤動風輪來完成風輪鎖定、發電機輸入軸與齒輪箱輸出軸的同軸度對中及其它需要盤動風輪來完成的維護調試工作。隨著風電行業的迅速發展，單臺機組的容量越來越大，機組的主要零部件槳葉、輪轂、主軸、齒輪箱等的體積在增大，重量也在增加，傳動系統的轉動慣量也隨之增大，靠人力直接盤動齒輪箱高速端制動盤來轉動風輪變得越來越困難，且無法精確定位，操作時間長，效率極為低下；另外風電場風況復雜多變，若風速突然變大，會導致傳動系統高速端轉速突然加快，對操作人員帶來極大危害，工傷事故時常發生。因此設計一套便攜、省力、安全的風輪盤動裝置是非常必要的。本文將重點介紹兩種安裝便攜、操作安全省力的風輪盤動裝置設計方案。

設計方案一

將風電機組的原高速制動盤改制為大齒輪，通過驅動裝置輸出端的小齒輪帶動大齒輪（制動盤），從而帶動風輪轉動。驅動裝置通過安裝支架固定在風電機組的主齒輪箱上，見圖1。

大齒輪是通過將原高速制動盤的外圓加工成漸開線圓柱齒輪而成。這樣，高速制動盤原有剎車功能保持不變，同時又可作為風輪盤動裝置的一個零部件，具有盤車功能。驅動裝置由小齒輪、輸出轉軸、驅動器和防護罩組成，并通過安裝支架固定在齒輪箱上。

安裝在驅動裝置輸出端的小齒輪與大齒輪（制動盤）嚙合，通過齒輪傳動傳遞轉矩。驅動器由減速器、驅動電機和電控箱組成；減速器為蝸輪蝸桿減速器，具有較好的自鎖功能，在風電場風速突然變化時，能有效地阻止反作用載荷使傳動系統高速端轉速突然加快的現象發生，確保維護調試人員的操作安全；驅動器輸出端裝有防護罩，能有效地防止齒輪傳動時攪入雜物，確保操作人員和機組的安全。減速器的輸入端為雙出軸，一端裝有驅動電機，通過點動電控箱上的正反轉按鈕，就能夠輕松實現驅動電機的正反向轉動，實現風輪的正反向盤動操作。另一端可安裝手輪，風電場無電源時，可人工轉動手輪，輕松實現風輪的正反向盤動操作。

整個驅動裝置（含安裝架）重量僅為35kg，體積小，攜帶、安裝極為方便，安裝時間僅為15分鐘；操作安全、輕松、靈活。每個風電場各配置1臺即可解決所有風電機組的風輪盤動。

設計方案二

將一個可分拆的大鏈輪安裝在發電機的輸入端聯軸器連接脹套上，并與固定在機艙座的驅動裝置上的小鏈輪用鏈條相連，通過轉動驅動裝置輸入端的手輪，輕松實現風輪的正反向盤動操作，見圖2。

大鏈輪由兩個半輪用螺栓和定位銷聯接而成，并用螺栓固定在發電機輸入端聯軸器連接脹套上；驅動裝置由蝸輪蝸桿減速器、輸出轉軸、小鏈輪、手輪和安裝支架組成，并用螺栓固定在機艙座上，通過鏈條將大、小鏈輪連接，轉動驅動裝置輸入端的手輪，即可輕松實現風輪的正反向盤動，由于蝸輪蝸桿傳動具有較好的自鎖性能，操作時可以有效防止因風載作用下傳動系統高速端的快速旋轉，確保維護調試人員的操作安全，避免產生重大安全事故；在手輪中心位置上設有電動扳手接口，風電場具備電源時，接上電動扳手，即可輕松驅動蝸輪蝸桿減速器，從而實現風輪的正反向盤動，操作靈活、安全、省力、方便。

整個驅動裝置（含固定支架）重量僅為20kg，體積小，大鏈輪重量為17kg，攜帶、安裝極為方便，安裝時間僅為30分鐘；操作安全、輕松、靈活。每個風電場各配置1臺即可解決所有風電機組的風輪盤動。

蝸輪蝸桿減速器選型計算

蝸輪蝸桿減速器在市場上已經有比較成熟的產品，若直接使用成熟產品，則只涉及到選型計算的問題，蝸輪蝸桿減速器的選型計算，需要確定的參數有：輸入轉矩、減速比、輸出轉矩等參數。可根據以下公式求得：

公式中：

F——作用在手輪的力；

r——手輪半徑；

T1——蝸輪蝸桿減速器輸入轉矩；

T2——蝸輪蝸桿減速器輸出轉矩；

T3——風速8m/s以下，風輪順槳時的轉矩；

i1——蝸輪蝸桿減速器速比；

i2——大小齒輪（鏈輪）齒數比；

i3——主齒輪箱傳動比。

以設計方案二，2MW風電機組為例。已知參數：

F＝50N；r＝160mm；T3＝66500Nm（由GH Bladed軟件計算）

i2＝80/35；i3＝130.6

則：

根據以上數據選配一臺速比為30，輸出轉矩為280Nm的蝸輪蝸桿減速器即可輕松盤動風輪。

兩種設計方案的優缺點分析比較

設計方案一是將高速制動盤外圓改制成大齒輪，其優點是大大簡化了風輪盤動裝置的結構，驅動裝置結構緊湊、體積小、重量輕；安裝比設計方案二快捷、方便。缺點是將高速制動盤改制成大齒輪后，增加了每臺機組的制造成本，且未改制的高速制動盤風電機組，就不能采用設計方案一。

設計方案二是在不改變原有風電機組零部件的基礎上，設計的一套風輪盤動裝置。其優點是不改變原有機組零部件的結構和形狀，即不增加每臺機組的制造成本，適用于所有類型的機組。缺點是安裝時間比較長，比設計方案一長15分鐘，整套風輪盤動裝置的重量比設計方案一重2kg。

結語

采用以上兩種風輪盤動裝置，在風電場風速8m/s以下時，均可安全、輕松盤動風輪，能短時間內完成風輪鎖定、發電機輸入軸與齒輪箱輸出軸的同軸度對中及其它需要盤動風輪來完成的維護調試工作。兩種風輪盤動裝置攜帶、安裝極為方便；操作安全、輕松、靈活，且在風電場均已采用過，可根據風電場的實際情況選擇應用，是一種可推廣的風電機組維護調試用裝備。

（作者單位：浙江運達風電股份有限公司風力發電系統國家重點實驗室）