風(fēng)電機(jī)組風(fēng)輪盤動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)

文 | 黃克源，陳景新

風(fēng)電機(jī)組風(fēng)輪盤動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)

文 | 黃克源，陳景新

在風(fēng)電機(jī)組維護(hù)和調(diào)試時(shí)，經(jīng)常需要盤動(dòng)風(fēng)輪來(lái)完成風(fēng)輪鎖定、發(fā)電機(jī)輸入軸與齒輪箱輸出軸的同軸度對(duì)中及其它需要盤動(dòng)風(fēng)輪來(lái)完成的維護(hù)調(diào)試工作。隨著風(fēng)電行業(yè)的迅速發(fā)展，單臺(tái)機(jī)組的容量越來(lái)越大，機(jī)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(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也隨之增大，靠人力直接盤動(dòng)齒輪箱高速端制動(dòng)盤來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)輪變得越來(lái)越困難，且無(wú)法精確定位，操作時(shí)間長(zhǎng)，效率極為低下；另外風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)況復(fù)雜多變，若風(fēng)速突然變大，會(huì)導(dǎo)致傳動(dòng)系統(tǒng)高速端轉(zhuǎn)速突然加快，對(duì)操作人員帶來(lái)極大危害，工傷事故時(shí)常發(fā)生。因此設(shè)計(jì)一套便攜、省力、安全的風(fēng)輪盤動(dòng)裝置是非常必要的。本文將重點(diǎn)介紹兩種安裝便攜、操作安全省力的風(fēng)輪盤動(dòng)裝置設(shè)計(jì)方案。

設(shè)計(jì)方案一

將風(fēng)電機(jī)組的原高速制動(dòng)盤改制為大齒輪，通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置輸出端的小齒輪帶動(dòng)大齒輪（制動(dòng)盤），從而帶動(dòng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)安裝支架固定在風(fēng)電機(jī)組的主齒輪箱上，見圖1。

大齒輪是通過(guò)將原高速制動(dòng)盤的外圓加工成漸開線圓柱齒輪而成。這樣，高速制動(dòng)盤原有剎車功能保持不變，同時(shí)又可作為風(fēng)輪盤動(dòng)裝置的一個(gè)零部件，具有盤車功能。驅(qū)動(dòng)裝置由小齒輪、輸出轉(zhuǎn)軸、驅(qū)動(dòng)器和防護(hù)罩組成，并通過(guò)安裝支架固定在齒輪箱上。

安裝在驅(qū)動(dòng)裝置輸出端的小齒輪與大齒輪（制動(dòng)盤）嚙合，通過(guò)齒輪傳動(dòng)傳遞轉(zhuǎn)矩。驅(qū)動(dòng)器由減速器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速突然變化時(shí)，能有效地阻止反作用載荷使傳動(dòng)系統(tǒng)高速端轉(zhuǎn)速突然加快的現(xiàn)象發(fā)生，確保維護(hù)調(diào)試人員的操作安全；驅(qū)動(dòng)器輸出端裝有防護(hù)罩，能有效地防止齒輪傳動(dòng)時(shí)攪入雜物，確保操作人員和機(jī)組的安全。減速器的輸入端為雙出軸，一端裝有驅(qū)動(dòng)電機(jī)，通過(guò)點(diǎn)動(dòng)電控箱上的正反轉(zhuǎn)按鈕，就能夠輕松實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正反向轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)輪的正反向盤動(dòng)操作。另一端可安裝手輪，風(fēng)電場(chǎng)無(wú)電源時(shí)，可人工轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，輕松實(shí)現(xiàn)風(fēng)輪的正反向盤動(dòng)操作。

整個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置（含安裝架）重量?jī)H為35kg，體積小，攜帶、安裝極為方便，安裝時(shí)間僅為15分鐘；操作安全、輕松、靈活。每個(gè)風(fēng)電場(chǎng)各配置1臺(tái)即可解決所有風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)輪盤動(dòng)。

設(shè)計(jì)方案二

將一個(gè)可分拆的大鏈輪安裝在發(fā)電機(jī)的輸入端聯(lián)軸器連接脹套上，并與固定在機(jī)艙座的驅(qū)動(dòng)裝置上的小鏈輪用鏈條相連，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置輸入端的手輪，輕松實(shí)現(xiàn)風(fēng)輪的正反向盤動(dòng)操作，見圖2。

大鏈輪由兩個(gè)半輪用螺栓和定位銷聯(lián)接而成，并用螺栓固定在發(fā)電機(jī)輸入端聯(lián)軸器連接脹套上；驅(qū)動(dòng)裝置由蝸輪蝸桿減速器、輸出轉(zhuǎn)軸、小鏈輪、手輪和安裝支架組成，并用螺栓固定在機(jī)艙座上，通過(guò)鏈條將大、小鏈輪連接，轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置輸入端的手輪，即可輕松實(shí)現(xiàn)風(fēng)輪的正反向盤動(dòng)，由于蝸輪蝸桿傳動(dòng)具有較好的自鎖性能，操作時(shí)可以有效防止因風(fēng)載作用下傳動(dòng)系統(tǒng)高速端的快速旋轉(zhuǎn)，確保維護(hù)調(diào)試人員的操作安全，避免產(chǎn)生重大安全事故；在手輪中心位置上設(shè)有電動(dòng)扳手接口，風(fēng)電場(chǎng)具備電源時(shí)，接上電動(dòng)扳手，即可輕松驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿減速器，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)輪的正反向盤動(dòng)，操作靈活、安全、省力、方便。

整個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置（含固定支架）重量?jī)H為20kg，體積小，大鏈輪重量為17kg，攜帶、安裝極為方便，安裝時(shí)間僅為30分鐘；操作安全、輕松、靈活。每個(gè)風(fēng)電場(chǎng)各配置1臺(tái)即可解決所有風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)輪盤動(dòng)。

蝸輪蝸桿減速器選型計(jì)算

蝸輪蝸桿減速器在市場(chǎng)上已經(jīng)有比較成熟的產(chǎn)品，若直接使用成熟產(chǎn)品，則只涉及到選型計(jì)算的問(wèn)題，蝸輪蝸桿減速器的選型計(jì)算，需要確定的參數(shù)有：輸入轉(zhuǎn)矩、減速比、輸出轉(zhuǎn)矩等參數(shù)?？筛鶕?jù)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(zhuǎn)矩；

T2——蝸輪蝸桿減速器輸出轉(zhuǎn)矩；

T3——風(fēng)速8m/s以下，風(fēng)輪順槳時(shí)的轉(zhuǎn)矩；

i1——蝸輪蝸桿減速器速比；

i2——大小齒輪（鏈輪）齒數(shù)比；

i3——主齒輪箱傳動(dòng)比。

以設(shè)計(jì)方案二，2MW風(fēng)電機(jī)組為例。已知參數(shù)：

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

i2＝80/35；i3＝130.6

則：

根據(jù)以上數(shù)據(jù)選配一臺(tái)速比為30，輸出轉(zhuǎn)矩為280Nm的蝸輪蝸桿減速器即可輕松盤動(dòng)風(fēng)輪。

兩種設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)分析比較

設(shè)計(jì)方案一是將高速制動(dòng)盤外圓改制成大齒輪，其優(yōu)點(diǎn)是大大簡(jiǎn)化了風(fēng)輪盤動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕；安裝比設(shè)計(jì)方案二快捷、方便。缺點(diǎn)是將高速制動(dòng)盤改制成大齒輪后，增加了每臺(tái)機(jī)組的制造成本，且未改制的高速制動(dòng)盤風(fēng)電機(jī)組，就不能采用設(shè)計(jì)方案一。

設(shè)計(jì)方案二是在不改變?cè)酗L(fēng)電機(jī)組零部件的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)的一套風(fēng)輪盤動(dòng)裝置。其優(yōu)點(diǎn)是不改變?cè)袡C(jī)組零部件的結(jié)構(gòu)和形狀，即不增加每臺(tái)機(jī)組的制造成本，適用于所有類型的機(jī)組。缺點(diǎn)是安裝時(shí)間比較長(zhǎng)，比設(shè)計(jì)方案一長(zhǎng)15分鐘，整套風(fēng)輪盤動(dòng)裝置的重量比設(shè)計(jì)方案一重2kg。

結(jié)語(yǔ)

采用以上兩種風(fēng)輪盤動(dòng)裝置，在風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速8m/s以下時(shí)，均可安全、輕松盤動(dòng)風(fēng)輪，能短時(shí)間內(nèi)完成風(fēng)輪鎖定、發(fā)電機(jī)輸入軸與齒輪箱輸出軸的同軸度對(duì)中及其它需要盤動(dòng)風(fēng)輪來(lái)完成的維護(hù)調(diào)試工作。兩種風(fēng)輪盤動(dòng)裝置攜帶、安裝極為方便；操作安全、輕松、靈活，且在風(fēng)電場(chǎng)均已采用過(guò)，可根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際情況選擇應(yīng)用，是一種可推廣的風(fēng)電機(jī)組維護(hù)調(diào)試用裝備。

（作者單位：浙江運(yùn)達(dá)風(fēng)電股份有限公司風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）