机械系统和其维护工作综述

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1、机械系统和其维护工作综述 综述 综述 纵观风力发电机组的发展历史 从古到今 尽管风力机的外表 式样差别很大 然而就其工作原理与结构而言还是大同小异的 发 电用的水平轴风力发电机组为了捕捉更多的风能 通常都是采用高 位布置 亦即机组的主要装置 叶轮 传动装置 调速机构 对 风装置 发电机和附属部件 机舱 机座 回转体 制动器等全 都安放在塔架的上方 机械部分是整个风力发电机组的支撑 就如同人的骨骼一样 是整个机组不可缺少的部分 本次课程就是要为大家介绍一下金风 1 5兆瓦永磁直驱机组的整机的机械结构 并附带一些部件的维护常 识 使大家对风力发电机组的日常维护有一些了解 明白机组维护 的重要性 课

2、程内容 1 机组的整体机械结构 2 叶轮变桨部分及其维护常识 3 永磁发电机部分及其轴承的维护常识 4 机舱底座偏航部分及其维护常识 5 螺栓的安装使用及其紧固常识 6 废弃油品的处理 7 双馈机组的机械结构 8 风力发电机组的发展趋势 金风1 5MW机组的主体结构 整机的侧剖图 叶轮变桨部分永磁发电机部分机舱底座偏航部分 机组的机械部件总体可分为三部分 叶轮变桨部分 叶轮导流罩 变桨驱动 变桨控制系统 变桨盘 齿形带变桨轴承 变桨控制系统包括三个主要部件 变桨驱动装置 变桨减速器和变桨轴承 当机 组出力达到额定功率后 控制系统通过变桨驱动装置将叶片以精确的变桨角度向顺桨 方向转动 实现风机的

3、功率控制 如果一个驱动器发生故障 另两个驱动器可以安全 地使风机停机 变桨轴承采用深沟球轴承 深沟球轴承主要承受纯径向载荷 也可承受轴向载荷 承受纯径向载荷时 接触角为零 叶轮变桨部分 变桨电机和变 桨减速齿轮箱 变桨驱动轮 涨紧轮 齿形带 变桨驱动装置 变桨驱动装置由变桨电机和变桨减速齿轮箱 两部分组成 变桨电机是含有位置反馈和绕组温 度检测传感器的伺服电动机 定期检修时使用张力测量仪测量齿形带的振动频率 齿形带频率 170Hz 190Hz 如大于或小于此频率范围 应调节变桨驱动支架上面的调 节滑板 以达到设计频率 以防止齿形带的松脱打滑或过紧疲劳损伤 注 意 要分别对变桨小齿轮两边的齿形带

4、进行测量 使两边的张紧力保持一 致 在调节螺栓松紧时 要同时调节 即先将一个螺栓旋半圈 再将另一 个螺栓旋半圈 滑板固定螺栓的紧固力矩值为175N m 螺栓紧固顺序为对称紧固 分2 次紧固 T1 90N m T2 175N m 变桨轴承在运行其间必须保持足够的 润滑 长时期停止运转的前后也必须加足 新的润滑脂 这在冬天来临之前尤为重要 用手动黄油枪在加油嘴1加注润滑脂 直到有旧油脂从排油嘴2被挤出 变桨减速器的油位应在油窗 的1 2 处 如果不够则需要添加 需加油的变桨减速器的叶尖应朝 下 应在油温低于40 时进行 润滑油的化验 送检应按照 机组运行维护手册规范要求进行 发电机部分 发电机定轴

5、 发电机定子 及绕组线圈 发电机外转 子及磁钢 前轴承 后轴承 发电机动轴 永磁直驱发电机主轴纵剖图 前轴承 前轴承是双列圆锥滚 子轴承 它具有一个双滚道 的外圈和两个内圈 两内圈 之间有一隔圈 改变隔圈的 厚度可调整游隙 特点 这类轴承在承受径向载荷的同时可承受双 向轴向载荷 可在轴承的轴向游隙范围内限制轴 和外壳的轴向位移 主要用于承受以径向载荷为 主的径向与轴向联合载荷 具有承载能力大 极 限转速低的特点 后轴承 后轴承是单列圆柱 滚子轴承 该轴承是内 圈 外圈可分离的结构 使用铜合金制保持架 可以承受一定程度的 一个方向轴向负荷 特点 1 滚子与滚道为线接触或修下 线接触 径向承载能力

6、大 适用于承 受重负荷与冲击负荷 2 摩擦系数小 3 对轴或座孔的加工要求较高 4 内圈或外圈可分离 便于安装和拆卸 轴承的损坏 轴承损坏原因及润滑的目的 缺少润滑 不良的安装运行 疲劳损坏 杂质的污染 轴承润滑的目的 滚动轴承的润滑目的是 减少轴承内部摩擦及摩损 防止烧粘 其 润滑效用如下 1 减少摩擦及摩损 在 构成轴承的套圈 滚动体及保持器的相互 接触部分 防止金属接触 减少摩擦 磨 损 2 延长疲劳寿命 轴承的滚动疲劳 寿命 在旋转中 滚动接触面润滑良好 则延长 相反地 油粘度低 润滑油膜厚 度不好 则缩短 3 排出摩擦热 冷却 循环给油法等可 以用油排出由摩擦发生的热 或由外部传 来

7、的热 冷却 防止轴承过热 防止润滑 油自身老化 如齿箱润滑系统等 4 其他 有防止异物侵入轴承内部 或防止 生锈 腐蚀之效果 油脂型号 偏航轴承润滑油脂采用 Fuchs gleitmo 585k 发电机轴承润滑油脂采用 SKF LGEP2 常温油脂 WT460 低温油脂 变桨轴承润滑油脂采用 Fuchs gleitmo 585k 润滑油脂的加油量不宜过多或过少 润滑脂过多将导致轴承的散热条件变差 而润滑脂过少则会影响轴承的正常润滑 这两种情况都将使轴承的温升较高 如果 温度过高会引起润滑脂的分解 不利于轴承的运行 给机组的轴承加注润滑脂 滚动轴承应在累计使用2000h时后 更换润滑脂 鉴于风力

8、发电机的运行特点 每隔半年加一次润滑脂 NdFeB永磁体 转子 定轴 线圈 铁芯 永磁体励磁 非满载状态下效率高 结构紧凑 重量轻 被动冷却系统 冷却性能好 一体化轴承概念 不另外需要轴承 外转子 内定子结构 磁通密度大 不会退磁 轴承 定子 输出功率 1500 kW 定子电压 690 V 额定转速 17 3 rpm 极对数 p 44 冷却方式 被动风冷 防护等级 IP 23 绝缘等级 F 预弯浸漆绕组 定子尺寸 D 5 m L 1 5 m 磁钢 铁心 绕组 风 定子 转子 冷却风道 两套3相绕组互差30度电角度 由此带来的优势 可以消去5 次 7次谐波电流 提高发电机 效率 降低转矩脉动 自

9、然空气冷却方式 冷空气通 过风道直接吹到叠片上 风速 增加 风机的输出功率增加 温度随之升高 而同时风道内 冷空气的流速也会增加 冷却 效果好 外转子及磁钢 定子绕组 冷却风道 冷风 热风 冷却风道 电机导流罩 维护人孔 发电机主轴 机舱部分 机舱罩壳 测风支架 开关柜 底座 机舱柜 偏航驱动 偏航轴承 及刹车闸 机舱底板 润滑站 液压站 偏航闸 1 2 3 4 5 偏航机械系统 1 偏航电机 2 偏航减速器 3 偏航轴承 4 偏航刹车盘 5 偏航制动器 主要包括3个偏航驱动机构 一个经特殊设计的带外齿圈的四点接触球式轴 承 即偏航轴承 偏航保护以及一套偏航刹车机构组成 偏航刹车分为两部分 一

10、为与偏航电机轴直接相连的电磁刹车 另一为偏航制动器 为保证偏航小齿轮与外齿圈的啮合良好 其啮合间隙t 应为0 5mm t 0 9mm 这个间 隙在组装时已经调整好 在试运转或更换偏航零部件后 应对偏航齿轮啮合间隙进行检 查 如果不合适 可通过转动与底座面接触的偏航减速器偏心盘进行调整 通过碾压铅丝 或保 险丝 的方法可以测量啮 合间隙 偏航电机 是多极电机 电压等级为400V 内部绕组接线为星形 电机的轴末端装 有一个电磁刹车装置 用于在偏航停止时 使电机锁定 从而将偏航传动锁定 附加 的电磁刹车手动释放装置 在需要时可将 手柄抬起刹车释放 偏航轴承 偏航轴承的纵剖图 偏航轴承采用 零游隙 设

11、计的四点 接触球轴承 以增加整机的运转平稳性 增强抗冲击载荷能力 偏航液压制动器 为液压盘式压力闸 由液压系统 提供约140 160bar的压力 使刹车片紧压在刹 车盘上 提供足够的制动力 偏航时 液压释放 但保持24bar的余压 这样一来 偏航过程中始 终保持一定的阻尼力矩 大大减少风机在偏航过 程中的冲击载荷 偏航刹车盘是一个固定在偏航 轴承上的圆环 摩擦片 偏航制动器在使用后 需定期检查偏航制动器的摩擦片厚度 当摩擦片厚度为 2mm 左右时 需要更换新的摩擦片 偏航系统的自动润滑部分 自动加脂器 齿润滑器及递进式分配器 偏航刹车盘 它是一个固定在偏航轴承上的圆环板 风机在运行过程中 有可

12、能液压油 滴落到刹车盘上 油的存在会降低摩擦系数使刹摩擦片失去功效 同时由于刹 车盘上摩擦片粉末的存在 在偏航过程当中会形成油脂粘力破坏摩擦片造成的风 机振动和噪音 对风机有很大的影响 应及时擦除 然后用清洁剂与水的混合 液将其擦拭干净 螺栓的安装与使用 螺栓与垫片的配合使用的方式 螺栓的紧固 1 高强度螺栓需要定期进行检查加固 如果没有特别指定 应抽检5 的螺栓 最 少一个 2 如果发现有螺栓松动 应将其紧固到规定力矩 同时需要进一步检查所有螺栓 3 对螺栓进行紧固时 环境温度应大于 5 否则只能紧固额定力矩的80 在环 境温度高于 5 时补上剩余的20 力矩 4 扭矩扳手在使用前需要经过校

13、验 注意 校验是非常重要的事情 不可忽视 5 扭矩扳手使用后复位 机组的倒塌事故 材料的不合格及不良的安装 维护 倒塌的风机通过了240小时的现场验收 风机运行时间才两个月左右 运行期间没有 按照要求进行塔筒螺栓的力矩检查和维护 据风电内部专家透露 风机倒塌事件的 原因主要有如下两个 1 检测公司对塔筒的法兰材料进行了检测 检验的结果是 法兰的低温冲击韧性远远达不到国标的要求 2 风场现场施工单位对螺栓力矩没 有按照施工要求进行 机组的塔筒连接螺栓大部分存在力矩不足的问题 有些螺栓 用手就可以拧动 损坏的齿轮箱 和发电机 底法兰严重损坏 主轴套断裂 2006年台风过后 苍南风电场一台 机组的惨

14、象 大唐左云风机倒塌事 件后 对其它机组进 行检查时发现的 常用的8 8级的螺栓力矩性能表 废弃油品的处理 润滑油或液压油中含有对人体有害的成分 应及时清洗粘在您皮肤上的油污 对 于沾有油污的布要洗干净或妥善地处理掉 不要将旧油倒到垃圾桶里 地上 沟里或河流 湖泊等处 这样会严重威胁环境 应将其集中送到旧油回收利用处理的地方 失速调节 主动失速 定速 变速控制 齿轮箱 变桨距调节 变速调节 无齿轮箱 Technology trend 国际大型风力发电机组的发展趋势 1 国际大型风力发电机组的发展趋势 2 此图作于2003年 国际大型风力发电机组的发展趋势 3 本课程就讲到这里 如果有什么问 题 欢迎大家踊跃的提出来 请不要有 任何拘束 无论日后各位是否在风电领域进行 发展 希望在各位都能像雄鹰一样在各 自的工作岗位上自由的翱翔