风力发电机组的偏航系统设计维护技术.pdf

第七章! 风力发电机组的偏航系统设计维护技术 偏航系统是水平轴式风力发电机组必不可少的组成系统之一。偏航系统的主要作 用有两个： 其一是与风力发电机组的控制系统相互配合， 使风力发电机组的风轮始终处 于迎风状态， 充分利用风能， 提高风力发电机组的发电效率； 其二是提供必要的锁紧力 矩， 以保障风力发电机组的安全运行。风力发电机组的偏航系统一般分为主动偏航系统 和被动偏航系统。被动偏航指的是依靠风力通过相关机构完成机组风轮对风动作的偏 航方式， 常见的有尾舵、 舵轮和下风向三种； 主动偏航指的是采用电力或液压拖动来完成 对风动作的偏航方式， 常见的有齿轮驱动和滑动两种形式。对于并网型风力发电机组来 说， 通常都采用主动偏航的齿轮驱动形式。 第一节! 偏航系统的技术要求 一、 环境条件 在进行偏航系统的设计时， 必须考虑的环境条件如下： “） 温度； #） 湿度； $） 阳光辐射； %） 雨、 冰雹、 雪和冰； 0 =,#- 回转支承 来进行计 算， 偏航轴承的润滑应使用制造商推荐的润滑剂和润滑油， 轴承必须进行密封。轴承的 强度分析应考虑两个主要方面， 第一是在静态计算时， 轴承的极端载荷应大于静态载荷 .2 第二编$ 风力发电机组的设计检测与制造技术 # 的 !“ ! 倍； 轴承的寿命应按风力发电机组的实际运行载荷计算。此外， 制造偏航齿圈的 材料还应在 #$%条件下进行 & 型切口冲击能量试验， 要求三次试验平均值不小于 ()。 二、 驱动装置 驱动装置一般由驱动电动机或驱动马达、 减速器、 传动齿轮、 轮齿间隙调整机构等组 成。驱动装置的减速器一般可采用行星减速器或蜗轮蜗杆与行星减速器串联； 传动齿轮 一般采用渐开线圆柱齿轮。传动齿轮的齿面和齿根应采取淬火处理， 一般硬度值应达到 *+,- ./。传动齿轮的强度分析和计算方法与偏航齿圈的分析和计算方法基本相同； 轴静态计算应采用最大载荷， 安全系数应大于材料屈服强度的 ! 倍； 轴的动态计算应采 用等效载荷并同时考虑使用系数 012 !“ $ 的影响， 安全系数应大于材料屈服强度的 ! 倍。偏航驱动装置要求起动平稳， 转速均匀无振动现象。驱动装置的结构简图， 如图 ( # $ 所示。 图 ( #$3 驱动装置结构简图 4） 驱动电动机偏置安装3 5） 驱动电动机直接安装 三、 偏航制动器偏航制动器一般采用液 压拖动的钳盘式制动器， 其结构简图如图 #/ #6 所示。 !“ 偏航制动器是偏航系统中的重要部件， 制动器应在额定负载下， 制动力矩稳定， 其 值应不小于设计值。在机组偏航过程中， 制动器提供的阻尼力矩应保持平稳， 与设计值 的偏差应小于 -7， 制动过程不得有异常噪声。制动器在额定负载下闭合时， 制动衬垫和 制动盘的贴合面积应不小于设计面积的 -87； 制动衬垫周边与制动钳体的配合间隙任一 处应不大于 8“ -99。制动器应设有自动补偿机构， 以便在制动衬块磨损时进行自动补 偿， 保证制动力矩和偏航阻尼力矩的稳定。在偏航系统中， 制动器可以采用常闭式和常 开式两种结构形式， 常闭式制动器是在有动力的条件下处于松开状态， 常开式制动器则 是处于锁紧状态。两种形式相比较并考虑失效保护， 一般采用常闭式制动器。 “ 制动盘通常位于塔架或塔架与机舱的适配器上， 一般为环状， 制动盘的材质应具 有足够的强度和韧性， 如果采用焊接连接， 材质还应具有比较好的可焊性， 此外， 在机组 寿命期内制动盘不应出现疲劳损坏。制动盘的连接、 固定必须可靠牢固， 表面粗糙度应 达到 +4$“ 。 !: 第二编3 风力发电机组的设计检测与制造技术 # 图 ! “#$ 偏航制动器结构简图 % “ 弹簧$ & “ 制动钳体$ “ 活塞$ # “ 活塞杆$ ( “ 制动盘$ ) “ 制动衬块$ ! “ 接头$ * “ 螺栓 + 制动钳由制动钳体和制动衬块组成。制动钳体一般采用高强度螺栓连接用经过 计算的足够的力矩固定于机舱的机架上。制动衬块应由专用的摩擦材料制成， 一般推荐 用铜基或铁基粉末冶金材料制成， 铜基粉末冶金材料多用于湿式制动器， 而铁基粉末冶 金材料多用于干式制动器。一般每台风机的偏航制动器都备有 & 个可以更换的制动衬 块。 四、 偏航计数器 偏航计数器是记录偏航系统旋转圈数的装置， 当偏航系统旋转的圈数达到设计所规 定的初级解缆和终极解缆圈数时， 计数器则给控制系统发信号使机组自动进行解缆。计 数器一般是一个带控制开关的蜗轮蜗杆装置或是与其相类似的程序。 五、 纽缆保护装置 纽缆保护装置是偏航系统必须具有的装置， 它是出于失效保护的目的而安装在偏航 系统 中的。它的作用是在偏航系统的偏航动作失效后， 电缆的纽绞达到威胁机组安全运 行的程度而触发该装置， 使机组进行紧急停机。一般情况下， 这个装置是独立于控制系 统的， 一旦这个装置被触发， 则机组必须进行紧急停机。纽缆保护装置一般由控制开关 和触点机构组成， 控制开关一般安装与机组的塔架内壁的支架上， 触点机构一般安装与 机组悬垂部分的电缆上。当机组悬垂部分的电缆纽绞到一定程度后， 触点机构被提升或 被松开而触发控制开关。 &*& 第二编$ 风力发电机组的设计检测与制造技术 # 第三节! 偏航系统的维护 一、 偏航系统零部件的维护 “# 偏航制动器 “） 需要注意的问题： $# 液压制动器的额定工作压力； %# 每个月检查摩擦片的磨损情况和裂纹。 &） 必须进行的检查： $# 检查制动器壳体和制动摩擦片的磨损情况， 如有必要， 进行更换； %# 根据机组的相关技术文件进行调整； # 清洁制动器摩擦片； (# 检查是否有漏油现象； )# 当摩擦片的最小厚度不足 &*， 必须进行更换； +# 检查制动器联接螺栓的紧固力矩是否正确。 &# 偏航轴承 “） 需要注意的问题： 检查轴承齿圈的啮合齿轮副是否需要喷润滑油， 如需要， 喷规定型号的润滑油； $# 检查是否有非正常的噪声； %# 检查联接螺栓的紧固力矩是否正确； # 检查是否有非正常的噪声。 &） 必须进行的检查： $# 检查轮齿齿面的腐蚀情况； %# 检查啮合齿轮副的侧隙； # 检查轴承是否需要加注润滑脂， 如需要， 加注规定型号的润滑脂。 ,# 偏航驱动装置必须进行的检查： $# 检查油位， 如低于正常油位应补充规定型号的润滑油到正常油位； %# 检查是否有漏油现象； # 检查是否有非正常的机械和电气噪声； (# 检查偏航驱动紧固螺栓的紧固力矩是否正确。 二、 偏航系统的维修和保养 “# 应进行的检查 “） 每月检查油位， 如有必要， 补充规定型号的油到正常油位； &） &-. 运行后， 需用清洗剂清洗后， 更换机油； ,） 每月检查以确保没有噪声和漏油现象； /） 检查偏航驱动与机架的联接螺栓， 保证其紧固力矩为规定值； ,0& 第二编! 风力发电机组的设计检测与制造技术 # !） 检查齿轮副的啮合间隙； “） 制动器的额定压力是否正常， 最大工作压力是否为机组的设计值； #） 制动器压力释放、 制动的有效性； $） 偏航时偏航制动器的阻尼压力是否正常。 %& 维护和保养 ） 每月检查摩擦片的磨损情况， 检查磨擦片是否有裂缝存在； %） 当摩擦片的最低点的厚度不足 %( 时， 必须更换； )） 每月检查制动器壳体和机架联接螺栓的紧固力矩， 确保其为机组的规定值； *） 制动器的工作压力是否在正常的工作压力范围之内； !） 每月对液压回路进行检查， 确保液压油路无泄漏； “） 每月检查制动盘和摩擦片的清洁度、 有无机油和润滑油， 以防制动失效； #） 每月或每 !+,， 应向齿轮副喷洒润滑油， 保证齿轮副润滑正常； $） 每两个月或每 +,， 检查齿面的腐蚀情况， 轴承是否需要加注润滑脂， 如需要， 加 注规定型号的润滑脂； -） 每三个月或每 !+,， 检查轴承是否需要加注润滑脂， 如需要， 加注规定型号的润 滑脂， 检查齿面是否有非正常的磨损与裂纹； +） 每六个月或每 )+,， 检查偏航轴承联接螺栓的紧固力矩， 确保紧固力矩为机组 设计文件的规定值， 全面检查齿轮副的啮合侧隙是否在允许的范围之内。 第四节. 偏航系统的常见故障 & 齿圈齿面磨损原因 ） 齿轮副的长期啮合运转； %） 相互啮合的齿轮副齿侧间隙中渗入杂质； )） 润滑油或润滑脂严重缺失使齿轮副处于干摩擦状态。 %& 液压管路渗漏原因 ） 管路接头松动或损坏； %） 密封件损坏。 )& 偏航压力不稳原因 ） 液压管路出现渗漏； %） 液压系统的保压蓄能装置出现故障； )） 液压系统元器件损坏。 *& 异常噪声原因 ） 润滑油或润滑脂严重缺失； %） 偏航阻尼力矩过大； )） 齿轮副轮齿损坏； *） 偏航驱动装置中油位过低。 !& 偏航定位不准确