風(fēng)電機組吊裝技術(shù)的發(fā)展背景及趨勢

1、大學(xué)專業(yè)文獻綜述題 目： 風(fēng)電機組吊裝技術(shù)的發(fā)展背景及趨勢姓 名：學(xué) 院：機械交通學(xué)院專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化班級：機制094班學(xué) 號：成 績： 指導(dǎo)教師：職稱：2013年02月27日大學(xué)教務(wù)處制風(fēng)電機組吊裝技術(shù)的發(fā)展背景及趨勢作者姓名：指導(dǎo)老師：摘要：風(fēng)能是一種可再生、無污染的綠色能源，儲量十分豐富。風(fēng)能的大規(guī)模開 發(fā)利用，將會有效減少化石能源的使用、減少溫室氣體排放、保護環(huán)境。風(fēng)電機 組吊裝技術(shù)是伴隨風(fēng)力發(fā)電發(fā)展起來的一項配套技術(shù)，是通過運用起重機械將風(fēng)機所需要的部件或維護用品由地面運送到高空所需位置的一項機械化技術(shù)。本文簡要介紹了風(fēng)電機組吊裝技術(shù)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀，例舉了幾種目前主要的

2、吊裝設(shè)備。介紹了風(fēng)電機組吊裝的分類和特點，指出風(fēng)電機組吊裝技術(shù)與機具研究的趨 勢，并分析了我國的風(fēng)電方面發(fā)展迅速的客觀條件和與發(fā)達(dá)國家之間的差距。關(guān)鍵字：風(fēng)電機組；吊裝；吊裝設(shè)備Background and developmental trend of wind-driven generator lifting technologyAuthor: Tutor:Abstract : The wind energy source is a green resource,which is renewable and abundant.With using the wind resource,it w

3、ill decrease the usage amount of the greenhousegasesand the fossile energy and protece the environment.Wind turbine installation technology is accompanied by a supporting technology which is named wind power generation.The wind turbine installation is a mechanized technology,which is transfer the ma

4、intenance supplies and the necessible segment to the right place.The paper briefly introduces the development course and the present situation of electric wind hoistngt technology and exemplify several main equipments.The paper also introduce the classification and characteristics of the wind turbin

5、e,and point out the research trend of the technology of lifting.Meantime,the author analyses the objective condition of our country s wind power development anthe gap beween our country and developed country.Key words : Wind turbine; Lifting ; Hoisting equipment刖百風(fēng)能是一種清潔的可再生能源，與其它可再生能源相比較，技術(shù)相對成熟， 單機

6、容量大，建設(shè)周期短，對環(huán)境的污染幾乎為零，是一種安全可靠的替代能源， 是最具經(jīng)濟競爭力的新能源類型。風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)越性已被越來越多的國家重視。 在2009年末。風(fēng)電就已發(fā)展成為全球總產(chǎn)值 45研乙歐元.全行業(yè)所雇用的人數(shù)達(dá)到50萬人左右的龐大產(chǎn)業(yè).從長遠(yuǎn)看.無論是工程投資還是發(fā)電成本，都會 逐步接近火電和水電。所以。風(fēng)力發(fā)電是一個極具發(fā)展?jié)摿Φ漠a(chǎn)業(yè)川。目前，風(fēng)電機組頂端的部件安裝均靠大型可移動起重機實現(xiàn)，同時這些起重機也負(fù)責(zé)這些部件的維修服務(wù)。要將這些大型起重機運輸?shù)浆F(xiàn)場比較困難， 組裝 周期較長，工作量大，租賃費用也相當(dāng)昂貴。風(fēng)電機組頂端離地面有70m- 105m 這個高度風(fēng)速較大，起重機易受

7、風(fēng)速影響，經(jīng)常出現(xiàn)因風(fēng)速大而無法正常工作的 情況。近年來風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)迅速增長，使可使用的起重機資源越來越緊張。 考慮 到國內(nèi)風(fēng)電市場前期的快速擴張，風(fēng)電機組相關(guān)配套件質(zhì)量和性能尚不夠成熟， 在設(shè)備運營35年后設(shè)備故障問題將凸顯。因此，風(fēng)電吊裝技術(shù)的發(fā)展迫在眉 睫1吊裝技術(shù)的發(fā)展歷程及發(fā)展現(xiàn)狀隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國各行各業(yè)方興未艾，電力、冶金和石油化工 建設(shè)方面都有長足的進步，為了追求更高效率和更高效益，整體吊裝工程越來越 普遍，對吊裝技術(shù)和吊裝設(shè)備的要求也越來越高。 為此國內(nèi)吊裝用起重設(shè)備由過 去單一桅桿方式，逐步發(fā)展成為以高性能、更安全可靠的大型移動式起重機為核 心的吊裝設(shè)備。國內(nèi)吊裝

8、技術(shù)也由桅桿吊裝方式發(fā)展到單機、 多機等多樣化吊裝 方式。促使我國鋼結(jié)構(gòu)吊裝技術(shù)的發(fā)展特點有：土木與鋼結(jié)構(gòu)工程的功能化一即土 木與鋼結(jié)構(gòu)工程日益同它的使用功能或生產(chǎn)工藝緊密結(jié)合、城市建設(shè)立體化、交通運輸高速化、工業(yè)與建筑材料的輕質(zhì)高強化、施工安裝吊裝過程的工業(yè)化、設(shè) 計理論的精確化、科學(xué)化、綜合化 網(wǎng)。在風(fēng)力發(fā)電方面，由于風(fēng)力發(fā)電機的高度一般都很高，例如1500KW勺風(fēng)力發(fā)電機塔筒高度大約在65-70m。而吊裝技術(shù)使得對渦輪機的維修變得高效可行， 風(fēng)電機組的吊裝主要是將風(fēng)力渦輪機或者其他部件如輪轂，轉(zhuǎn)子等運送到高空指定的位置進行組裝和維修。目前，一些風(fēng)機制造商正努力研發(fā)新型的吊裝設(shè)備以 更好的

9、為客戶解決風(fēng)力渦輪機機械故障難以維修和成本高昂的難題。漏風(fēng)的發(fā)電機、功能受損的變速箱、壞掉的轉(zhuǎn)子等都會讓風(fēng)力渦輪機的工作 效率下降。眼下，渦輪機頂端的部件組裝一般都靠大型可移動起重機實現(xiàn)，同時這些機重機也負(fù)責(zé)這些渦輪機的維修服務(wù)。由于風(fēng)力發(fā)電的迅速擴張，以及人們 對風(fēng)力發(fā)電技術(shù)日益高漲的興趣，使得可使用的起重機資源越來越緊張，出現(xiàn)了 供不應(yīng)求的情況。有時維修所需零件已經(jīng)備齊，但要等到有起重機可用卻要幾個 月。如果所需維修的風(fēng)力渦輪機頂端離地面有70至105米的話，就需要用最重的起重機來進行維修，因為那個高度的風(fēng)力十分強勁。但想要將這些起重機來回 移動卻是十分困難的事情40一些風(fēng)力發(fā)電制造商正在

10、研發(fā)“塔式起重機”，來解決這一難題?！八?起重機”正處于實驗階段，它長10米、高2.9米、寬3.3米，重達(dá)53噸。它的 設(shè)計原理是：將塔式起重機系在從頂艙中垂下的纜繩上， 纜繩由另外一臺小型起 重機牽引。頂艙中裝有渦輪機的發(fā)電機以及變速箱等。通過這樣的纜繩，塔式起 重機可以被送至渦輪機頂部。具體的“塔式起重機”爬升過程如下：首先，頂艙 內(nèi)的纜繩垂至地面，與一個滑輪組相連，并將其送至渦輪機頂部，形成 “頂艙 牽引系統(tǒng) （NAS。隨后，與頂艙相連的NASM以同時放下很多纜繩，分散“塔 式起重機”的重量，從而較輕易地將后者送至頂部。當(dāng)起重機到達(dá)渦輪機頂部之后，它將收緊4個機械夾緊裝置，抓牢渦輪機的

11、 主桿，它就像一個巨大的機器人手掌，讓起重機在高空更加固定，讓它在離地面 100米、風(fēng)速高達(dá)每秒15米的高空也能自由工作5。2典型的風(fēng)電吊裝設(shè)備風(fēng)電起吊機具應(yīng)具備提升風(fēng)機主要部件（塔架、機艙、葉輪等）的能力，其吊 鉤提升高度應(yīng)大于機艙的尺寸，確保塔架和風(fēng)機裝配件的安裝。由于風(fēng)電事業(yè)的 發(fā)展比較迅速，風(fēng)電吊裝技術(shù)也有了相對大的發(fā)展， 其中比較典型的風(fēng)電吊裝產(chǎn) 品如下：CCW-15自提升高位智能起重機CCW-15自提升高位智能起重機，可替代大型起重機進行風(fēng)電機組的吊裝。 CCW-15的服務(wù)又t象為1.5MW風(fēng)電機組，采用自提升的方式到達(dá)塔筒頂部，夾緊 裝置將自身固定在風(fēng)電機組塔筒外壁上，利用系統(tǒng)自

12、帶的吊臂吊裝機組內(nèi)部質(zhì)量 大、體積大的一些部件，本方案設(shè)計吊裝的主要部件是齒輪增速箱、發(fā)電機等。 該起重機只需用一臺車輛運輸?shù)浆F(xiàn)場，無需現(xiàn)場組裝，操作便捷，使用成本低。 CCW-1矽卜形如圖2-1所示。夾緊裝置如圖2-2所示。圖2-1 CCW-15外形圖1圖2-2夾緊裝置維斯塔斯塔式起重機維斯塔斯塔式起重機（VTC）可以直接安裝在3 MWfe電機的塔柱上。通過爬升 方式上升到塔柱的頂端，用于更換風(fēng)力發(fā)電機所有主要零部件。如葉片、輪轂、 齒輪箱和發(fā)電機。它的最大起重量為30 t?？梢栽谥睆缴闲?、下大的圓錐形塔柱上作業(yè)。起重機可以用于陸上起重作業(yè)， 也可以用于海上起重作業(yè)。維斯塔斯 說，由于是直接

13、固定在塔柱上，塔柱多高起重機就有多高，使大風(fēng)中的起重作業(yè) 非常方便。VCTS重機能在最高17 mJs的風(fēng)速中作業(yè)，可以在28 m/s以下 的風(fēng)速時系留在塔柱上。起重機的設(shè)計師 JesPer StasrkeRosengren說：風(fēng)力發(fā) 電場維修用的常規(guī)起重機是履帶起重機和輪式起重機，它們在溫和的天氣條件下用起來不錯。但是一旦風(fēng)速達(dá)到 1012m/ s,就必須將起重機收起來，待風(fēng)速 減小時再重新豎立起來。維斯塔斯塔式起重機外觀如圖2-3所示。圖2-3維斯塔斯塔式起重機QLY2150型風(fēng)電起重機QLY21 50型風(fēng)電電起重機上車結(jié)構(gòu)簡潔。包括電動機、電氣控制系統(tǒng)、液 壓系統(tǒng)、提升裝置、同轉(zhuǎn)系統(tǒng)，變幅

14、系統(tǒng)、配重駕駛室和骨架系統(tǒng)等。下車借鑒 輪胎式運槳車的結(jié)構(gòu)。主要包括車架、懸掛、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、制動系 統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等組戒。上下車良好的結(jié)合，具有起升穩(wěn)，重力大、轉(zhuǎn)場快、拆裝 便捷、路況適應(yīng)能力強等優(yōu)勢。整車總圖如圖 2-4所示。圖2-4 QLY2150型風(fēng)電電起重機雖然現(xiàn)階段風(fēng)電起吊技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)處于相對成熟的階段， 但風(fēng)電起吊技術(shù) 還有很大的發(fā)展空間，同樣有諸多難點需要攻堅，因此它的技術(shù)水平還需要進一 步的提高6。3風(fēng)電機組吊裝的分類和特點起吊設(shè)備的分類不連續(xù)起吊設(shè)備不連續(xù)起吊設(shè)備以單個的工作虛幻工作，具通常在負(fù)載運動之后接著沿返程 方向做空載運動，而機械的、液力的或氣力的連續(xù)的起

15、吊機械， 則在一個較長的 時間內(nèi)連續(xù)不斷的運動。大多數(shù)機械的連續(xù)起吊機械和架空索道都具有無端的傳 動裝置，并以負(fù)載分支和空載分支組成工作循環(huán)。不連續(xù)的起吊機械一般可以做多種運動，而連續(xù)的起吊機械大多只能做一種 運動。在電力驅(qū)動的不連續(xù)的起吊機械中， 為了進行各種獨立的運動，規(guī)定要采 用分別驅(qū)動裝置。為了擴大工作范圍，不連續(xù)的起吊機械一般都可以移動， 而連 續(xù)的起吊機械工作位置一般固定， 僅做裝載和轉(zhuǎn)載工作，因此它們經(jīng)常只放在規(guī) 定的位置使用。連續(xù)起吊設(shè)備連續(xù)的起吊機械工作比較經(jīng)濟，在自重相同的情況下，與相應(yīng)的不連續(xù)的起 吊機械比，具貨物運輸量很大，而它們所需要的電動機功率卻很小， 即能量消耗

16、較低。這是因為它們不像不連續(xù)的起吊機械那樣有很大重量的機身需要移動。但是，連續(xù)的起吊機械不可能承擔(dān)所有的起吊任務(wù)，它們只是對于規(guī)定的最小起吊 量是經(jīng)濟的。大多是連續(xù)的起吊機械都希望有簡單的起吊路線。對于特別重的貨物只能用不連續(xù)起吊機械，只有少數(shù)連續(xù)的起吊機械可以完成重起吊任務(wù)。起吊機械的特點通用橋式起吊機械，一般都具有三個機構(gòu)：即起升機構(gòu)（起重量稍大的有 主副兩套起升機構(gòu)）、小車運行機構(gòu)和大車運行機構(gòu)。按照正常工作程序，從起 吊動作開始，先開動起升機構(gòu)，空鉤下降，吊起物品上升到一定高度，然后開動 小車運行機構(gòu)和大車運行機構(gòu)到指定位置停止； 再開動起升機構(gòu)降下物品，然后 空鉤回升到一定高度，開動

17、小車運行機構(gòu)和大車運行機構(gòu)使起重機回到原來位5 置，準(zhǔn)備第二次吊運工作。每運送一次物品，就要重復(fù)一次上述的過程，這個過 程通常稱為一個工作周期。在一個周期內(nèi)，各個機構(gòu)不是同時工作的。有時這個 機構(gòu)工作，別的機構(gòu)停歇，但每個機構(gòu)都至少作一次正向運轉(zhuǎn)和一次反向運轉(zhuǎn)。由于具有這樣的工作特征，所以起重機械是一種周期性間歇工作的機械。 從上述 橋式起重機的情況來看，起重機械是由機械、金屬結(jié)構(gòu)和電氣三大部分組成。 機 械方面是指起開、運行、變幅和旋轉(zhuǎn)等機構(gòu)，但不是在所有的起重機械中都同的 具有這些機構(gòu)，而是根據(jù)工作的需要，有多有少、但不論如何，起升機構(gòu)是必不 可少的；金屬結(jié)構(gòu)是構(gòu)成起重機械的軀體，是安裝各

18、機構(gòu)和支托它們?nèi)恐亓康?主體部分。電氣是起重機械動作的能源，各機構(gòu)都是單獨驅(qū)動的。4風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢機組容量大型化是世界風(fēng)能發(fā)展的共同趨勢。在上世紀(jì)80年代，風(fēng)力機群以50 lOOkW機型為主，其后發(fā)展擴大到300kw、500kWgJ 600kw和750kW機型； 現(xiàn)在10003000kW機組技術(shù)已經(jīng)成熟。機組大型化是未來的趨勢，它的優(yōu)點是 有利于降低造價，提高運行可靠性；缺點是機組越大，重量也越大。如 225kW 風(fēng)力機的重量約為9t ,而500kWffi 1500kW機組的重量則可達(dá)21t和58t。同時， 這將給風(fēng)機的運輸和安裝帶來困難，同時還可能導(dǎo)致機組造價的上升。提高可靠 性盡管風(fēng)電

19、機組技術(shù)近年來有了長足的進步，但是從技術(shù)商業(yè)化程度看，風(fēng)電機組壽命較短，難以保證技術(shù)使用壽命達(dá)到 20年。因而有必要改進所在部件，尤 其是轉(zhuǎn)子的可靠性。這可以通過風(fēng)機系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計、選用更好的材料、部件、 可變速轉(zhuǎn)子、先進的控制裝置來實現(xiàn)。這些改進不僅可以減輕負(fù)荷，而且還可以 減少風(fēng)機的重量和不同部件的費用。向海上發(fā)展，實行規(guī)?；_發(fā)規(guī)?；_發(fā)既 是降低成本、提高效益的途徑，也是保障開發(fā)利用可靠性、擴大可再生能源顯示 度的經(jīng)驗之舉。海上風(fēng)力發(fā)電與陸地上的風(fēng)力發(fā)電大致相同，但將風(fēng)電場建在海上，不僅解決了占用陸地土地資源的問題，同時，利用海上得天獨厚的廣闊空間和風(fēng)力資源，可以進行批量、規(guī)模化生產(chǎn)，從而降低風(fēng)力發(fā)電的成本。許多國家 都制訂了大規(guī)模開發(fā)利用計劃，以獲得更佳的效果5。5風(fēng)電吊裝技術(shù)的發(fā)展趨勢起重機和其他類型的起重機械在風(fēng)力發(fā)電場的安裝作業(yè)中起著核心的作用。 從發(fā)電機零部件施工現(xiàn)場的那一刻起， 安裝的準(zhǔn)備工作就開始進行了。風(fēng)力發(fā)電 行業(yè)不論是在海上還是在陸地上都要進行重型起重作業(yè)。在世界新能源技術(shù)發(fā)展的背景下，風(fēng)力發(fā)電也進行了快速的發(fā)展，我國的風(fēng) 力發(fā)電技術(shù)也在幾家大型風(fēng)電企業(yè)的帶領(lǐng)下與國際接軌， 一些機械打到國際領(lǐng)先 水平0風(fēng)電起吊技術(shù)作為風(fēng)電機組安裝、維護等作業(yè)的附屬