模塊三風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)頭部分的裝配與調(diào)試

1、模塊三 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)頭部分的 裝配與調(diào)試任務(wù)一 風(fēng)輪的安裝與調(diào)試任務(wù)一 風(fēng)輪的安裝與調(diào)試 風(fēng)力發(fā)電機(jī)按照其裝機(jī)容量的大小可分為下小型、中型、大型、特大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。0.11kW以下風(fēng)力發(fā)電機(jī)為小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)；1100 kW的為中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)；1001000 kW功率的為大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)；1000 kW以上的兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)為特大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。 不同類(lèi)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)不同，特別機(jī)頭部分的設(shè)計(jì)有很大的區(qū)別。小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般由風(fēng)葉、風(fēng)葉盤(pán)、傳動(dòng)軸、機(jī)殼、定子、轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)軸、前后端蓋等結(jié)構(gòu)組成。風(fēng)力機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)一般都是低速發(fā)電機(jī)，在轉(zhuǎn)速幾百轉(zhuǎn)/分時(shí)就可以發(fā)電。發(fā)電機(jī)是永磁三相的交流發(fā)電機(jī)。 2

2、任務(wù)一 風(fēng)輪的安裝與調(diào)試 而大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，一般由風(fēng)輪葉片、輪轂、機(jī)艙罩、齒輪箱、發(fā)電機(jī)（定子繞組、轉(zhuǎn)子磁鋼、發(fā)電機(jī)軸）、偏航系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)組成。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)頭部分是整個(gè)系統(tǒng)的核心，機(jī)頭部分性能的好壞直接影響著整個(gè)發(fā)電機(jī)組的發(fā)電性能。因此，機(jī)頭部分的裝配與調(diào)試就顯得非常重要。本模塊主要以小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)為例，介紹和訓(xùn)練風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)頭部分的安裝與調(diào)試，并啟發(fā)學(xué)生舉一反三，達(dá)到對(duì)各種類(lèi)型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的裝配與調(diào)試有較為全面的了解和掌握。3任務(wù)一 風(fēng)輪的安裝與調(diào)試學(xué)習(xí)背景 風(fēng)輪是由葉片和輪轂（風(fēng)葉盤(pán)）組成的。風(fēng)葉是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上具有空氣動(dòng)力學(xué)形狀，使風(fēng)輪繞其軸轉(zhuǎn)動(dòng)，將

3、風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的主要構(gòu)件。同時(shí)，葉片是決定風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率、安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵部件。輪轂是固定葉片位置，并能將葉片組件安裝在風(fēng)輪軸上的裝置。4任務(wù)一 風(fēng)輪的安裝與調(diào)試能力目標(biāo) （1）了解葉片設(shè)計(jì)時(shí)的技術(shù)要求；（2）掌握葉片的材料及加工工藝；（3）掌握葉片的性能及檢測(cè)方法； （4）掌握葉輪的安裝流程及注意事項(xiàng)。5任務(wù)一 風(fēng)輪的安裝與調(diào)試 基礎(chǔ)知識(shí) 1葉片的技術(shù)要求 風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的技術(shù)要求直接決定著葉片的結(jié)構(gòu)、材料、加工方法和成本。因此，熟悉葉片的技術(shù)要求具有十分重要的意義。根據(jù)對(duì)葉片的技術(shù)要求，國(guó)家制定了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。6任務(wù)一 風(fēng)輪的安裝與調(diào)試1）空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)要求葉片的額定設(shè)計(jì)風(fēng)速應(yīng)

4、按風(fēng)力發(fā)電機(jī)的等級(jí)確定。葉片在弦長(zhǎng)和扭角分布上應(yīng)采用曲線(xiàn)變化，以使風(fēng)力發(fā)電機(jī)獲得最大的氣動(dòng)效率。風(fēng)能利用系數(shù)Cp應(yīng)大于或等于0.44。提供葉片的弦長(zhǎng)、扭角和厚度沿葉片徑向的分布以及所用翼型的外形尺寸數(shù)據(jù)。明確規(guī)定葉片的適用范圍。對(duì)于變槳距葉片，要求其運(yùn)行風(fēng)速范圍盡可能寬，并給出葉片的變槳距范圍。7任務(wù)一 風(fēng)輪的安裝與調(diào)試2） 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)極端載荷并考慮機(jī)組實(shí)際運(yùn)行環(huán)境因素的影響，使葉片具有足夠的強(qiáng)度和剛度。要求葉片要盡可能得輕，并考慮葉片間相互平衡措施。葉片的設(shè)計(jì)安全系數(shù)應(yīng)大于或等于1.15。葉片的設(shè)計(jì)壽命應(yīng)大于或等于20年。對(duì)于葉片中的機(jī)械結(jié)構(gòu)，如變槳距葉片的變槳距系統(tǒng)和定

5、槳距葉片的葉尖啟動(dòng)剎車(chē)機(jī)構(gòu)，其可靠性應(yīng)滿(mǎn)足用戶(hù)的要求。8任務(wù)一 風(fēng)輪的安裝與調(diào)試葉片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還應(yīng)包括以下內(nèi)容： 葉片的質(zhì)量及質(zhì)量分布； 葉片重心位置； 葉片轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 葉片的剛度及剛度分布； 葉片的固有頻率； 同輪轂連接的詳細(xì)接口尺寸。9任務(wù)一 風(fēng)輪的安裝與調(diào)試2. 葉片的材料及加工工藝1）葉片的材料 由上述內(nèi)容可知，風(fēng)葉具有空氣動(dòng)力學(xué)特性，是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主要構(gòu)件。制造葉片的材料有玻璃纖維增強(qiáng)塑料（GFRP）、碳纖維增強(qiáng)塑料(CFRP)、木材、鋼和鋁等。（1）玻璃纖維增強(qiáng)塑料（GFRP） 目前商品化的大型風(fēng)機(jī)葉片大多采用玻璃纖維增強(qiáng)塑料（GFRP）制造。10任務(wù)一 風(fēng)輪的安裝與調(diào)試GFRP葉

6、片的特點(diǎn)為：可根據(jù)風(fēng)機(jī)葉片的受力特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)強(qiáng)度與剛度 翼型容易成型，可達(dá)到最大氣動(dòng)效率使用時(shí)間長(zhǎng)達(dá)20年，能經(jīng)受108以上疲勞交變載荷 耐腐蝕性好（2）碳纖維增強(qiáng)塑料(CFRP) 對(duì)于大型葉片，剛度成為主要問(wèn)題。為了保證在極端風(fēng)載下葉尖不碰塔架，葉片必須具有足夠的剛度。既要減輕葉片的質(zhì)量，又要滿(mǎn)足強(qiáng)度與剛度要求，有效的辦法是采用碳纖維增強(qiáng)塑料（CFRP）。11任務(wù)一 風(fēng)輪的安裝與調(diào)試 （3）木材 木材在大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中使用的范圍也在擴(kuò)大，主要用于葉片結(jié)構(gòu)內(nèi)部的夾心材料。木材重量輕、成本低、阻尼特性?xún)?yōu)良；其缺點(diǎn)是易受潮，加工成本高。 （4）鋼材 鋼材主要用于葉片內(nèi)部結(jié)構(gòu)的連接件，很少用于葉片的

7、主體結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)槿~片比重大，疲勞強(qiáng)度低。12任務(wù)一 風(fēng)輪的安裝與調(diào)試 2）葉片的加工工藝 隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率的不斷提高，安裝發(fā)電機(jī)的塔座和捕捉風(fēng)能的復(fù)合材料葉片做的越來(lái)越大。為了保證發(fā)電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)和塔座安全，不僅要求葉片的質(zhì)量輕也要求葉片的質(zhì)量分布必須均勻、外形尺寸精度控制準(zhǔn)確、長(zhǎng)期使用性能可靠。若要滿(mǎn)足上述要求，需要相應(yīng)的成型工藝來(lái)保證。 傳統(tǒng)復(fù)合材料風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片多采用手糊工藝（Hand Lay-up） 制造。手糊工藝的主要特點(diǎn)在于手工操作、開(kāi)模成型（成型工藝中樹(shù)脂和增強(qiáng)纖維需完全暴露于操作者和環(huán)境中）、生產(chǎn)效率低以及樹(shù)脂固化程度（樹(shù)脂的化學(xué)反應(yīng)程度）往往偏低，適合產(chǎn)品批量較小、質(zhì)量均勻

8、性要求較低復(fù)合材料制品的生產(chǎn)。13任務(wù)一 風(fēng)輪的安裝與調(diào)試 目前國(guó)外的高質(zhì)量復(fù)合材料風(fēng)機(jī)葉片往往采用RIM、RTM、纏繞及預(yù)浸料/熱壓工藝制造。其中RIM工藝投資較大，適宜中小尺寸風(fēng)機(jī)葉片的大批量生產(chǎn)（50,000片/年）；RTM工藝適宜中小尺寸風(fēng)機(jī)葉片的中等批量生產(chǎn)（5,00030,000片/年）；纏繞及預(yù)浸料/熱壓工藝適宜大型風(fēng)機(jī)葉片批量生產(chǎn)。14任務(wù)一 風(fēng)輪的安裝與調(diào)試 3. 葉片的性能與檢測(cè)方法 風(fēng)機(jī)葉片檢驗(yàn)和分析項(xiàng)目主要有：靜態(tài)檢驗(yàn)；疲勞檢驗(yàn)；室外檢驗(yàn)；模型分析；強(qiáng)度（硬度）檢驗(yàn)；紅外成像分析；聲學(xué)分析；超聲檢查；葉片表面質(zhì)量控制；質(zhì)量分布測(cè)量；自然頻率和阻尼的測(cè)定。1）靜態(tài)檢驗(yàn) 靜

9、態(tài)檢驗(yàn)用來(lái)測(cè)定葉片的結(jié)構(gòu)特性，包括硬度數(shù)據(jù)和應(yīng)力分布。 靜態(tài)檢驗(yàn)可以使用多點(diǎn)負(fù)載方法或單點(diǎn)負(fù)載方法，并且負(fù)載可以在水平方向進(jìn)行也可以在垂直方向進(jìn)行。15任務(wù)一 風(fēng)輪的安裝與調(diào)試圖3-1：室外多點(diǎn)垂直方向靜態(tài)檢驗(yàn) 圖3-2：高達(dá)10個(gè)負(fù)載點(diǎn)的葉片靜態(tài)檢驗(yàn) 16任務(wù)一 風(fēng)輪的安裝與調(diào)試2）疲勞檢驗(yàn) 葉片的疲勞檢驗(yàn)用來(lái)測(cè)定葉片的疲勞特性。實(shí)際大小的葉片疲勞檢驗(yàn)通常是認(rèn)證程序的基本部分。葉片疲勞檢驗(yàn)包括單獨(dú)的翼面向和翼弦向檢驗(yàn)。疲勞檢驗(yàn)時(shí)間要長(zhǎng)達(dá)幾個(gè)月，檢驗(yàn)過(guò)程中，要定期的監(jiān)督、檢查以及檢驗(yàn)設(shè)備的校準(zhǔn)。 檢驗(yàn)工作人員通過(guò)網(wǎng)絡(luò)攝象機(jī)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的在線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)端口進(jìn)行檢驗(yàn)過(guò)程的監(jiān)督。17任務(wù)一 風(fēng)輪的安裝與

10、調(diào)試圖3-3：大篷中的風(fēng)機(jī)葉片疲勞檢驗(yàn) 圖3-4：翼面向疲勞檢驗(yàn)18任務(wù)一 風(fēng)輪的安裝與調(diào)試 3）室外檢驗(yàn) 室外檢驗(yàn)是一種選擇性的檢驗(yàn)方式。室外檢驗(yàn)可以降低費(fèi)用，但同時(shí)也增加難度。必須對(duì)檢驗(yàn)和測(cè)量設(shè)備加以保護(hù)，以免受環(huán)境的破壞，并且還要考慮檢驗(yàn)的機(jī)密性和噪音的影響。 溫度變化和風(fēng)況也影響檢驗(yàn)的結(jié)果，因此在測(cè)量、分析時(shí)也應(yīng)該把這些因素考慮進(jìn)去，然后得出結(jié)果。19任務(wù)一 風(fēng)輪的安裝與調(diào)試4） 超聲波檢查 隨著風(fēng)電機(jī)組越來(lái)越向大型化、大容量化發(fā)展，葉片的也就隨之增大，生產(chǎn)成本也在提高，技術(shù)要求也在提高，因此生產(chǎn)風(fēng)機(jī)葉片的風(fēng)險(xiǎn)也在提高，因此需要一種快速、高效并且非破壞性的檢查方法。 自動(dòng)超聲波檢查非常

11、適合風(fēng)機(jī)葉片檢驗(yàn)。利用自動(dòng)超聲波檢驗(yàn)方可以有效的檢測(cè)層的厚度變化，顯示隱藏的產(chǎn)品故障，例如：分層、內(nèi)含物、氣孔（干燥地區(qū)）、缺少黏合劑、翼梁與外殼之間以及外殼的前緣與后緣之間黏結(jié)不牢。 超聲波檢驗(yàn)可以直接用來(lái)最優(yōu)化葉片設(shè)計(jì)和產(chǎn)品參數(shù)，從而大幅降低葉片故障的風(fēng)險(xiǎn)。20任務(wù)一 風(fēng)輪的安裝與調(diào)試 圖3-5：自動(dòng)化超聲波檢查 圖3-6：新型移動(dòng)掃描儀21任務(wù)一 風(fēng)輪的安裝與調(diào)試5 ） 葉片表面質(zhì)量控制 良好的葉片表面和涂層是確保葉片使用壽命的第一步，如果對(duì)葉片表面進(jìn)行涂層，清潔是非常重要的。通過(guò)測(cè)量葉片表面張力來(lái)確定葉片表面是否清潔。完成葉片表面涂層后，可以通過(guò)測(cè)量顏色、光澤、表面粗糙度以及粘著力來(lái)判

12、斷葉片表面質(zhì)量。 葉片的耐久性包括葉片抵御風(fēng)化的能力，通過(guò)周期性的噴灑鹽水加速自然風(fēng)化的方法檢驗(yàn)葉片的抗腐蝕的能力。葉片的耐久性還包括抵御酷暑天氣的能力、耐磨損以及化學(xué)穩(wěn)定性。所有的耐久性檢驗(yàn)一般都是檢驗(yàn)樣品，而不是檢驗(yàn)已經(jīng)生產(chǎn)好的葉片。22任務(wù)一 風(fēng)輪的安裝與調(diào)試6） 紅外成象分析和聲學(xué)分析 非破壞性檢驗(yàn)可以是葉片疲勞檢驗(yàn)的紅外成像分析檢驗(yàn)或者是葉片疲勞和靜態(tài)檢驗(yàn)的應(yīng)力波分析檢驗(yàn)。23任務(wù)一 風(fēng)輪的安裝與調(diào)試4. 風(fēng)輪的裝配與安裝 1）風(fēng)輪的組裝 風(fēng)輪的組裝需要在吊裝機(jī)艙前提前完成，在地面上將三個(gè)葉片與輪轂連接好，并調(diào)整好葉片安裝角，成為整體風(fēng)輪；然后把裝好全葉片的風(fēng)輪起吊至塔架頂部高度后與

13、機(jī)艙上的風(fēng)輪軸對(duì)接安裝。 風(fēng)輪安裝工藝如下：風(fēng)輪組裝一般在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安裝現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。組裝前安裝點(diǎn)應(yīng)清理干凈、相對(duì)平坦，墊木、葉片支架及吊帶、工具、油料均應(yīng)備齊到現(xiàn)場(chǎng)，風(fēng)輪輪轂、葉片均已去除外包裝、防銹內(nèi)包裝，工作表面擦拭干凈。24任務(wù)一 風(fēng)輪的安裝與調(diào)試使用葉片專(zhuān)用吊具、吊帶將葉片水平起吊到葉片根部與輪轂法蘭等高，調(diào)節(jié)變槳軸承使其安裝角標(biāo)識(shí)與葉片上的安裝角標(biāo)識(shí)對(duì)準(zhǔn)。要求輪轂迎風(fēng)面與葉片前緣向上。分別把三個(gè)葉片上的連接螺栓穿入變槳軸承與輪轂的法蘭孔中，確認(rèn)各葉片安裝角的相對(duì)偏差沒(méi)有超過(guò)設(shè)計(jì)圖樣的規(guī)定后，按對(duì)角擰緊法（如圖3-10 ）分兩次將連接螺栓擰緊至規(guī)定力矩。25任務(wù)一 風(fēng)輪的安裝與調(diào)試圖3

14、-10 對(duì)角擰緊法 26任務(wù)一 風(fēng)輪的安裝與調(diào)試安全前兩個(gè)葉片時(shí)，輪轂連接螺栓上緊后，起重機(jī)不能松鉤。松鉤前需要利用支架分別將葉尖部分支撐好，提前松鉤將會(huì)造成輪轂傾覆。當(dāng)三個(gè)葉片全部安裝完后，輪轂的受力處于平衡狀態(tài)，這時(shí)可以去除葉尖下的全部支撐物。對(duì)于利用葉尖進(jìn)行空氣制動(dòng)的葉片，應(yīng)安裝調(diào)整好葉片的葉尖。進(jìn)行以上操作時(shí)，均應(yīng)按安裝手冊(cè)在相關(guān)零件表面涂密封膠或MoS2潤(rùn)滑脂。27任務(wù)一 風(fēng)輪的安裝與調(diào)試 2 ）風(fēng)輪的吊裝 風(fēng)輪的吊裝采用兩臺(tái)起重機(jī)或一臺(tái)起重機(jī)的主、副鉤“抬吊”方法，由主起重機(jī)或主鉤吊住上揚(yáng)的兩個(gè)葉片的葉根，完成空中90翻身調(diào)向，松開(kāi)副起重機(jī)或副鉤后與已裝好在塔架頂上的機(jī)艙風(fēng)輪軸對(duì)接

15、，其具體步驟如下：工作現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)有足夠的人員拉緊導(dǎo)向繩，以保證起吊方向，避免風(fēng)輪葉尖碰著地面和塔架，以免損傷葉尖或觸及其他物體。用兩副吊帶分別套在輪轂兩個(gè)葉根處，另一條吊帶套在第三個(gè)葉尖部分，主要作用是保證在起吊過(guò)程中葉尖不會(huì)碰地。同時(shí)，分別把三根導(dǎo)向繩拉繩在葉片上綁好，導(dǎo)向繩長(zhǎng)度和強(qiáng)度應(yīng)足夠。葉片起吊如圖3- 11 。28任務(wù)一 風(fēng)輪的安裝與調(diào)試 圖3-11 風(fēng)輪起吊29任務(wù)一 風(fēng)輪的安裝與調(diào)試主起重機(jī)吊鉤或主鉤吊兩個(gè)葉根吊帶，而副起重機(jī)吊鉤或副吊鉤吊第三個(gè)葉片吊帶，首先水平吊起，在離開(kāi)地面幾米后副起重機(jī)吊鉤或副吊鉤停止不動(dòng)。在主起重機(jī)吊鉤或主鉤繼續(xù)緩慢上升過(guò)程中，使風(fēng)輪從起吊時(shí)狀態(tài)逐漸傾斜，當(dāng)

16、風(fēng)輪輪轂高度超過(guò)風(fēng)輪半徑尺寸約兩米時(shí)，副起重機(jī)吊鉤或副鉤緩慢下放使吊帶滑出，風(fēng)輪只由主起重機(jī)或主吊鉤住，完成空中90翻轉(zhuǎn)。通過(guò)拉三根拉繩，使風(fēng)輪軸線(xiàn)處于水平位置，繼續(xù)吊升風(fēng)輪使與機(jī)艙主軸連接法蘭對(duì)接。安裝人員系好安全帶，由機(jī)艙開(kāi)口處從外部進(jìn)入風(fēng)輪輪轂中心，松開(kāi)機(jī)艙內(nèi)風(fēng)輪鎖定裝置，轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪箱軸，使主軸與風(fēng)輪輪轂法蘭螺孔對(duì)正。30任務(wù)一 風(fēng)輪的安裝與調(diào)試穿入輪轂與主軸的固定螺栓，完成固定螺栓的緊固工作。當(dāng)已緊固的螺栓數(shù)超過(guò)總數(shù)一半（安裝手冊(cè)另有規(guī)定時(shí)按規(guī)定數(shù)）且其在圓周較均勻分布時(shí)，重新將風(fēng)輪鎖定，完成其余螺栓連接作業(yè)，并按規(guī)定力矩上緊。在輪轂內(nèi)的安裝人員撤回機(jī)艙，剎緊盤(pán)式制動(dòng)器，松開(kāi)并去除主吊帶。31任務(wù)一 風(fēng)輪的安裝與調(diào)試【操作指導(dǎo)】 1 .任務(wù)布置 以1000W風(fēng)力發(fā)電機(jī)為例，安裝風(fēng)輪。其零部件清單見(jiàn)表3-1。名稱(chēng)數(shù)量風(fēng)葉3片風(fēng)葉盤(pán)（法蘭）1個(gè)壓板3塊螺栓(M8)12個(gè)彈簧墊片、平墊片若干導(dǎo)流罩及配件1套表3-1 1000W風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪零部件32任務(wù)一 風(fēng)輪的安裝與調(diào)試 2) 操作指導(dǎo)清點(diǎn)零件間數(shù)量，看是否齊全。按照產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)要求安裝在風(fēng)葉盤(pán)上，壓上壓板。在安裝風(fēng)葉時(shí)要注意風(fēng)葉平衡，首先不要把螺栓擰得過(guò)緊，待全部擰上后調(diào)整兩兩葉尖距離相等（如圖3-12 (a)）。即保證L1=L2=L3（允許誤