风电机组吊装技术的发展背景及趋势

1、大学专业文献综述题 目: 风电机组吊装技术的发展背景及趋势 姓 名: 学 院: 机械交通学院 专 业: 机械设计制造及其自动化 班 级: 机制094班 学 号: 成 绩： 指导教师: 职称: 2013年02月27日大学教务处制8风电机组吊装技术的发展背景及趋势作者姓名： 指导老师： 摘要：风能是一种可再生、无污染的绿色能源，储量十分丰富。风能的大规模开发利用，将会有效减少化石能源的使用、减少温室气体排放、保护环境。风电机组吊装技术是伴随风力发电发展起来的一项配套技术，是通过运用起重机械将风机所需要的部件或维护用品由地面运送到高空所需位置的一项机械化技术。本文简要介绍了风电机组吊装技术的发展历程

2、和现状，例举了几种目前主要的吊装设备。介绍了风电机组吊装的分类和特点，指出风电机组吊装技术与机具研究的趋势，并分析了我国的风电方面发展迅速的客观条件和与发达国家之间的差距。关键字：风电机组；吊装；吊装设备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

3、 resource,it will decrease the usage amount of the greenhouse gases and 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

4、 transfer the maintenance 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

5、 the wind turbine,and point out the research trend of the technology of lifting.Meantime,the author analyses the objective condition of our countrys wind power development and the gap beween our country and developed country.Key words : Wind turbine; Lifting ; Hoisting equipment前言风能是一种清洁的可再生能源，与其它可再

6、生能源相比较，技术相对成熟，单机容量大，建设周期短，对环境的污染几乎为零，是一种安全可靠的替代能源，是最具经济竞争力的新能源类型。风力发电的优越性已被越来越多的国家重视。在2009年末。风电就已发展成为全球总产值45研乙欧元全行业所雇用的人数达到50万人左右的庞大产业从长远看无论是工程投资还是发电成本，都会逐步接近火电和水电。所以。风力发电是一个极具发展潜力的产业1。目前，风电机组顶端的部件安装均靠大型可移动起重机实现，同时这些起重机也负责这些部件的维修服务。要将这些大型起重机运输到现场比较困难，组装周期较长，工作量大，租赁费用也相当昂贵。风电机组顶端离地面有70m105m，这个高度风速较大，

7、起重机易受风速影响，经常出现因风速大而无法正常工作的情况。近年来风力发电产业迅速增长，使可使用的起重机资源越来越紧张。考虑到国内风电市场前期的快速扩张，风电机组相关配套件质量和性能尚不够成熟，在设备运营35年后设备故障问题将凸显。因此，风电吊装技术的发展迫在眉睫2。1吊装技术的发展历程及发展现状随着国民经济的不断发展，我国各行各业方兴未艾，电力、冶金和石油化工建设方面都有长足的进步，为了追求更高效率和更高效益，整体吊装工程越来越普遍，对吊装技术和吊装设备的要求也越来越高。为此国内吊装用起重设备由过去单一桅杆方式，逐步发展成为以高性能、更安全可靠的大型移动式起重机为核心的吊装设备。国内吊装技术也

8、由桅杆吊装方式发展到单机、多机等多样化吊装方式。促使我国钢结构吊装技术的发展特点有：土木与钢结构工程的功能化即土木与钢结构工程日益同它的使用功能或生产工艺紧密结合、城市建设立体化、 交通运输高速化、工业与建筑材料的轻质高强化、施工安装吊装过程的工业化、设计理论的精确化、科学化、综合化3。在风力发电方面，由于风力发电机的高度一般都很高，例如1500KW的风力发电机塔筒高度大约在65-70m。而吊装技术使得对涡轮机的维修变得高效可行，风电机组的吊装主要是将风力涡轮机或者其他部件如轮毂，转子等运送到高空指定的位置进行组装和维修。目前，一些风机制造商正努力研发新型的吊装设备以更好的为客户解决风力涡轮机

9、机械故障难以维修和成本高昂的难题。漏风的发电机、功能受损的变速箱、坏掉的转子等都会让风力涡轮机的工作效率下降。眼下，涡轮机顶端的部件组装一般都靠大型可移动起重机实现，同时这些机重机也负责这些涡轮机的维修服务。由于风力发电的迅速扩张，以及人们对风力发电技术日益高涨的兴趣，使得可使用的起重机资源越来越紧张，出现了供不应求的情况。有时维修所需零件已经备齐，但要等到有起重机可用却要几个月。如果所需维修的风力涡轮机顶端离地面有70至105米的话，就需要用最重的起重机来进行维修，因为那个高度的风力十分强劲。但想要将这些起重机来回移动却是十分困难的事情4。一些风力发电制造商正在研发 “塔式起重机”，来解决这

10、一难题。“塔式起重机”正处于实验阶段，它长10米、高2.9米、宽3.3米，重达53吨。它的设计原理是：将塔式起重机系在从顶舱中垂下的缆绳上，缆绳由另外一台小型起重机牵引。顶舱中装有涡轮机的发电机以及变速箱等。通过这样的缆绳，塔式起重机可以被送至涡轮机顶部。具体的“塔式起重机”爬升过程如下：首先，顶舱内的缆绳垂至地面，与一个滑轮组相连，并将其送至涡轮机顶部，形成 “顶舱牵引系统”（NAS）。随后，与顶舱相连的NAS可以同时放下很多缆绳，分散“塔式起重机”的重量，从而较轻易地将后者送至顶部。当起重机到达涡轮机顶部之后，它将收紧4个机械夹紧装置，抓牢涡轮机的主杆，它就像一个巨大的机器人手掌，让起重机

11、在高空更加固定，让它在离地面100米、风速高达每秒15米的高空也能自由工作5。2典型的风电吊装设备风电起吊机具应具备提升风机主要部件(塔架、机舱、叶轮等)的能力，其吊钩提升高度应大于机舱的尺寸，确保塔架和风机装配件的安装。由于风电事业的发展比较迅速，风电吊装技术也有了相对大的发展，其中比较典型的风电吊装产品如下：2.1 CCW-15 自提升高位智能起重机CCW-15 自提升高位智能起重机，可替代大型起重机进行风电机组的吊装。CCW-15 的服务对象为1.5MW 风电机组，采用自提升的方式到达塔筒顶部，夹紧装置将自身固定在风电机组塔筒外壁上，利用系统自带的吊臂吊装机组内部质量大、体积大的一些部件

12、，本方案设计吊装的主要部件是齿轮增速箱、发电机等。该起重机只需用一台车辆运输到现场，无需现场组装，操作便捷，使用成本低。CCW-15外形如图2-1 所示。夹紧装置如图2-2 所示。图2-1 CCW-15外形图图2-2 夹紧装置2.2 维斯塔斯塔式起重机维斯塔斯塔式起重机(VTC)可以直接安装在3 MW发电机的塔柱上。通过爬升方式上升到塔柱的顶端，用于更换风力发电机所有主要零部件。如叶片、轮毂、齿轮箱和发电机。它的最大起重量为30 t。可以在直径上小、下大的圆锥形塔柱上作业。起重机可以用于陆上起重作业，也可以用于海上起重作业。维斯塔斯说，由于是直接固定在塔柱上，塔柱多高起重机就有多高，使大风中的

13、起重作业非常方便。VCT起重机能够在最高17 ms的风速中作业，可以在28 ms以下的风速时系留在塔柱上。起重机的设计师JesPer StasrkeRosengren说：风力发电场维修用的常规起重机是履带起重机和轮式起重机，它们在温和的天气条件下用起来不错。但是一旦风速达到1012ms，就必须将起重机收起来，待风速减小时再重新竖立起来。维斯塔斯塔式起重机外观如图2-3所示。图2-3维斯塔斯塔式起重机2.3 QLY2150型风电起重机QLY21 50型风电电起重机上车结构简洁。包括电动机、电气控制系统、液压系统、提升装置、同转系统，变幅系统、配重驾驶室和骨架系统等。下车借鉴轮胎式运桨车的结构。主

14、要包括车架、悬挂、液压系统、电气控制系统、制动系统和转向系统等组戒。上下车良好的结合，具有起升稳，重力大、转场快、拆装便捷、路况适应能力强等优势。整车总图如图2-4所示。图2-4 QLY2150型风电电起重机虽然现阶段风电起吊技术的发展已经处于相对成熟的阶段，但风电起吊技术还有很大的发展空间，同样有诸多难点需要攻坚，因此它的技术水平还需要进一步的提高6。3 风电机组吊装的分类和特点3.1起吊设备的分类3.1.1不连续起吊设备不连续起吊设备以单个的工作虚幻工作，其通常在负载运动之后接着沿返程方向做空载运动，而机械的、液力的或气力的连续的起吊机械，则在一个较长的时间内连续不断的运动。大多数机械的连

15、续起吊机械和架空索道都具有无端的传动装置，并以负载分支和空载分支组成工作循环。不连续的起吊机械一般可以做多种运动，而连续的起吊机械大多只能做一种运动。在电力驱动的不连续的起吊机械中，为了进行各种独立的运动，规定要采用分别驱动装置。为了扩大工作范围，不连续的起吊机械一般都可以移动，而连续的起吊机械工作位置一般固定，仅做装载和转载工作，因此它们经常只放在规定的位置使用。3.1.2连续起吊设备连续的起吊机械工作比较经济，在自重相同的情况下，与相应的不连续的起吊机械比，其货物运输量很大，而它们所需要的电动机功率却很小，即能量消耗较低。这是因为它们不像不连续的起吊机械那样有很大重量的机身需要移动。但是，

16、连续的起吊机械不可能承担所有的起吊任务，它们只是对于规定的最小起吊量是经济的。大多是连续的起吊机械都希望有简单的起吊路线。对于特别重的货物只能用不连续起吊机械，只有少数连续的起吊机械可以完成重起吊任务。3.2起吊机械的特点通用桥式起吊机械，一般都具有三个机构：即起升机构（起重量稍大的有主副两套起升机构）、小车运行机构和大车运行机构。按照正常工作程序，从起吊动作开始，先开动起升机构，空钩下降，吊起物品上升到一定高度，然后开动小车运行机构和大车运行机构到指定位置停止；再开动起升机构降下物品，然后空钩回升到一定高度，开动小车运行机构和大车运行机构使起重机回到原来位置，准备第二次吊运工作。每运送一次物

17、品，就要重复一次上述的过程，这个过程通常称为一个工作周期。在一个周期内，各个机构不是同时工作的。有时这个机构工作，别的机构停歇，但每个机构都至少作一次正向运转和一次反向运转。由于具有这样的工作特征，所以起重机械是一种周期性间歇工作的机械。从上述桥式起重机的情况来看，起重机械是由机械、金属结构和电气三大部分组成。机械方面是指起升、运行、变幅和旋转等机构，但不是在所有的起重机械中都同的具有这些机构，而是根据工作的需要，有多有少、但不论如何，起升机构是必不可少的；金属结构是构成起重机械的躯体，是安装各机构和支托它们全部重量的主体部分。电气是起重机械动作的能源，各机构都是单独驱动的。4 风电产业发展趋

18、势机组容量大型化是世界风能发展的共同趋势。在上世纪80年代，风力机群以50一lOOkW机型为主，其后发展扩大到300kw、500kW到600kw和750kW机型；现在10003000kW机组技术已经成熟。机组大型化是未来的趋势，它的优点是有利于降低造价，提高运行可靠性；缺点是机组越大，重量也越大。如225kW风力机的重量约为9t，而500kW和1500kW机组的重量则可达21t和58t。同时，这将给风机的运输和安装带来困难，同时还可能导致机组造价的上升。提高可靠性尽管风电机组技术近年来有了长足的进步，但是从技术商业化程度看，风电机组寿命较短，难以保证技术使用寿命达到20年。因而有必要改进所在部

19、件，尤其是转子的可靠性。这可以通过风机系统的优化设计、选用更好的材料、部件、可变速转子、先进的控制装置来实现。这些改进不仅可以减轻负荷，而且还可以减少风机的重量和不同部件的费用。向海上发展，实行规模化开发规模化开发既是降低成本、提高效益的途径，也是保障开发利用可靠性、扩大可再生能源显示度的经验之举。海上风力发电与陆地上的风力发电大致相同，但将风电场建在海上，不仅解决了占用陆地土地资源的问题，同时，利用海上得天独厚的广阔空间和风力资源，可以进行批量、规模化生产，从而降低风力发电的成本。许多国家都制订了大规模开发利用计划，以获得更佳的效果5。5 风电吊装技术的发展趋势起重机和其他类型的起重机械在风力发电场的安装作业中起着核心的作用。从发电机零部件施工现场的那一刻起，安装的准备工作就开始进行了。风力发电行业不论是在海上还是在陆地上都要进行重型起重作业。在世界新能源技术发展的背景下，风力发电也进行了快速的发展，我国的风力发电技术也在几家大型风电企业的带领下与国际接轨，一些机械打到国际领先水平。风电起吊技术作为风电机组安装、维护等作