风力发电机组高速轴盘车装置的设计及改进

【摘要】在风力发电机组技术领域，盘车作业必不可少，无论是发电机与齿轮箱轴的对中作业还是轮毂作业，都需要通过对齿轮箱高速输出轴盘车，将叶轮旋转所需要的角度来满足作业要求。纯人力盘车是一直以来常用的方法，随着技术的更新，机组功率和叶轮直径都有所增大，原始的人工盘车方法已不满足于实际工作，暴露出了很多缺点，低效率，盘车困难，存在安全隐患。针对此问题，本文设计了一种移动式的风力发电机组自动盘车装置，它具有省时、省力，操作简单，适用范围广的特点，在作业中可以减小人员劳动强度，提高盘车效率及准确率，还可以避免操作人员分安全隐患，让工作人员的安全得到有效的保障。【关键词】风电机组高速轴盘车移动式引言在风电行业中，机组的盘车作业主要依靠人员使用扳手驱动联轴器旋转，通过传动链来达到盘车的目的。由于风力具有不可控性，它所产生的力矩是动态变化的。当风突变时，作业人员一般无法及时做出反应，来进行刹车制动。在这种情况下，突变的风速、风向都会造成叶轮强制转动导致盘车操作人员的手无法及时脱开工具而被带入转动部件当中，造成机械伤害，存在较大安全隐患。本课题针对已安装机组在塔上进行技术更新困难的问题，提出一种移动式的自动盘车装备来解决盘车作业问题。01

风电行业盘车方法在风电行业发展的前期，以前的风电机组的功率较小，人工盘车较为容易，所以大部分是靠人工直接盘动联轴器来操作高速轴的旋转，随着风电机组功率的加大，其单靠人工直接盘动制动盘越来越不满足实际，不同厂家开始对盘车方法进行改进，有通过外加工装和减速机构来实现省力的人工盘车，有的则把制动盘改成一个齿轮，通过使用额外的动力装置啮合齿轮进行盘车，动力装置一般有液压型和电动型两种。下面就目前行业中的各盘车方法进行总结。1.1人工盘车人工盘车以往的方法是在风速小于8m/s的情况下,由多人合作,在松开叶轮锁和高速轴刹车的情况下,用扳手卡入联轴器固定螺栓来驱动它旋转。此方法适用于小型机组，且盘车的准确性较差及用人较多，费力费时。1.2辅助盘车辅助盘车一种人力借助减速机构辅助盘车的方法，它是在联轴器端外加分体式齿轮进行拼组与联轴器固定，通过一个地脚可调支架将减速机构与大齿轮进行啮合传动，整体结构见如图1，其中2为双向逆止超越离合器,其输人端与棘轮扳手配合,输出端与力矩倍增器相接。在提供不同方向驱动力后可以使联轴器正转或反转,当撤掉驱动力后,联轴器锁定,从而使叶轮制动。此方法安装拆卸方便，不需要将刹车盘外圆加工成齿面,节约了极大的加工成本，但在风力变化频繁或顺时风速大时，固定减速机构的支架稳定性可能存在隐患，因此不适用于风力变化频繁或顺时风速大的场合。图1辅助人工盘车装置1.3自动盘车随着技术的不断完善，各厂家在大功率机型的出厂上已进行了改进，改进方式基本分为液压和电动两种。高低速轴液压盘车装置，结构见图2：整套系统由1、外置液压源；2、液压马达；3、马达轴齿轮；4、中间级齿轮；5、风轮；6、低速级齿轮；7高速级齿轮；8、制动盘；9、中间级换挡齿轮；10；换挡机构；11、换挡控制器组成。它是通过液压装置带动液压马达和换挡机构，来完成盘车动作和叶轮锁定；图2：液压盘车机构高速轴电动盘车装置，整套装置由盘车驱动工装、盘车支撑板、偏心调整法兰、盘车驱动输出小齿啮合/脱开调整工装组成。驱动工装由盘车电机(无制动器)、减速机、输出齿轮轴等组装而成。盘车支撑板作用为固定整个盘车机构，与主齿轮箱箱体连接。盘车工装的输出小齿通过与联轴器刹车盘大齿啮合来带动叶轮的旋转，当不需要盘车机构时可以通过调整工装将盘车驱动输出小齿和刹车盘大齿脱开。较前两种盘车方法，电动盘车最大优点人操作便捷，省力、省时，是当前较为理想的盘车工具。前两种盘车方法主要是早期被使用，第三种方法集合前两者的所有优点，在新机型已被逐渐推广。因第三种采用的是齿轮啮合传动，前提是高速轴刹车盘在出厂时已将外圆改为齿面，但在旧机组中将刹车盘外圆技改为齿形时，难度大，成本高，因此针对旧机组进行第三方案的继续改进设计，使其适用于旧机组。02风电机组自动盘车装置的设计2.1固定装置的设计由于空间受限,还要考虑与联轴器的固定,整套装置的传动方式。传动有带传动、链传动与齿轮传动等方式,本文以链轮传动方式为例。联轴器锁紧套面有一圈备用螺纹孔,结合经验，采用分体式链轮与联轴器固定，考虑机架和齿轮箱位置无法打孔，驱动端则借助机组位置设计夹具作为固定点。以某机型计算，根据空载时风阻力矩，叶轮转动惯量，盘车时叶轮转速，取盘车最大转速0.05rpm时进行推算。当叶轮转动趋势与驱动叶轮转向相反时所需盘车扭矩最大。带入变速齿比和齿轮箱传动效率进行计算，算出所需盘车扭矩。固定装置的螺栓应能满足此扭矩下的强度要求。由于固定螺栓有6颗，单个螺栓F=N/6,固定孔节圆直径R，单个螺栓收到剪切力Fτ=T/R，计算出所需强度τ。对于45钢M12的螺栓,小节径面积为84.4mm2，屈服强度为640Mpa，剪切强度448MPa，经验算，所需强度τ满足设计要求。2.2动力装置设计已知所需盘车扭矩最大为T，大链轮根据空间自由度限制，设计为小链轮的k倍。则驱动力矩需达到T1=t/k。实际工作需求联轴器侧转速不大于n转/分，根据公式M=9550P/n，进行电机选型，确定需求电机功率P及转速范围n。2.3控制系统设计风电机组盘车作业过程中需要适时调整，所以需要整套设备在使用时满足正反转、调速、启动转速加速度调整功能，因此需要外加一个控制系统——变频器控制。针对电机功率选择适配变频器，进行电气回路接线。03设备优势3.1消除人身隐患由人工手动盘车变更为操作变频器按钮控制盘车，避免了操作人员因突变的力使手无法及时脱开工具而被带入转动部件的安全隐患。3.2提高调试性能和精度变频器控制后的自动盘车装置，驱动盘车转速为0-7转/分可调。操作人员可以以所需的速度进行控制，提高了盘车精度，使发电机与齿轮箱对中作业和叶轮锁准确插入锁定销更为简单。3.3可减轻作业强度,提高调试效率此盘车装置具有较大的动力,与人工盘车相比，风速较大时也可操作，且操作轻便省力,在反复盘车调试中，极大的减轻了人员作业强度，提高了调试效率。3.4较高的性价比该套装置有着非常显著的成本优势,无需将刹车盘拆卸后，将外圆加工齿面后再进行安装，节约了人力和加工成本，且装置为移动式，每个