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| 紧追风的脚步 ———德国驱动风轮的创新技术 | ||||||||||
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| 作为一种丰富洁净的可再生能源，风力发电目前占全球总发电量的比例越来越大，而风电产业对于精密元件的苛刻要求给一些高科技企业带来了巨大的挑战和商机。比如，早在上世纪80年代就加入风电技术开发行列的德国博世力士乐公司，现为80多个国家提供优质的风电零部件产品，成为风力发电机组最具竞争力的制造商之一。 紧凑小巧低噪耐用 在丹麦的沿海地区，靠近北海的海面上有一处风力发电场。当地风力强劲，西南风最高可达8级。恶劣的气候条件要求风力发电机组具有高强度的发电机齿轮箱。 发电机齿轮箱是风力发电机组传动链的核心元件。轿车齿轮箱的设计寿命为2000小时，而发电机齿轮箱的可靠运行时间为20年，即大约175200小时运行时间。该发电厂采用的是力士乐传动与控制公司设计的紧凑型REDULUSGPV发电机齿轮箱，由一个行星轮系和两个平行轴螺旋齿轮系组成，曾在多种额定功率达2MW的风力发电机组中得到应用。 为了满足能源市场日益增长的需求，设计工程师不得不紧跟兆瓦级以上风力发电机技术的发展步伐。新的要求是开发出更紧凑的齿轮箱，且尺寸、重量更小。通过使用多重功率分流的设计方案，他们研发出了新型差动齿轮箱REDULUSGPV－D。其主要优点在于圆筒状的外形和相对小巧的直径尺寸，它使风力发电机组的重量指标性能提高了15%，且并不影响其可靠性。 该公司还为客户量身定制解决方案，以尽量满足不同风电机组配置的需求。齿轮箱内的外齿轮采用表面硬化处理工艺，而内齿轮的齿部采用渗氮硬化处理工艺。 该齿轮箱还具有良好的低噪音特性。早在40年前，该公司在军事上曾为巡洋舰生产制造大型低噪音齿轮箱，从当时帮助乘客实现良好睡眠的低噪音齿轮箱技术直至发展到今天的静音发电机齿轮箱技术。除设计要求外，高精度的齿形研磨处理工艺可将噪音控制在机舱内，而不外泄。 时刻向风高精传动 德国的石勒苏益格－荷尔斯泰因州位于北海和波罗的海之间，即使在没有什么风的日子里，采用力士乐公司生产的风力发电机组仍可运行。如果风向从西北向北变化8度，传感器会把感测到的信号传输到控制系统，控制偏航驱动装置将机舱定位到合适的位置。 自1968年，力士乐公司开始生产行星轮系齿轮箱，到了20世纪80年代，该公司工程技术人员从起重机械的齿轮箱中汲取技术经验，开始研发能够满足机舱偏航控制的驱动装置。独立驱动系统的精度与性能是决定因素。该公司研发的MOBILEXGFB型偏航驱动装置，坚固且动力强劲，采用的是4级行星轮系组成，并配备有电机和输出小齿轮，实现了高精确度的传动。 其工作原理是，当风向发生改变时，整个机舱必须转动到一个新的位置。因此须将偏航制动器产生的夹紧压力减小到打滑压力，整个机舱才能在偏航驱动装置的作用下转动。只要机舱转动到新的位置，夹紧压力就会恢复到原来的值，并使偏航驱动装置卸载。如果使用比例阀来调节打滑压力，则可以大大降低磨损。 当机舱与塔筒之间的电缆发生扭结而需要松开时，机舱会迅速通过释放偏航夹紧压力，旋转“回位”，以达到减少磨损的目的。 柔性制动安全锁定 如果风力发电机组需要进行定期检查及早期故障诊断时，在工程师进入机舱前必须先停机，而发电机组必须停在预定位置。另外，维护人员必须能够进入风机的轮毂位置，这就要求转子必须安全可靠地锁定在安全位置。 而在风力发电组传动链中必须设置独立的制动器，在其制动时会在发电机齿轮箱上产生巨大的制动扭矩。但如果在机组停机维修时也依靠它来维持制动状态，则会产生额外应力和不必要的磨损。针对这种情况，力士乐将系统紧急制动操作和维护制动操作分开。当转子停止在预定位置时，转子被定位销锁定，传动链制动器此时可以打开。从而，制动器可释放负载，否则将作用在传动链上，影响到整个风力发电机组的使用寿命。 如果工作人员打算进入轮毂或登上轮毂进行操作，则必须对转子进行机械锁定，以确保工作人员安全。为此，在转子轴和机架的相应位置设置锁定孔和锁定销，通过锁定销插入孔内来实现机械锁定。此过程如果采用人工操作，则需要2—3人才能完成。而现在，借助该公司的电气控制系统自动操作，整个过程就变得简单易行多了。(华凌) 文章出处：科技日报 |
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