风电机组风轮盘动装置的设计

文 | 黄克源，陈景新

风电机组风轮盘动装置的设计

文 | 黄克源，陈景新

在风电机组维护和调试时，经常需要盘动风轮来完成风轮锁定、发电机输入轴与齿轮箱输出轴的同轴度对中及其它需要盘动风轮来完成的维护调试工作。随着风电行业的迅速发展，单台机组的容量越来越大，机组的主要零部件桨叶、轮毂、主轴、齿轮箱等的体积在增大，重量也在增加，传动系统的转动惯量也随之增大，靠人力直接盘动齿轮箱高速端制动盘来转动风轮变得越来越困难，且无法精确定位，操作时间长，效率极为低下；另外风电场风况复杂多变，若风速突然变大，会导致传动系统高速端转速突然加快，对操作人员带来极大危害，工伤事故时常发生。因此设计一套便携、省力、安全的风轮盘动装置是非常必要的。本文将重点介绍两种安装便携、操作安全省力的风轮盘动装置设计方案。

设计方案一

将风电机组的原高速制动盘改制为大齿轮，通过驱动装置输出端的小齿轮带动大齿轮（制动盘），从而带动风轮转动。驱动装置通过安装支架固定在风电机组的主齿轮箱上，见图1。

大齿轮是通过将原高速制动盘的外圆加工成渐开线圆柱齿轮而成。这样，高速制动盘原有刹车功能保持不变，同时又可作为风轮盘动装置的一个零部件，具有盘车功能。驱动装置由小齿轮、输出转轴、驱动器和防护罩组成，并通过安装支架固定在齿轮箱上。

安装在驱动装置输出端的小齿轮与大齿轮（制动盘）啮合，通过齿轮传动传递转矩。驱动器由减速器、驱动电机和电控箱组成；减速器为蜗轮蜗杆减速器，具有较好的自锁功能，在风电场风速突然变化时，能有效地阻止反作用载荷使传动系统高速端转速突然加快的现象发生，确保维护调试人员的操作安全；驱动器输出端装有防护罩，能有效地防止齿轮传动时搅入杂物，确保操作人员和机组的安全。减速器的输入端为双出轴，一端装有驱动电机，通过点动电控箱上的正反转按钮，就能够轻松实现驱动电机的正反向转动，实现风轮的正反向盘动操作。另一端可安装手轮，风电场无电源时，可人工转动手轮，轻松实现风轮的正反向盘动操作。

整个驱动装置（含安装架）重量仅为35kg，体积小，携带、安装极为方便，安装时间仅为15分钟；操作安全、轻松、灵活。每个风电场各配置1台即可解决所有风电机组的风轮盘动。

设计方案二

将一个可分拆的大链轮安装在发电机的输入端联轴器连接胀套上，并与固定在机舱座的驱动装置上的小链轮用链条相连，通过转动驱动装置输入端的手轮，轻松实现风轮的正反向盘动操作，见图2。

大链轮由两个半轮用螺栓和定位销联接而成，并用螺栓固定在发电机输入端联轴器连接胀套上；驱动装置由蜗轮蜗杆减速器、输出转轴、小链轮、手轮和安装支架组成，并用螺栓固定在机舱座上，通过链条将大、小链轮连接，转动驱动装置输入端的手轮，即可轻松实现风轮的正反向盘动，由于蜗轮蜗杆传动具有较好的自锁性能，操作时可以有效防止因风载作用下传动系统高速端的快速旋转，确保维护调试人员的操作安全，避免产生重大安全事故；在手轮中心位置上设有电动扳手接口，风电场具备电源时，接上电动扳手，即可轻松驱动蜗轮蜗杆减速器，从而实现风轮的正反向盘动，操作灵活、安全、省力、方便。

整个驱动装置（含固定支架）重量仅为20kg，体积小，大链轮重量为17kg，携带、安装极为方便，安装时间仅为30分钟；操作安全、轻松、灵活。每个风电场各配置1台即可解决所有风电机组的风轮盘动。

蜗轮蜗杆减速器选型计算

蜗轮蜗杆减速器在市场上已经有比较成熟的产品，若直接使用成熟产品，则只涉及到选型计算的问题，蜗轮蜗杆减速器的选型计算，需要确定的参数有：输入转矩、减速比、输出转矩等参数。可根据以下公式求得：

公式中：

F——作用在手轮的力；

r——手轮半径；

T1——蜗轮蜗杆减速器输入转矩；

T2——蜗轮蜗杆减速器输出转矩；

T3——风速8m/s以下，风轮顺桨时的转矩；

i1——蜗轮蜗杆减速器速比；

i2——大小齿轮（链轮）齿数比；

i3——主齿轮箱传动比。

以设计方案二，2MW风电机组为例。已知参数：

F＝50N；r＝160mm；T3＝66500Nm（由GH Bladed软件计算）

i2＝80/35；i3＝130.6

则：

根据以上数据选配一台速比为30，输出转矩为280Nm的蜗轮蜗杆减速器即可轻松盘动风轮。

两种设计方案的优缺点分析比较

设计方案一是将高速制动盘外圆改制成大齿轮，其优点是大大简化了风轮盘动装置的结构，驱动装置结构紧凑、体积小、重量轻；安装比设计方案二快捷、方便。缺点是将高速制动盘改制成大齿轮后，增加了每台机组的制造成本，且未改制的高速制动盘风电机组，就不能采用设计方案一。

设计方案二是在不改变原有风电机组零部件的基础上，设计的一套风轮盘动装置。其优点是不改变原有机组零部件的结构和形状，即不增加每台机组的制造成本，适用于所有类型的机组。缺点是安装时间比较长，比设计方案一长15分钟，整套风轮盘动装置的重量比设计方案一重2kg。

结语

采用以上两种风轮盘动装置，在风电场风速8m/s以下时，均可安全、轻松盘动风轮，能短时间内完成风轮锁定、发电机输入轴与齿轮箱输出轴的同轴度对中及其它需要盘动风轮来完成的维护调试工作。两种风轮盘动装置携带、安装极为方便；操作安全、轻松、灵活，且在风电场均已采用过，可根据风电场的实际情况选择应用，是一种可推广的风电机组维护调试用装备。

（作者单位：浙江运达风电股份有限公司风力发电系统国家重点实验室）