风机传动系统组装工艺及探讨分析-以越南乐和风电项目为例

风机传动系统组装工艺及探讨分析-以越南乐和风电项目为例

陆晨,汪赞斌,郑福鹏,黄久强,张森

中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司

摘要：随着风电行业的快速发展，现阶段更多更大功率的机组已投入到商业化运营，传动系统作为风电机组的重要组成部分，要求比一般机械系统具有更高的可靠性和更长的使用寿命，因此采用先进稳定的组装技术工艺，是兆瓦级风力发电机组的关键技术保障。

关键词：传动系统；工艺流程；应用实例

引言：风能是储量巨大的一种清洁无公害的可再生能源，它环保、充裕、安全，能提供稳定且源源不断的资源，因此日益受到各国的重视，由于近些年风电行业的迅速发展，为了提高能量捕获的效率，风机的单机容量也越来越大，大容量高塔筒的风机已成为陆地风电当下最受欢迎的机型之一，但随之而来的是风机传动系统的进一步增大，吊装方式的改变也给当下市场带来了新的挑战。越南乐和30MW风电项目使用当前GE公司Cypress平台单机容量最大的5.3 MW的机组，为满足产品安装、测量、运输等工艺需求，这款机型需要在现场进行传动系统（以下简称DT））预组装工作。

一、传动系统的组成及特点

主要风力发电设备包括双反馈发电和直驱发电，其中双反馈发电是目前市场的主流发电技术，这种发电技术使用多重齿轮箱，承接风能推动叶片所带来的动力驱动齿轮箱提升转速进行发电。风力发电机组中，传动系统是十分重要的组成部分，也是技术含量较高的结构之一，同时也是故障率比较高的部件之一。

1．传动系统组成

传动系统的构成主要有：主轴、主轴承、齿轮箱、联轴器、及制动系统，实现叶片到发电机的传递。

2.工作原理

由于增速齿轮箱作为风机传动系统的一部分，起到动力传输的作用，使叶片的转速通过增速齿轮箱增速，使其转速达到发电机的额定转速，以供发电机能正常发电。

风力发电机传动系统的增速齿轮箱主要用于改变传动方向和改变转动力矩，也可用作其他机械传动要求类似的驱动装置。为了能减少啮合冲击，提高系统的寿命而广泛采用斜齿轮，对于目前的风电设备，其传动系统结构上一般采用行星-平行轴混合传动的紧凑结构，低速级转速慢且扭矩大，采用行星传动，且主要以太阳轮浮动均载为主。第二级、第三级扭矩却小得多，采用斜齿传动，能有效的保证叶尖高压油通道。

3.大容量机组传动系统特点

由于主流市场的单机容量越来越大，这就给设备厂家的组装、测试及运输带来了巨大的挑战，现阶段大兆瓦机组都采用DT与机舱分开运输及吊装的方法，所以在现场吊装前传动组件的预组装就是最重要的工作之一。以越南乐和30MW风电项目为例，此项目使用当前GE公司Cypress平台单机容量最大的5.3 MW的机组，为满足现场吊装需求，这款机型需要在现场完成DT的预组装工作。

二、应用实例

双馈风电机组是目前市场上应用较广泛的机型，而且精度高，传递效率具有非常好的使用性能，但在实际应用中，其自身的加工及装配精度要求高，而且整体的设备成本高，故障后造成风机无法正常发电，维修价格高，随着风力发电机组容量的不断增大，并由陆地向海洋发展的趋势，载荷问题成了机组在设计和运行中需要关注的重点，传动系统的高故障率更是阻碍了双馈风电机组的快速发展。

风力发电机传动系统在按驱动方式分为：直驱式、半直驱式和高速双馈式

1）直驱式：直驱式风力发电机采用无齿轮箱式结构，叶轮直接连接到多级转子同步发电机或多级永磁同步电机。其发电机转速与叶轮的转速相同，转子的转速随风速而改变，其交流电的频率也随之变化，经过大功率电力电子变流器，将频率不定的交流电整流成直流电，再逆变成与电网同频率的交流电输出。

2）半直驱系统：当前，风力发电机开发6MW以上的风力发电机多采用半直驱传动系统。半直驱传动系统是一个介于传统高速传动系统和直驱式传动系统的一个中间解决方案。与高速传统系统相比，需要采用相对较大的发电机、较小速比的齿轮箱，一般只需要一级或二级齿轮传动机构。将齿轮箱与发电机集成或耦合，可以克服由两者之间错位造成的问题，这种结构也成为当前的一种设计趋势。

3）高速双馈式是当前最流行的结构，初步估计，市场份额超过80%。齿轮箱将能量从旋转缓慢的叶轮传递到快速旋转的发电机，总传动比约100:1。

目前，我国传动系统制造企业已经具备独立自主研发能力，可批量制造1.5MW、2MW、2.5MW、3MW、3.3MW、3.6MW、4.0MW、5MW、6MW等在内的多种系列产品，可适应高低温、低风速、高海拔、海上及其他特殊工况环境，可配套国内主要整机制造企业的产品，基本满足国内风电产业发展需求，并有部分企业正在研发8MW、10MW系列海上风电大兆瓦级产品。

三、工艺流程及操作要点

1、工作准备

1)设备结构尺寸及重量

重量 (吨)：73.8吨长 (米)：7.4 宽 (米)：3.3高（米）：3.2

2)工具准备

½ 英寸棘轮, ¼英寸棘轮, 电动螺丝刀, 钳子, 手持冲击钻1/2”, 扳手 10-36mm, 热风枪, 开口扳手 36mm, 液压力矩工具, 平衡梁, 3米A型爬梯,水平仪，内径千分尺

2、卸货和存放

使用适当的索具来提升传动设备及运输工装，并存储和放置在一个准备好且平整的硬地面区域，检查传动系统在运输过程中是否有损坏或偏移，在DT安装就位和力矩紧固前不要移动DT位置调整工具，遵守现场具体的吊装计划。

3、预组装

1）吊装前准备

a.根据不同的运输的方式采取相对应的准备工作，乐和项目的DT在运输过程中被锁定的， 所以需要拆卸转子侧3,6,9和12点位置的支架、发电机侧支架及相对应3、6、9点钟方向的螺丝。

b.根据工艺指导书安装轮毂与机舱连接的螺栓和阻挡器,并用密封胶将轮毂锁定盘前罩进行粘合并使用螺栓将其固定。

c.安装盘车工具,将盘车电机到齿轮箱上，连接液压电机驱动齿轮箱，设备润滑需提前完成。

d.安装栏杆、台阶梯子用于主轴承顶部的轮毂进入平台

2)齿轮箱准备

吊装前，机舱与齿轮箱内部之间的小管件需要拆除，以便有更多空间安装DT,移除机舱中干扰DT的硬件，在低速轴上安装舱口和前屋顶支架，在吊装DT前清洁和盖住齿轮箱与主轴承配合面，移走发电机前的跳板和三角盖板。

4、主要吊装工作

1）DT与平衡梁安装，调整平衡梁的角度到正确刻度位置，安装索具和卸扣到DT。

2）提升传动系统和前屋顶，将两根短牵引绳连接到DT底部和齿轮箱外壳，不要连接到油管或各种管道上。

3）安装传动系统和前屋顶，在吊车负载降低到指定载荷后，安装齿轮箱支撑结构及主轴承座并紧固。

4）安装三角形盖板

5）连接并操作平衡梁，将前顶降至最终位置。

6）释放传动系统和屋顶

7）DT力矩紧固

8）拆除定位工具

5、其他工作

齿轮箱加油-滑环变压器电气连接-主轴承润滑脂盘安装-清扫高速轴转子制动盘-连接高速轴转子制动器-主轴方向锁定-10%力矩检查

6、齿轮箱

1）散热器

从散热器连接软管到机舱内的管道

2）过滤

更换空气+油滤，并连接可选的离线过滤系统。

3） 传感器/监控

温度、压力、油位等传感器根据具体原理图进行接线连接。

7、发电机

1） 发电机对中和高速轴保护盖安装

按照最新的发电机对中流程实施对中工作，并安装联轴器保护盖

2） 发电机集电环

将发电机转子电缆连接到集电环室内，安装发电机通风管道

8、通风风道

将发电机冷却器安装到百叶窗风道

四、质量控制要点

工作前必须评估温度及相对湿度情况，特别注意以下事项：

1.DT卸载到坚硬地面上，不能凹陷

2.在下雨天不可以组装DT

3.DT在运输前安装的支架和对中工具不准提前拆卸

4.检查外观无磕碰或破损

5.保持DT表面的干净

6.吊装过程中风速不能超过 Vavg=10 m/s

六、总结

本文对越南乐和项目GE Cypress平台5.3MW机组的传动系统组装工艺及其相关应用进行了探讨。随着风力发电的飞速发展及其行业技术的不断进步，我们需要更加重视风机前期吊装阶段的工艺水平和质量要求，更高规格的工艺水平有利于提高后期风机运行的可靠性，减少风机的故障率，减少风机停机时间，对于机组建设方而言，这就意味着将获得更多的盈利天数和收益。

参考文献

[1] 北极星风力发电网 全球风能理事会 GWEC 2021

[2] GE Cypress Installation Process Document

作者简介

陆晨（1982-07-11），男，汉族，籍贯：山东，学历：本科，研究方向：风力发电