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风力发电机组的制造技术深度解析！

2023-05-10 14:56:27

一

中国风力发电机组制造技术的发展

1.1历史

自 70 年代第二次世界石油危机以来，我国许多大学，研究院所和生产厂商尝试在我国开发并网型风力发电机组。浙江机电院和上海电力院等单位于 70 年代未开发了我国第一台现代工业概念的 18kW 风力发电机组。

随后我国各单位又先后开发了 20kW、30kW、40kW 和 50 kW 的风力发电机样机。这些机组的主要特点为：3 桨叶、退役直升机桨叶、变桨距调节、同步或异步发电机、继电控制。18kW 风力发电机组于 79 年投入运行，前后共运行 10 年之久，运行时间约 5 万小时，发电约 20 万度。

1990 年我国又在 18kW 的技术基础上，制造了 5 台 30kW风力发电机，这 5 台 30kW 风力发电机组成我国第一个国产化的风电场。从 90年运行至 2000 年，已安全运行 9 年，发电量约 80 万度。

1983 年，我国引进了 3 台 55kW Vestas 风电机，从此中国打开国门，吸引了许多发达国家的技术人员来我国考察访问，同时大量中国技术人员赴发达国家学习、考察国际先进风力发电技术。通过技术交流与合作、我国于 90 年代先后开发成功了 55kW、120kW、200kW 和 300kW 风电机组。这些机组基本上是 3 桨叶、定桨距失速调节、玻璃钢桨叶、微机控制。这里有引进国外技术，中外合资及在国外先进技术的基础上消化吸收自主开发等各种方式进行技术开发。值得欣慰的是在国家科技部的支持下我国自行开发成功 200kW 风力发电机组。其国产化率达90%以上并拥有完全的知识产权。

1995-2004 我国风力发电制造业的壮大期。新疆金风 600kW 浙江运达 250kW风力发电机大批量进入市场。新疆金风、浙江运达 750kW 开发成功并投入市场。

1.2现状

一、我国现在具备整机技术开发能力的单位约七家，其技术开发能力及其风电机运行概况如表 1 所示：

表 1、国内风电机整机开发单位情况

二、风电机部件开发现状

桨叶

通过 200kW风电机的攻关研制，解决了 10 米长的失速型桨叶的失速负荷计算，性能计算，结构设计及制造工艺。尤其是首次解决气动刹车小叶片的设计制造问题。在 200 kW桨叶设计制造的基础上，上海玻璃钢所又研制成功 300 kW的14 米桨叶，该桨叶在安装之前，在厂内进行了 5 ×106 次的动载试验。现在我国已完成 600kW 19 米长桨叶的研制工作。保定惠腾已批量生产 19 米桨叶，至今已生产约 200 副。保定惠腾还开发成功 23.8 米桨叶，已用到国产 750kW风力发电机中。

控制系统

浙江机电院在 200kW 风电机中自主开发成功基于 P-D 现场总线的先进控制系统。该系统主要优点为：

1、各种控制功能由分立和模块来执行。模块之间的通信由双绞线组成的总线来实现。这不仅可减少塔上塔下通信电缆的数量，而且可减少对通信电缆的干扰。

2、各模块间相对独立。当一个模块发生故障时，不会影响其他模块的正常使用，提高控制系统的可靠性。

3、抗过载能力强、能在恶劣环境中工作。。通过以上的工作使我国完全掌握了定桨距调节的大型风电机（包括 600kW、750kW 等）的控制系统的设计与制造。

发电机

我国现有发电机制造厂已完全有能力开发高效、高可靠性，双速双绕组的风力发电机。如上海电机厂已开发成功 250kW、600 kW 发电机，湘潭电机厂已开发成功 300kW 发电机、兰州发电机厂开发成功 300kW、600kW 发电机，杭州发电设备厂开发成功 200kW 发电机。山西永济电机厂已批量生产 600 kW 发电机及750kW 发电机

齿轮箱

风力发电机对齿轮箱的要求比较高，一般齿轮箱很难满足风力发电机的要求。主要表现为：

A、长寿命、一般要求无检修寿命大于10 万小时。

B、低噪声，一米处的噪声的声功率不得大于 75db。

Ｃ、动载系数大。

我国现有杭州齿传输线箱厂、四川齿轮箱厂和南京高速齿轮箱厂在开发风电机齿轮箱，现已开发成功 200 kW、250kW 和 300kW 风电机的齿轮箱并投入运行。600kW 风电机的齿轮箱也已批量生产

金属结构件

风电机的金属结构件主要有：机舱、塔架、主轴、偏航系统和轮毂等。我国许多厂家均能生产这些部件。现在已参与生产这些部件的厂家有：杭州重型机器厂、第一拖拉机厂、西安航空发动机厂、鞍山铁塔厂、瑞安压力容器厂和太原重型机器厂等。

三、技术引进及中外合资企业

由于中国风电机市场发展非常快。97 年底全国风电机总装机容量为MW，98 年底装机容量达到 MW。国外各大风电机制造厂看好中国的风电市场，纷纷来中国投资或建立合资厂，以期占领我国的风电机市场。

98 年 4 月西安航空发动机公司和德国巴—杜公司 Nordex 合资成立各占 50%股权的注册资金为 300 万美元的风电机制造厂。其目标是生产 Nordex 300kW 和600kW 的风电机，98 年 10 月洛阳第一拖拉机厂和西班牙 MADE 公司合资成立各占50%股权的注册资金为 300 万美元的风电机制造厂，其目标是生产MADE300kW 和660kW 风电机。现在这西安维德已批量生产 600 kW 风力发电机投放市场，洛阳MADE 因种种原因处于破产边缘。

二

风力发电机组制造技术

2．1．风力发电机组设计

2．1．1．总体设计

一、气动布局方案

包括对各类构形、型式和气动布局方案的比较和选择、模型吹风，性能及其他气动特性的初步计算，确定整机和各部件（系统）主要参数，各部件相对位置等。最后，绘制整机三面图，并提交有关的分析计算报告。

二、整机总体布置方案

包括整机各部件、各系统、附件和设备等布置。此时要求考虑布置得合理、协调、紧凑，保证正常工作和便于维护等要求，并考虑有效合理的重心位置。最后绘制整机总体布置图，并编写有关报告和说明书。

三、整机总体结构方案

包括对整机结构承力件的布置，传力路线的分析，主要承力构件的承力型式分析，设计分离面和对接型式的选择，和各种结构材料的选择等。整机总体结构方案可结合总体布置一起进行，并在整机总体布置图上加以反映，也可绘制一些附加的图纸。需要有相应的报告和技术说明。

四、各部件和系统的方案

应包括对各部件和系统的要求、组成、原理分析、结构型式、参数及附件的选择等工作。最后，应绘制有关部件的理论图和有关系统的原理图，并编写有关的报告和技术说明。

五、整机重量计算、重量分配和重心定位

包括整机总重量的确定、各部分重量的确定、重心和惯量计算等工作。最后应提交有关重量和重心等计算报告，并绘制重心定位图。

六、配套附件

整机配套附件和备件等设备的选择和确定，新材料和新工艺的选择，对新研制的部件要确定技术要求和协作关系。最后提交协作及采购清单等有关文件。

总体设计阶段将解决全局性的重大问题，必须精心和慎重地进行，要尽可能充分利用已有的经验，以求总体设计阶段中的重大决策建立在可靠的理论分析和试验基础上，避免以后出现不应有重大反复。

此阶段的结果是应给出风力发电机组整机三面图，整机总体布置图，重心定位图，整机重量和重心计算报告，性能计算报告，初步的外负载计算报告，整机结构承力初步分析报告，各部件和系统的初步技术要求，部件理论图，系统原理图，新工艺、新材料等协作要求和采购清单等，以及其他有关经济性和使用性能等应有明确文件。

2．1．2．总体参数

在风轮气动设计前必须先确定下列总体参数。

一、风轮叶片数B

一般风轮叶片数取决于风轮的尖速比λ。目前用于风力发电一般属于高速风力发电机组，即λ＝4-7 左右，叶片数一般取 2—3。用于风力提水的风力机一般属于低速风力机，叶片数较多。叶片数多的风力机在低尖速比运行时有较低的风能利用系数，即有较大的转矩，而且起动风速亦低，因此适用于提水。而叶片数少的风力发电机组的高尖速比运行时有较高的风能利用系数，且起动风速较高。另外，叶片数目确定应与实度一起考虑，既要考虑风能利用系数，也要考虑起动性能，总之要达到最多的发电量为目标。

由于三叶片的风力发电机的运行和输出功率较平稳，目前风力发电机采用三叶片的较多。

二、风轮直径D

风轮直径可用下行公式进行估算

式中 P—风力发电机组设计（额定）风况输出电功率（kW）：

ρ —空气密度，一般取标准大气状态；（kg/m3 ）

V 1 —设计风速（风轮中心高度）（m / s）：

D—风轮直径（m）：

η １ —发电机效率：

η ２ —传动效率：

Cp — 风能利用系数。在计算时，一般应取额定风速下的 Cp 值。

三、设计风速 V 1

风轮设计风速（又称额定风速）是一个非常重要的参数，直接影响到风力发电机组的尺寸和成本。设计风速取决于安装风力发电机组地区的风能资源。风能资源既要考虑到平均风速的大小，又要考虑风速的频度。知道了平均风速和频度，就可以确定风速 V 1 的大小，如可以按全年获得最大能量为原则来确定设计风速。也有人提出以单位投资获得最大能量为原则来选取设计风速。

四、尖速比λ

风轮的尖速比是风轮的叶尖速度和设计风速之比。尖速比是风力发电机组的一个重要设计参数，通常在风力发电机组总体设计时提出。首先，尖速比与风轮效率是密切相关的，只要风力发电机没有超速，运转处于较高尖速比状态下的风力发电机，风轮就具有较高的效率。对于特定的风轮，其尖速比不是随意而定的，它是根据风力发电机组的类型、叶尖的形状和电机传动系统的参数来确定的。不同的尖速比意味所选用或设计的风轮实度具有不同的数值。设计要求的尖速比，是指在此尖速比上，所有的空气动力学参数接近于它们的最佳值，以及风轮效率达到最大值。

在同样直径下，高速风力发电机组比低速风力发电机组成本要低，由阵风引起的动负载影响亦要小一些。另外，高速风力发电机组运行时的轴向推力比静止时大。高速风力发电机组的起动转矩小，起动风速大，因此要求选择最佳的弦长和扭角分布。如果采用变桨距的风轮叶片，那么在风轮起动时，变距角要调节到较大值，随着风轮转速的增加逐渐减小。当确定了风力发电机组尖速比范围之后，要根据风轮设计风速和发电机转速来选择齿轮箱传动比，最后再用公式λ= Rω/V 进行尖速比的计算，确定其设计参数。

五、实度σ。

风轮的实度是指风轮的叶片面积之和与风轮扫掠面积之比。实度是和尖速比密切相关的另一个重要设计参数。对风力提水机，因为需要转矩大，因此风轮实度取得大；对风力发电机，因为要求转速高，因此风轮实度取得小。自起动风力发电机组的实度是由预定的起动风速来决定的，起动风速小，要求实度大。通常风力发电机组实度大致在5%~20%这一范围。

实度的大小的确定要考虑以下两个重要因素：

（1）风轮的力矩特性，特别是起动力矩

（2）风轮的转动惯用量及电机传动系统特性决定。

六、翼型及其升阻比

翼型的选取对风力发电机组的效率十分重要。翼型的升力 / 阻力比（L / D ）值愈高则风力发电机组的效率愈高。同时要考虑翼型的失速特性，避免由于失速而产生的瞬间抖动现象。

七、其他

（一）风轮中心离地高度。是指风轮中心离安装处地面高度。

（二）风轮锥角。风轮锥角是叶片相对于和旋转轴垂直平面的倾斜度。锥角的作用是：在风轮运行状态下离心力起卸荷作用，以减少气动力引起的叶片弯曲应力和防止叶片梢部与塔架碰撞。

（三）风轮仰角。风轮仰角是风轮相对于和旋转轴平行平面的倾斜度，倾角的作用主要是减少和防止叶片梢部与塔架碰撞。

2．1．3．动力学设计

风力发电机组的主要动力学问题大体有振动负载、振动及动力稳定性等三个方面。

一、动负载

作用于风轮叶片上的周期性气动负载会引起叶片的动响应，而此响应又反馈于外部气动负载，因此这实质上是一个气弹耦合的响应问题，是风轮疲劳问题的根源。各片叶片的动负载合成为风轮的动负载，又是风力发电机组振动的主要振源。

二、振动

风轮的振动负载作用在机体上引起其振动响应，风力发电机组在运行时始终要承受持续的周期性的振动。因此，除风轮外，电机、传动系统及其支撑结构等设计都应考虑振动问题。因为振动会引起结构的疲劳、降低设备的可靠性，以至增加维护工作量。

三、动力稳定性

多方面的复杂的耦合关系导致了各种动力稳定性问题。在风力发电机组发展史上，运行时风轮 / 机体耦合的机构不稳定性问题（即所谓整机动力不稳定性）造成了许多严重的后果。风轮的动力不稳定性，包括变距 / 挥舞不稳定性（经典颤振）、变距 / 摆振不稳定性及挥舞 / 摆振不稳定性等。

2．1．4．可靠性设计

风力发电机组可靠性量化指标是以机组运行可利用率来度量，并属于广义可靠性，包括风力发电机组可靠性和维修性。因此，风力发电机组可利用率是固有可靠性和使用管理可靠性的综合度量指标。

风力发电机可利用率计算方法如下：

式中 Tcum—累积停机时间（h）

Tp—计划维修时间（h）

Ts—使用维护人员操作失误造成停机时间（h）

Tt—365×24=8760(h)

ALDT—非维修时间（h）

ALDT = T1+T2+T3

式中 T1—电网故障

T2—不可抗力造成停机如战争、地震、洪水等

T3—气候限制导致的停机如覆冰、气温超过规定的运行极限温度等

总体设计阶段，对重要零部件和系统应规定可靠性量化指标的要求，可以采用串联模型法，确定有关零部件的可靠性定量要求，即：

式中 Ac—整机可利用率

Ai—第i 个零部件或系统可利用率

对系统包括电控系统，安全系统和液压系统等元器件选择应考虑平均故障间隔时间（MTBF）或平均维修间隔时间（MTBM）和平均维修时间，以满足整机可靠性要求。

对重要承力零部件，总体还应规定使用寿命，使用寿命是可靠性要求不可缺少的指标。

为保护风力发电机组的安全，对重要的安全系统可以采取冗余设计。

2．2．风力发电机组另、部件制造（采购技术要求）

2．2．1．桨叶的设计、制造（采购技术要求）

一、概述

叶片是风力发电机组最关键的部件。在风力发电机组设计中，叶片外形设计尤为重要，它涉及机组能否获得所希望的功率。

叶片的疲劳特性也十分突出，由于它要承受较大的风负载，而且是在地球引力场中运行，重力变化相当复杂。以 600kW风力发电机组为例，其额定转速大约为 27 转/分钟，在 20 年寿命期内，大约转动 2×108 次，叶片由于自重而产生相同次数的弯矩变化。

对于复合材料叶片来说，每种复合材料或多或少存在疲劳特性问题，当它受到交变负载时，会产生很高的负载变化次数。如果材料所承受的负载超过其相应的疲劳极限，它将限制材料的受力次数。当材料出现疲劳失效时，部件就会产生疲劳断裂。疲劳断裂通常从材料表面开始，然后是截面，最后到材料彻底破坏。

在叶片的结构强度设计中要充分考虑到所用材料的疲劳特性。首先要了解叶片所承受的力和力矩，以及在特定的运行条件下风负载的情况。在受力最大的部位最危险，在这些地方负载很容易达到材料承受极限。

叶片的重量完全取决于其结构形式，目前生产的叶片，多为轻型叶片，承载好而且很可靠。

轻型结构叶片的优点：

1) 在变距时驱动质量小，在很小的叶片机构动力下产生很高的调节速度；

2) 减少风力发电机组总重量；

3) 风轮的机械刹车力矩很小；

4) 周期振动弯矩由于自重减轻而很小。

5) 减少了材料成本；

6) 运费减少；

7) 便于安装。

缺点：

1) 要求叶片结构必须可靠，制造费用高；

2) 所用材料成本高；

3) 风轮推力小，风轮在阵风时反应敏感，因此，要求功率调节也要快；

4) 材料特性及负载计算必须很准确，以免超载。

目前叶片多为玻璃纤维增强复合材料（GRP），基体材料为聚酯树脂或环氧树脂。环氧树脂比聚酯树脂强度高，材料疲劳特性好，且收缩变形小。聚酯材料较便宜，它在固化时收缩大，在叶片的连接处可能存在潜在的危险，即由于收缩变形在金属材料与玻璃钢之间可能产生裂纹。

2．2．4．控制器的设计、制造（采购技术要求）

一、风力发电机组组的运行控制要求

（一）控制系统的基本功能

并网运行的风力发电机组的控制系统必须具备以下功能：

▪根据风速信号自动进入启动状态或从电网切出；

▪根据功率及风速大小自动进行转速和功率控制；

▪根据风向信号自动对风；

▪根据功率因素自动投入（或切出）相应的补偿电容；

▪当发电机脱网时，能确保机组安全停机；

▪在机组运行过程中，能对电网、风况和机组的运行状况进行监测和记录，对出现的异常情况能够自行判断并采取相应的保护措施。并能够根据记录的数据，生成各种图表，以反映风力发电机组的各项性能指标。

▪对在风电场中运行的风力发电机组还应具备远程通讯的功能。

（二）自动运行控制要求

1、开机并网控制

2、小风和逆功率脱网

3、普通故障脱网停机

4、紧急故障脱网停机

5、安全链动作停机

6、大风脱网控制

7、对风控制

8、偏转 90 度对风控制

9、功率调节

10、软切入控制

（三）控制保护要求

1、主电路保护

2、过压过流保护

3、防雷设施及保险丝

4、热继电保护

5、接地保护

二、控制安全系统安全运行的技术要求

控制与安全与系统是风力发电机组组安全运行的大脑指挥中心，控制系统的安全运行就是保证了机组安全运行，通常风力发电机组组运行所涉及的内容相当广泛就运行工况而言，包括起动、停机、功率调解、变速控制和事故处理等方面的内容。

风力发电机组组在启停过程中，机组各部件将受到剧烈的机械应力的变化，而对安全运行起决定因素是风速变化引起的转速的变化。所以转速的控制是机组安全运行的关键。风力发电机组组的运行是一项复杂的操作，涉及的问题很多，如风速的变化、转速的变化、温度的变化、振动等都是直接威胁风力发电机组组的安全运行。

（一）控制系统安全运行的必备条件

1、风力发电机组组开关出线侧相序必须与并网电网相序一致，电压标称值相等，三相电压平衡。

2、风力发电机组组安全链系统硬件运行正常。

3、调向系统处于正常状态，风速仪和风向标处于正常运行的状态。

4、制动和控制系统液压装置的油压、油温和油位在规定范围内。

5、齿轮箱油位和油温在正常范围。

6、各项保护装置均在正常位置，且保护值均与批准设定的值相符。

7、各控制电源处于接通位置。

8、监控系统显示正常运行状态。

9、在寒冷和潮湿地区，停止运行一个月以上的风力发电机组组再投入运行前应检查绝缘，合格后才允许起动。

10、经维修的风力发电机组组控制系统在投入起动前，应办理工作票终结手续。

（二）风力发电机组组工作参数的安全运行范围

1、风速自然界风的变化是随机的没有规律的，当风速在 3～25m/s 的规定工作范围时，只对风力发电机组组的发电有影响，当风速变化率较大且风速超过25m/s 以上时，则对机组的安全性产生威胁。

2、转速风力发电机组组的风轮转速通常低于 40r/min，发电机的最高转速不超过额定转速的 30%，不同型号的机组数字不同。当风力发电机组组超速时，对机组的安全性产生严重威胁。

3、功率在额定风速以下时，不作功率调节控制，只有在额定风速以上应作限制最大功率的控制，通常运行安全最大功率不允许超过设计值 20%。

4、温度运行中风机的各部件运转将会引起温升，通常控制器环境温度应为 0～30℃，齿轮箱油温小于 120℃，发电机温度小于 150℃，传动等环节温度小于 70℃。

5、电压发电电压允许的范围在设计值的 10%，当瞬间值超过额定值的 30%时，视为系统故障。

6、频率机组的发电频率应限制在 50Hz±1Hz，否则视为系统故障。

7、压力机组的许多执行机构由液压执行机构完成，所以各液压站系统的压力必须监控，由压力开关设计额定值确定，通常低于 100Mpa

（三）系统的接地保护安全要求

1、配电设备接地变压器、开关设备和互感器外壳、配电柜、控制保护盘，金属构架、防雷设施及电缆头等设备必须接地。

2、塔筒与地基接地装置，接地体应水平敷设。塔内和地基的角钢基础及支架要用截面 25mm×4mm 的扁钢相连作接地干线，塔筒做一组，地基做一组，两者焊接相连形成接地网。

3、接地网形式以闭合换型为好。，当接地电阻不满足要求时，克服架外引式接地体。

4、接地体的外缘应闭合，外缘各角要作成圆弧形，其半径不宜小于均压带间距的一半，埋设深度应不小于 0.6m，并敷设水平均压带。

5、变压器中线点的工作接地和保护地线，要分别与人工接地网连接。

6、避雷线宜设单独的接地装置。

7、整个接地网的接地电阻应小于 4Ω

8、电缆线路的接地电缆绝缘损坏时，在电缆的外皮、铠甲及接线头盒均可带电，要求必须接地。

9、如果电缆在地下敷设，两端都应接地。低压电缆除在潮湿的环境须接地外，其它正常环境不必接地。高压电缆任何情况都应接地。

2．2．5．液压系统的设计、制造（采购技术要求）

定桨距风力发电机组的液压系统实际上是制动系统的执行机构，主要用来执行风力发电机组的开关机指令。

采购技术要求主要为：安全、可靠、经济、实用、密封性良好。

2．2．6．结构件的设计、制造（采购技术要求）

结构件主要指塔架、轮毂、主轴、机舱、回转支承。

它们的采购技术要求主要为：满足结构的强度、刚度的要求，对暴露的部件还有防腐的技术要求。

2．3．风力发电机组的装配与调试

一、装配的概念

（一）装配：风力发电机组和任何其他机器一样，都是由若干零件和部件总成组成的，部件总成和许多零件按照规定的技术要求，依一定的顺序和相互关联关系，结合成一台风力发电机组的工艺过程称为装配。

（二）部件装配（分装配）：风力发电机组的任意部件总成，如齿轮箱等，都是由许多零件和小部件组成的，把由齿轮、轴、轴承、箱体等零件装配成齿轮箱，或把机座、端盖、转子、定子等装配成发电机的这类装配过程称为部件装配。风力发电机组的齿轮箱、发电机、液压站、润滑站、控制器等部件一般由专业生产厂商装配生产，主机厂以外构件方式订货采购。

（三）总装配：以风力发电的机舱底座为基础件，把包括风轮轴及轴座、齿轮箱、发电机等部件总成部件和零件按一定的技术要求和工艺顺序组合成一台完整的风力发电机组的工艺过程称为总装配。这个过程是风力发电机主机厂的最主要的生产过程。实际上，由于风力发电组结构的特殊性，主机厂的风力发电机总装配过程不可能将尺寸巨大的风轮和塔架等在生产车间全部装配在一起，而必须在风力发电现场才完成最终装配，这是不同于一般机电产品如汽车、内燃机、机床等的特点。

二、装配过程

包括以下几个阶段：

（一）装配前的准备阶段：

1、熟悉风力发电机总装配图、装配工艺和质量要求等技术文件；

2、准备好装配台架（台车），其他工艺装备、工具量具等；

3、按明细表清理零部件，品种数量要齐全，确认拟投入装配的零部件均是经检验合格的，对有防锈包或不清洁的零件表面进行清洗处理；

4、确认装配现场所需电、水、油品等能满足需要，现场空间、场地、起重运输设备、照明、安全设施等符合要求。

（二）装配工作阶段：

按照主机厂的具体情况组织装配工艺作业，一般部件装配均应先期完成，只进行总装配。

（三）装配后期阶段：

1、调整：是调节零部件间的相对位置、结合松紧程度、配合间隙等，使之协调的操作。如齿轮箱输出轴与发电机轴同心度的调整，刹车摩擦片与刹车盘间隙的调整等。

2、检验：对装配工艺主要控制点的装配精度，按技术要求和质量监测标准进行检测

3、喷漆、防锈和包装：按要求的标准对零部件进行喷漆，用防锈油对指定部位加以防护，最后进行包装出厂

三、装配方法

为满足对整机装配的要求，通常采用如下几种方法：

（一）完全互换法：在装配时，同一个零部件总成任选其中之一，不经任何修配调整既可装入，且都能达到规定的装配要求。这种方法成为完全互换法。他的优点是达到同种零件完全互换，装配简便、生产效率高，能保证规定的生产节奏，便于组织流水生产。

（二）选配法：这种方法是通过放宽了零部件的制造公差要求，在装配前按照尺寸、重量等参数分组，将同一组内的零件装入机器时，可满足规定的要求。例如风轮叶片，每台机组的三只叶片都按规定的质量要求经分组后打上编号的，编号错乱的一组叶片不能装在同一个风轮上。

（三）调整法：是通过调整零部件间的相对关系，达到满足规定要求的方法。前述的齿侧隙调整，轴的同心度调整，均属于此法。此方法的特点是：在装配时，仅需要通过必要的调整既可满足要求，但调整借宿后续牢靠紧固，并需要定期复查。

四．装配组织形式：

（一）按生产规模划分：

1、大量生产：产品的生产规模很大，生产线具有严格规定的节拍，装配对象有顺序的有一个装配工位转移给下一个装配工位，这种转移可以使装配对象的移动，例如在输送带上的移动式装配。也可以是装配对象不动，而装配工移动。这种装配生产线一般称之为流水装配线。为保证流水线上装配工作的连续性，每一个工作位置上完成的装配工需的时间都是相等的或互成倍数的，流水线上广泛采用互换性原则，因此装配质量好、效率高、生产周期短、占用生产面积小。

2、单件生产：产品数量很小，一般只有几台甚至一两台，装配对象固定在一个位置，有一组装配工从开始到结束完成装配工作。这种方法生产率低，工艺设备利用率低，占地面积大，要求装配工人的技术素质高。

3、成批生产：产品产量介于上述两者之间，是批量生产的，可采用类似大量生产的生产组织形式进行流水生产，但由于产品产量较大量生产少，不能用输送带上移动式装配方法，但可采用装配工专业分工，这种方式在生产定型风力发电机生产时采用较多。

2．4．风力发电机组的售后服务

2．5．风力发电机组的质量控制

完成总装配工序后，风力发电机组在出厂前需进行规定项目的出厂试验，通过试验验收合格后，方可出厂。

风电场在用的风力发电机组，在其进行大检修或由于事故等原因造成大件总成拆修或更换的，应在完成修换工作后进行试验，试验可参照出厂试验的相关项目和要求并结合现场实际进行。

一、试验目的

通过对机组（除塔架、叶片外）进行功能试验和部分性能试验，完成对机组装配质量的检验，并在发现质量缺陷时，采取针对性措施予以消除，以确保被试验机组达到出厂质量标准。

1、功能试验：通过台架试验，考核检验机组的传动系统、液压系统、偏航系统、刹车系统和监控系统等功能动作的正确性与可靠性。

2、部分性能试验：对机组的启动性能、空载性能、偏航性能及安全保护性能进行考核检验。

二、试验条件：

1.试验台符合要求。已按照规定调整并牢靠紧固于其基础上。

2.监控设备完好、仪器仪表业经计量鉴定部门鉴定合格。

3.试验电源符合要求，电源变压器容量、电压等级符合需要。

4.试验组织健全，试验人员资格审查合格。

5.试验场地设施等条件符合安全要求和环保要求。

6.试验用技术资料齐全，试验手册或试验大纲经审定，试验用各种记录表格规范、齐全。

7.试验用各种通用工具、用具与材料齐备。

8.待试机组系装配合格产品。

三、试验准备

1.将机组安装于试验台架上，按规定扭矩上紧连螺栓；在用机组安正常工作状态位置安装在风机塔架上。

2.检查下列电气接线，如尚未连接则按接线图规定要求接线：

1）控制柜与机舱控制盒间控制电缆接线。

2）机舱控制盒与液压系统、润滑系统、偏航减速器及提升机间连接。

3）机舱控制盒与机组各传感器间接线。

4）控制柜与柜外辅助检测仪器、仪表间接线。

5）控制柜与机组发电机出线连接。

6）控制柜与动力电源线连接。

3.复查传动系统各总成部件底脚螺栓紧固情况：复查动力传动件螺栓紧固状况。必要时重新按规定扭矩和顺序紧固。

4.复查液压油量、润滑油量。必要时按规定补充加足。

5.复查盘式制动器与偏航制动器。必要时予以重新调整。

6.接通动力电源，检查相序，检查主空气开头及各电机保护整定值。

四、功能试验和部分性能试验

1.发电机以电动机方式空载运转

1）断开齿轮箱与发电机间连接

2）以软启动方式启动小发电机待达同步转速，电机温度稳定后，监测电流、电压、有功功率、启动时间；测电机转速、振动与噪音、绕组温度、轴承温度、电机出风温度和环境温度。

3）以同样方式启动大发电机并重复小发电机运转时进行的各项监测。

2.润滑系统、液压系统、盘式制动器、偏航机构功能检查试验

1）润滑系统：启动润滑泵电机，检查电机转向，检查油位、油压、油温传感器工作状况，检查滤清器工作状况及润滑油冷却和润滑油加热工作状况。

2）液压系统：启动液压泵电机，检查电机转向，检查油位传感器，检查调整油压、检查建压时间、补压时间和渗漏情况。

3）盘式制动器：复查刹车片间隙，分别记录大小电机自断电开始按正常制动操作至停转所需时间。

4）偏航机构：

①检查电机转向，应与控制开关标示一致。

②检查偏航反应灵敏程序（利用风向仪），并分别记录正反方向动作滞后时间。

④检查解缆动作，比较正反向扭缆回转角，必要时予以调整。

⑤复查偏航驱动齿轮与齿圈的齿侧隙；对有两只以上驱动器的复查其齿侧隙相对位置关系。

3.发电机—齿轮系统空载试验

1）连接发电机与齿箱间的传动机构（联轴器、安全离合器等）

2）分别以大小发电机启动，待转速和电机绕组温度稳定后，监测电机电流电压、并计算出齿箱空载损耗。

3）测齿箱转速、振动与噪音，齿箱轴承温度、润滑油温。（对采用独立润滑系统的，应按照生产厂规定，在启动发电机——齿箱系统前，先启动润滑油泵，待其工作状况符合要求后，再启动发电机——齿箱系统）

4.安全保护性能试验：

1）紧急停机：分别测量大小电机自稳定转速状态断电并紧急制动至停转所需时间及振动情况。

2）安全链模拟试验：分别测定大小电机在稳定转速状态下，模拟过振、电网失电等状态时保护动作过程用时间。

5.控制器功能检测

1）转速：以高精度（高于 0.5 级）测速仪与控制器测速仪同步测量齿轮箱输入轴和发电机轴转速，比较测定值。

2）温度：以高精度（高于0.5 级）测温计与控制器测温计同步测量齿箱润滑油温、发电机轴承温度、环境气温。比较测定值。

3）电量：以高精度（高于 0.5 级）的标定电量表计与控制器电量表同步测定电压、电流、频率、功率因数、有功与无功功率等，比较测定值。

4）风速与风向：

①以高精度（高于 0.5 级）风速仪测定模拟变化的风速，与控制器风速仪同步测定值做比较。

②模拟风向变化，测定控制器反应。

五、试验数据记录整理与分析处理：

1.试验数据记录：

1）试验数据由专人负责现场记录；每一测点（或每一参数）应按规定次数记录。一般为五次，间隔时间一分钟。现场发现测量数据有较大偏差时，试验负责人有权重复做试验验证其有效性，并在试验记录中加注说明。

2）试验数据应记录在预先准备妥当的专用表格上，同一试验项目的记录应归类集中，同一台机组的全部试验记录应装订成册，并有试验负责人及记录人签字。

2.试验数据分析：

所有试验项目，均有相应的技术质量标准，将其与试验数据记录一一对应比较，凡没有超差的项目，均为合格项目，凡发生超差的项目，应分析其产生原因，并做出针对性的判断，其中属于影响机组正常运行的，如机组振动严重超标、机组润滑油温、轴承温度、电机绕组温度严重超标的，应找出原因，消除其影响，并重新做出试验，确认全部合格后，方准予出厂投入运行。

3.新出厂的风力发电机组产品，应向用户提供符合规定的试验记录；风电场在用风力发电机组的试验记录应归入该机组的技术档案。

三

风力发电机组的运输与吊装

3．1．风力发电机组的运输

一、运输方法

根据风力发电机组出厂包装尺寸、单件包装毛重以及发货地、目的地和途中的具体情况，目前采用以下运输方法：

（一）水路搬运与公路运输联运；

（二）水路船运与铁路、公路运输联运；

（三）铁路与公路运输联运；

（四）公路运输。

一般情况下，采购我国自己生产的风力发电机组，在采购合同中都明确由生产厂代为组织运输，且直达风电场工地现场；若建设单位（业主）选择自己组织运输，例如采购国外生产的风力发电机组，在我国沿海指定港口接货时，则应预先确定运输方法，并做好相应的准备工作。

二、选择运输方法时需要考虑的因素

（一）运输的途中时间，建设单位（业主）在风电场建设总进度计划中，一般确定了时间表，期望包括运输在内的各个工程分项目能尽量按计划实施。在国内运输风力发电机组，采用公路汽车运输的时间较短，而且可以直达工地现场。

（二）运输费用：铁路运输费用一般低于公路汽车运输费用，运输距离越长，差距越明显；船运的费用又较铁路运输费用低。此外，铁路运输和船运，途中发生交通意外事故的风险机率都比公路汽车运输低。

（三）风险：无论采用何种运输方法，保证货物安全，不发生意外损坏事故是最重要的要求。而各种运输方法都程度不同的存在着各种潜在的风险，例如由于发生意外交通事故造成损伤的风险，由于运力紧张或道路被洪水、泥石流、山体滑坡塌方等损坏堵塞造成的运输时间延迟的风险等等。

（四）货物装载超限：货物装载超过国家有关规定的长度、宽度和高度时，可能在运输途中遭遇困难，这种情况称为超限。风力发电机组的分轮叶片和塔架长度在几十米或更长，机舱包装一般在三米或更高，塔架下法兰直径超过三米，这些都属于超限范围。为了保证运输安全，承载单位必须采取一定的措施，例如运送超长的风轮叶片，铁路部门要求一台（套）叶片占用三节火车车厢，以消除通过最小转弯半径铁路段时可能发生的碰刮危险。

建设单位（业主）在选择运输方法时，需综合考虑各有关因素的影响，进行多方案的综合分析比较。

目前，国内运输风力发电机组，除必须采用船运（到海岛目的地）的外，采用公路运输方案的较多，除了综合各因素的影响外，公路汽车运输可节省却其他运输方法中途吊卸作业的麻烦，是一个重要原因。在采用公路汽车运输方案时，建设单位（业主）应对道路路况做全面了解，并应会同承运单位对途中隧道桥的最高和允许通过的装载高度、桥梁的最大允许载重逐一落实，当通过低等级路面时，对公路的最小转弯半径、最大横坡角度、凹坑和鞍式路面、过水路面等认真考察，发现有不宜直接通过的情况时，提前做好应对措施。如运输超长风轮叶片和塔架时，采取平板车加单轴拖车的装载法可消除后悬货物通过鞍式路面时与地面发生碰擦损伤的危险等等。

3．2．风力发电机组的吊装

一、典型的安装程序

（一）安装前准备工作

1.检查并确认风力发电机组基础已验收，符合安装要求。

2.确认风电场输变电工程已经验收。

3.确认安装当日气象条件适宜，地面最大风速不超过 12 米／秒。

4.由制造厂技术人员会同建设单位（业主）组织有关人员认真阅读和熟悉风力发电机组制造厂随机提供的安装手册。

5.以制造厂技术人员为主，组织安装队伍，并明确安装现场的唯一指挥者人选。

6.由现场指挥者牵头，制定详细的安装作业计划。明确工作岗位，责任到人，明确安装作业顺序、操作程序、技术要求、安装要求，明确各工序各岗位使用的安装设备、工具、量具、用具、辅助材料、油料等，并按需分别准备妥当。

7.清理安装现场、去除杂物、清理出运输车辆通道。

8.清理风力发电机组基础，清理基础环工作表面（法兰的上、下端面和螺栓孔），对使用地脚螺栓的，清理螺栓螺纹表面、去除防锈包装、加涂机油，个别损伤的螺纹用板牙修复。

9.安装用的大、小吊车已按要求落实，并进驻现场。

10.办理风力发电机组出库领料手续，由各安装工序责任人负责按作业计划与明细表逐件清点，并完成去除防锈包装清洁工作，运抵安装现场。

（二）安装程序

1.塔架吊装：有两种方式。一种是使用起重量 50 吨左右的吊车先将下段吊装就位，待吊装机舱和风轮时，再吊剩余的中、上段，这样可减少大吨位吊车的使用时间，适用于一次吊装风力发电机组数量少，且为地脚螺栓或基础结构的。吊装时还需配备一台起重量 16 吨以上的小吊车配合“抬吊”。另一种方式是一次吊装的台数较多，除使用 50 吨吊车外，还使用起重量大于 130 吨，起吊高度大于塔架总高度二米以上的大吊车，一次将所有塔架几段全部吊装完成。塔架吊装时，由于连接用的紧固螺栓数量多，紧固螺栓占用时间长，有可能时，尽量提前单独完成，且宜采用流水作业方式一次连续吊装多台，以提高吊车利用率。特别是需要平上法兰的采用地脚螺栓的风力发电机组塔架，耗时更长。在安排计划时要注意这一特点。

2.风轮组装：与塔架吊装就位一样，风轮组装也需要在吊装机舱前提前完成。风轮组装有两种方式，一种是在地面上将三个叶片与风轮轮毂连接好，并调好叶片安装角（有叶片加长节的，也一并连接好）；另一种方法是在地面上，把风轮轮毂与机舱的风轮轴连接，同时安装上离地面水平线有 120°角度的两个风轮叶片，第三个叶片待机舱吊装至塔架顶后再安装。

3.机舱吊装：装有铰链式机舱盖的机舱，打开分成左右两半的机舱盖，挂好吊带或钢丝绳，保持机舱底部的偏航轴承下平面处于水平位置，即可吊装于塔架顶法兰上；装有水平剖分机舱盖的机舱，与机舱盖分先后两次吊装。对于已装好轮毂并装有两个叶片的机舱，吊装前切记锁紧风轮轴并调紧刹车。

4.风轮吊装：用两台吊车“抬吊”，并由主吊车吊住上扬的两个叶片的叶根，完成空中 90°翻身调向，撤开副吊车后与已装好在塔架顶上的机舱风轮轴对接。

5.控制柜就位：控制柜安装于钢筋混凝土基础上的，应在吊下段塔架时预先就位；控制柜固定于塔架下段下平台上的，可在放电缆前后从塔架工作门抬进就位。

6.放电缆。使其就位。

7.电气接线。完成所有控制电缆、电力电缆的连接。

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