大型单轴承直驱永磁风电机组关键技术与装备研制及应用.doc

项目名称：大型单轴承直驱永磁风电机组关键技术与装备研制及应用

推荐单位意见：

该项目在国家“973”、“863”、国际科技合作、国家科技支撑和湖南省科技重大专项等项目的资助下，发明了锥形心轴结构和低速单轴承直驱风力发电机组；建立了直驱风力发电机-变流器一体化设计方法；设计了风电全功率双PWM变流系统并首次应用于2MW直驱风电机组；提出了低风速风电叶片族系延长设计技术；发明了大型直驱风电机组密封式防腐蚀结构、舱内热交换系统和安全链实时检测装置。建成了国内首个完善的8MW及以下直驱永磁风力发电机设计、生产和测试体系。研制出具有自主知识产权的国内首台2MW、世界首台5MW直驱永磁风力发电机组，并实现了大规模装机和并网发电。

研究成果获得授权国家发明专利30项，其它知识产权18项，主持制订国家标准2项，出版专著2部，发表论文80多篇，在产业化和推广应用方面取得了显著成效，形成了从理论方法、关键技术研究，到设备自主研发和推广应用的技术体系。自2007年以来，2MW、5MW直驱永磁风力发电机组在全国30多个省份的150多个风场装机运行。近3年，新增销售收入200多亿元，新增利润达15亿元。

综上所述，项目极大推动了我国风电技术科技进步，加速了我国由风电大国到风电强国的重大转变，对保障国家能源安全和节能降耗发挥了巨大作用。经审阅该项目推荐书及附件材料，确认材料真实有效，相关栏目均符合填写要求。我单位和项目完成单位都已对该项目的拟推荐情况进行了公示无异议。同意推荐该项目申报2017年度国家科学技术进步一等奖。

项目简介：

该项目属于电气工程领域。

大规模开发和利用风能是我国的重要能源战略。直驱风电机组由多极低速发电机和叶轮直接连接，无需齿轮箱，可靠性高，是大型风力发电的发展方向。

大型直驱风力发电机组承载重量大、运行环境恶劣、载荷工况和运行状态极端复杂，涉及电气、控制、力学、机械和材料等多个学科，机组系统设计理论匮乏，设计难度大，亟待突破。项目组在国家“973”、“863”、国际科技合作、国家科技支撑等项目资助下，历经8年攻关，突破了单轴承大型直驱风电机组设计的关键技术，打破了国外技术封锁，在国际上首次实现了5MW等大型直驱永磁风电机组的产业化，取得的主要科技创新有：（1）建立了直驱风力发电机-变流器一体化设计方法，填补了变流器约束下直驱风力发电机优化设计技术空白，发电机效率提高5.7%，齿槽转矩降低65%。

（2）创造性发明了锥形心轴结构和低速单轴承直驱风力发电机组，攻克了超高气动力载荷、惯性载荷及超大重力等多重承载下兆瓦级直驱风电机组单轴承可靠支撑重大难题。

（3）创新设计了风电全功率双PWM变流系统并首次应用于2MW直驱风电机组，攻克了易变风速下大功率风力发电机定子电流控制技术难题，发电机定子电流畸变率≤2%。

（4）发明了低风速风电叶片族系延长设计技术，机组发电量提高5%-12%；创造性发展了“长时等粘度浸渍”和“低渗透预成型体Z向动力浸渍”等液相成型技术，为低成本可靠制备轻量化碳纤维复合材料海上风电叶片奠定了基础。

（5）发明了兆瓦级直驱风电机组密封式防蚀结构、舱内热交换系统和安全链实时检测装置，攻克了海上风电机组抗腐蚀和台风飓风紧急状况下快速停机等重大安全难题。

建立了国内容量最大的8MW直驱风电机组试验平台，制定了直驱风力发电机“技术条件”与“试验方法”等国家标准，成立了“海上风力发电技术与检测国家重点实验室”、“国家电能变换与控制工程技术研究中心”等科研平台。2007年和2010年分别研制出国内首台2MW、世界首台5MW直驱永磁风力发电机组，并实现了兆瓦级直驱风电机组及其叶片、发电机、变流器和主控系统等关键零部件的产业化。

2010年10月中央电视台《新闻联播》对项目进行了报道“我国第一台具有世界领先水平的5MW直驱永磁海上风力发电机在湖南下线”；2013年11月中央电视台《大国重器》栏目对项目进行了专题报道“全球仅有的两台5MW直驱永磁风力发电机组，一台远渡重洋安装在荷兰，另一台矗立在中国东南沿海的大型风力发电厂”。项目成果经鉴定，认为机组“整体技术达到国际先进水平，一体化设计技术居国际领先”、“在设计制造、运行性能、可靠性等方面达到了同类产品的国际先进水平”。

2007年以来，2MW、5MW直驱风电机组在全国30个省份的150多个风场装机运行，2MW直驱永磁机型国内市场占有率超过90%，5MW直驱永磁机型国内市场占有率达到100%，产品出口美国、法国、德国、荷兰等国。近3年，新增销售额200多亿元、利润15亿元。项目成果获国家授权发明专利30项，其它知识产权18项，主持制订国家标准2项，发表论文80多篇，出版专著2部；获湖南省科技进步一等奖3项，全国商业科技进步特等奖1项，中国电力科技技术发明二等奖1项。项目极大推动了我国风电技术科技进步，加速了我国由风电大国到风电强国的重大转变，对保障国家能源安全和节能降耗发挥了巨大作用。

客观评价：

项目成果获得国家发明专利30项，其它知识产18项，制订国家标准2项，出版专著2部，发表论文80多篇。

相关成果“2兆瓦风力发电机组和关键零部件及产业化”获得2010年度湖南省科技进步一等奖、“大型风力发电机复合材料叶片设计、制备和试验技术”获得2012年度湖南省科技进步一等奖、“兆瓦级直驱型风力发电机组与关键零部件研制及产业化”获得2013年度湖南省科技进步一等奖、“大型直驱风力发电系统结构与能量转换优化技术”获得2016年全国商业科技进步特等奖、“兆瓦级直驱风电系统能量高效转换关键技术及应用”获得2016年度中国电力科技技术发明二等奖。

成果鉴定和项目验收报告

（1）2009 年10 月，湖南省经济委员会组织专家对“2MW直驱永磁同步风力发电机”进行了新产品鉴定，认为：“该产品在设计制造、运行性能、可靠性等方面达到同类产品的国际先进水平，整体技术居国内领先”。

（2）2013年9月，教育部组织专家组对“直驱永磁风力发电技术及其应用”项目进行了科技成果鉴定，认为：“该项成果整体技术达到国际先进水平，直驱永磁风力发电机组一体化设计技术居国际领先”。

（3）2013年9月，湖南省科技厅组织专家对“5MW直驱永磁海上风力发电机组研制”进行了科学技术成果鉴定，认为：“该项目整体技术达到国际先进水平，一致同意通过鉴定”。

（4）2009年11月，国家科技部组织专家对国家高技术研究发展计划（863计划）课题“兆瓦级（2MW）直驱型风力发电机组及其关键部件的设计和制造技术（2006AA05Z 401）”进行了验收。认为：“完成了课题任务合同书规定的主要研究内容，达到了考核指标，同意课题通过验收”。

（5）2009年，湖南省科技厅组织专家组对湖南省重大专项“2兆瓦及以上风力发电机组和关键部件的研制及产业化（2006GK1002）”进行了验收。认为：“项目掌握了兆瓦级永磁风力发电机设计、制造的关键技术，攻克了IGBT并联均流技术等多项关键技术瓶颈，实现了大功率PWM整流和逆变”。

（6）2011年12月，国家科技部组织专家对国家“十一五”国家科技支撑计划项目“直驱式风电机组永磁单轴承发电机的研制（2006BAA01A16）”进行了验收。认为：“完成了课题任务书规定的考核目标和主要技术经济指标，同意课题通过验收”。

（7）2011年10月12日，科技部高技术中心组织对国家863计划项目“大尺寸复合材料风电叶片RTMAVIP就地制造技术”课题进行了验收。认为：“项目取得了一批应用技术和基础理论成果，成果得到产业化应用。通过产学研合作建立了大尺寸复合材料风电叶片高水平研发平台”。

（8）2012年，国家自然科学基金项目“电网故障下永磁直驱式风力发电机运行与控制（50907020）”通过验收结题，结题报告认为“项目首次从电网与永磁直驱式风电机组相互作用角度，完整地研究了电网故障下的穿越运行控制，其控制技术在原理、方法、技术上均具原始创新意义，对增强风电机组运行能力、适应电网日益提高的并网运行要求有重要作用。”

（9）2013年5月，国家科技部组织专家对国家重点基础研究发展计划（973计划）课题“能源高效利用中的基础科学问题——海上风电关键技术研究”（2010CB736201）进行了验收。认为：“项目取得了一批应用技术和基础理论成果，部分研究成果得到实际应用。项目完成了计划任务目标”专家组同意项目通过结题验收。

（10）2015年5月，国家科技部国际合作司委托湖南省科技厅对国家国际科技合作项目“基于轻型直流输电的海上风电系统关键技术”（2011DFA62240）进行了验收。认为项目“建立了基于轻型直流输电海上风电场完整综合设计理论、设计控制方法，解决了环流冗余控制和故障穿越运行关键问题”。

国家标准、检验报告及科研基地批文

（11）项目成果制订了直驱永磁风力发电机组相关国家标准：“风力发电机组低速永磁同步发电机第1部分：技术条件”（GBT 25389.1-2010）和“风力发电机组低速永磁同步发电机第2部分：试验方法”（GBT 25389.2-2010）。

（12）2011年项目组研制的2MW直驱永磁风力发电机组通过了国家电网中国电力科学院的低电压穿越现场试验，试验结论认为：“各项数据均满足国家电网公司企业标准《风电场接入电网技术规定》中对低电压穿越能力的要求”。

（13）2012年9月，XE82-2000 2MW直驱式风力发电机组通过了中国船级社设计评估。

（14）2013年12月，XE93-2000 风力发电机组通过了鉴衡认证的设计认证。

（15）2010年5月，国家科技部等部门批准湘潭电机股份有限公司的“TFY2000-1型

2MW直驱永磁同步风力发电机”为国家重点新产品。

（16）科技部2010年12月批准湘潭电机股份有限公司建立“海上风力发电技术与检测国家重点实验室”,国家能源局2010年7月批准湘潭电机股份有限公司建立“国家能源风力发电机研发（实验）中心”,科技部2013年4月批准湖南大学建立“国家电能变换与控制工程技术研究中心”。

用户报告

（17）项目组研制成果推广应用在中闽嘉儒风场、大唐六鳌风场等90余个风电场实现并网发电。应用单位运行表明，“直驱风力发电机具有结构紧凑、效率高，可靠性高、电能质量高等优点，低电压穿越能力满足电网运行要求”。

科技部官网重大科技成果报道

（18）2007年11月3日，项目组研制的2MW直驱式风力发电机组并网发电，同时2MW 永磁同步风力发电机下线，科技部网站指出：湘潭电机2MW直驱式风力发电机组并网发电、2MW永磁同步风力发电机下线具有里程碑意义，标志我国风力发电装备研制技术取得重大突破。（科技部网https://www.sodocs.net/doc/da7390266.html,/kjbgz/200711/t20071113_57137.htm）中央电视台重大科技创新报道

（19）2010年10月21日，中央电视台《新闻联播》对湘潭电机股份有限公司研制的我国首台5兆瓦永磁直驱海上风力发电机进行了报道，报道指出：“我国第一台具有世界领先水平的5兆瓦永磁直驱海上风力发电机在湖南湘潭下线，标志着我国已具备在海上安装大功率海上风力发电机的能力。”

（20）2013年11月中央电视台大型纪录片《大国重器》介绍了湘潭电机股份有限公司生产的2MW和5MW风力发电机：“全球仅有的两台5MW直驱永磁风力发电机，一台远渡重洋安装在荷兰，另一台矗立在中国东南沿海的大型风力发电厂”。

推广应用情况：

1、应用情况

依托该项目关键技术创新，湘潭电机股份有限公司、株洲时代新材料科技股份有限公司、国电南瑞科技有限公司开发的直驱永磁风力发电机、叶片、风电变流器和主控系统，并由湘电风能有限公司进行直驱永磁风力发电机组集成、销售。自2007年以来，累计销售2 MW、5MW系列直驱永磁风力发电机组4000多台套，在全国150 多个风场并网发电运行。

2、经济社会效益

（1）经济效益

2014-2016年推广销售2 MW、5MW系列直驱永磁风力发电机组共4000多台套，新增销售额200多亿元、利润15亿元。

（2）社会效益

1）该项目突破了大型单轴承支撑直驱风力发电能量高效转换与控制技术，建成了国内首个完善的兆瓦级直驱永磁风力发电机设计、生产和测试体系，研制出2MW、5MW直驱永磁风力发电机组，打破了国际技术垄断，极大的推动了我国风电行业的发展和直驱永磁风力发电技术领域的科技进步。

2）依托该项目培养风力发电技术及装备领域博士和硕士40多名、工程技术人员60多名。项目承担单位获批建设“海上发电技术与检测国家重点实验室”、“国家能源风力发电机研发（实验）中心”和“国家电能变换与控制工程技术研究中心”等国家级科研基地，为人才的培养和聚集、技术的深入研究和开发提供了保障。

3）通过该项目的产业化，带动当地相关产业的发展，新增就业岗位10000多个，产生了巨大的社会效益。

4）以一套2MW直驱永磁风力发电机组年平均满功率发电2000小时计算，则每套机组每年产生电能约为4M千瓦时，目前，该项目研制的2MW直驱永磁风力发电机组并网运行4000台，按平均每套并网发电2年计算，则共生产电能约320亿千瓦时，产生间接经济效益约192亿元人民币；同时节约标准煤约1040万吨，减少温室气体排放约2808万吨。该项目推广应用的直驱永磁风力发电机，通过并网发电在电能生产和节能减排中产生了巨大的间接经济效益。

主要知识产权目录：

主要完成人情况：

1. 黄守道，排名1，“国家电能变换与控制工程技术研究中心”学术带头人、国家重点研发计划项目首席专家，教授，副院长，工作单位：湖南大学，完成单位：湖南大学，是该项目的主要负责人，对创新点1、2、3有重要贡献，全面负责整个项目的研究开发，具体负责发电机设计和控制方法的研究。

2. 龙辛，排名2，执行董事，首席专家，副总经理，工作单位：湘电风能有限公司，完成单位：湘电风能有限公司，项目技术主要参与人，对创新点2、5 有重要贡献，主要负责直驱永磁风力发电机组设计、生产和推广应用工作。

3. 彭超义，排名3，副教授，工作单位：国防科技大学，完成单位：国防科技大学，是该项目主要完成人之一，对创新点4有重要贡献，提出“长时等粘度浸渍”和“低渗透预成型体Z向动力浸渍”等液相成型技术，发明了可加长型风电叶片。

4. 高剑，排名4，讲师，工作单位：湖南大学，完成单位：湖南大学，项目主要参与人，对创新点1、3 有重要贡献，负责永磁直驱风力发电机的方案设计、有限元仿真、系统特性仿真及一体化设计，在机组关键部件创新研究工作中做出了重要贡献。

5. 李春林，排名5，高级工程师，总经理（原湘电股份电机事业部总经理），工作单位：湘电风能有限公司，完成单位：湘电风能有限公司，项目主要参与人，对创新点2、5 有重要贡献，负责直驱永磁风力发电机组设计、生产和推广应用；

6. 杨军，排名6，教授级高工，总经理、中车株洲电力机车研究所有限公司副总经理，工作单位：株洲时代新材料科技股份有限公司。完成单位：株洲时代新材料科技股份有限公司，项目主要参与人，对创新点4有重要贡献，参与了多款风电叶片设计与研制。

7. 邵宜祥，排名7，电控分公司总经理，工作单位：国电南瑞科技股份有限公司，完成单位：国电南瑞科技股份有限公司，项目主要参与人，对创新点3有重要贡献，主要参与完成了大型风电机组及变流系统研制与销售等工作。

8. 宋晓萍，排名8，高级工程师，副总经理兼首席科学家，工作单位：湘电风能有限公司，完成单位：湘电风能有限公司，项目主要参与人，对创新点2、5 有重要贡献，负责直驱永磁风力发电机组整机设计、生产和推广应用。

9. 罗德荣，排名9，副教授，工作单位：湖南大学，完成单位：湖南大学，项目主要参与人，对创新点3有重要贡献，负责完成该项目中风力发电变流器控制算法调试工作。

10. 杨国伟，排名10，高级工程师，工作单位：湖南大学，完成单位：湖南大学，项目主要参与人，对创新点1、2、5 有重要贡献，负责该项目中直驱永磁风力发电机结构设计、推广等工作；

11. 曾竟成，排名11，教授，工作单位：国防科技大学，完成单位：国防科技大学，项目主要参与人，对创新点4有重要贡献，负责该项目中风电叶片制备工艺研究与工程应用推广等工作。

12. 陈习坤，排名12，高级工程师，工作单位：湘电风能有限公司，完成单位：湘电风能有限公司，项目主要参与人，对创新点2、5有重要贡献，主要负责直驱永磁风力发电机结构

设计、仿真、系统安全性等方面工作。

13. 荣飞，排名13，副教授，工作单位：湖南大学，完成单位：湖南大学，项目主要参与人，对创新点3有重要贡献，参与完成该项目中直驱永磁风力发电变流器控制策略设计及软件调试。

14. 蔡国洋，排名14，工作单位：国电南瑞科技股份有限公司，完成单位：国电南瑞科技股份有限公司，项目主要参与人，对创新点3有重要贡献，主要参与该项目中风力发电控制系统的研发。

15. 邓秋玲，排名15，教授，工作单位：湖南工程学院，完成单位：湖南工程学院，项目参与人，对创新点1有重要贡献，该项目中主要参与直驱永磁风力发电机齿槽转矩抑制及仿真方面的工作。

主要完成单位：

项目由湖南大学、湘电风能有限公司、国防科技大学、湘潭电机股份有限公司、株洲时代新材料科技股份有限公司、国电南瑞科技股份有限公司、湖南工程学院联合完成。

湖南大学作为项目第一完成单位，黄守道教授担任项目负责人，主要研究成员包括高剑、荣飞、罗德荣等。该单位在该项目中承担直驱风电机组相关理论、方法和设计方案的创新研究。主要贡献有：（1）首创了直驱风力发电机-变流器一体化设计方法，填补了变流器约束下直驱风力发电机优化设计的空白；（2）创新设计了风电全功率双PWM变流器系统，解决了易变风速下大功率发电机定子电流控制技术难题；（3）依托项目关键技术与湘潭电机股份有限公司合作开发直驱永磁风力发电机组，并实现了产业化。

湘电风能有限公司作为项目参与单位，龙辛高级工程师担任主要负责人，该单位在该项目中主要从事直驱永磁风力发电机组的集成研制和推广应用。主要贡献有：（1）创造性发明了锥形心轴结构和低速重载单轴承直驱风力发电机组，攻克了超高气动力载荷、惯性载荷及超大重力等多重承载下兆瓦级直驱风电机组的可靠性重大关键问题；（2）发明了兆瓦级直驱风力发电机组密封式防蚀结构、舱内热交换系统和安全链实时监测装置，攻克了海上风电机组抗腐蚀和台风等紧急情况下快速停机等重大安全问题；（3）负责直驱永磁风力发电机组的推广应用、现场安装及调试工作，为该项目技术成果的推广应用做出了巨大贡献。

国防科技大学作为项目参加单位，彭超义副教授担任主要负责人，该单位在该项目中主要参与完成了大型复合材料风电叶片设计和制备技术研究。具体工作包括：（1）发展了“长时等粘度浸渍”和“低渗透预成型体Z向动力浸渍”等液相成型技术，解决了大型复合材料风电叶片高效率、高质量制备技术难题；（2）突破了低风速风电叶片族系延长设计技术，创造性解决了多叶型风电叶片共线兼容制造难题；（3）主持研制10余款风电叶片产品。

湘潭电机股份有限公司作为项目参加单位，杨国伟高级工程师担任主要负责人，该单位在该项目中主要从事直驱风力发电机结构设计和产品研制。主要贡献有：（1）设计了自保护复合转子磁路结构，提高了机组的磁稳定性；（2）发明直驱永磁风力发电机磁钢装配平台，简化磁钢装配工艺，降低了磁钢在装配过程中的损失；（3）联合湖南大学共同研制开发直驱永磁风力发电机，并有力推动该项目技术成果的产业化和推广应用。

株洲时代新材料科技股份有限公司作为项目参加单位，杨军教授级高工担任主要负责人，该单位在该项目中主要参与完成大型复合材料风电叶片研制与工程应用。具体工作包括：（1）根据该项目提出大型复合材料风电叶片相关创新性技术，解决了大型复合材料风电叶片在研制过程中的工艺、设备和试验考核等技术问题；（2）配合国防科技大学完成了10多款风电叶片产品的研制，实现产品全部大批量应用，并有力推动该项目技术成果的产业化和推广应用。

国电南瑞科技股份有限公司作为项目参加单位，邵宜祥研究员级高工担任主要负责人，该单位主要完成风电变流器相关内容。主要贡献有：（1）参与了该项目测试平台的搭建，并

涉及部分关键技术的测试工作，极大的减少了机组整体调试时间，提高工作安全性和风机主控系统质量；（2）负责该项目部分主控、变桨、变流和测试技术及装置的推广应用，为该项目技术成果的推广应用做出了巨大贡献。

湖南工程学院作为项目参加单位，邓秋玲教授担任主要负责人，该单位在该项目中主要参与直驱永磁风力发电组设计与仿真分析。主要贡献有：直驱永磁风力发电机齿槽转矩抑制。

项目完成人合作关系说明：

该项目主要完成人涉及七个单位，分别为湖南大学、湘电风能有限公司、国防科技大学、湘潭电机股份有限公司、株洲时代新材料科技股份有限公司、国电南瑞科技股份有限公司和湖南工程学院，其中湘电风能有限公司为湘潭电机股份有限公司的控股公司。湖南大学团队包括黄守道、高剑、罗德荣、荣飞等，合作产出为专著、专利、论文和获奖等；湘潭电机股份有限公司科研团队包括龙辛、李春林、宋晓萍、杨国伟、陈习坤等，合作产出为国家标准、专利和获奖等；国防科技大学科研团队包括彭超义、曾竞成等，合作产出为专利、论文和获奖等；株洲时代新材料科技股份有限公司研团队包括杨军等，合作产出为专利、获奖等；国电南瑞科技股份有限公司包括邵宜祥和蔡国洋等，合作产出为专利和获奖等；湖南工程学院科研团队包括邓秋玲等，合作产出为科研论文。

黄守道同志2011年被湖南省委组织部、湖南省科技厅等5部门选派驻湘潭电机股份有限公司特派科技专家，2014年12月被湖南省人民政府国有资产监督管理委员会聘任为湘电集团有限公司外部董事。

2016年湖南大学牵头（黄守道教授为项目负责人），联合湘潭电机股份有限公司、湘电风能有限公司、国防科技大学、中车株洲电力机车研究所有限公司（株洲时代新材料科技股份有限公司控股母公司）等单位共同承担国家重点研发计划“重大复杂机电系统服役质量检测监测及维护质量控制技术研究（2016YFF0203400）”，针对大型风力发电机组运维技术和质量控制开展进一步的合作研究。

风力发电机组载荷计算

北京鉴衡认证中心 风力发电机组载荷计算 北京鉴衡认证中心 发言人：韩炜 2008-4-14 w w w .s i m o s o l a r .c o m

北京鉴衡认证中心 内容概要 1. 风力发电机组载荷计算目的 2. 风力发电机组载荷特点 3. 风力发电机组载荷计算 w w w .s i m o s o l a r .c o m

北京鉴衡认证中心 风力发电机组载荷计算目的 ? 对于设计：提供强度分析载荷依据，确保各部 件承载在设计极限内；优化运行载荷，提高机 组可靠性。 ? 对于认证：确保载荷计算应用了适当的方法， 工况假定全面且符合标准要求，结果真实可靠。w w w .s i m o s o l a r .c o m

北京鉴衡认证中心 风力发电机组载荷特点 ? 风 ? 空气动力学 ? 叶片动力学 ? 控制 ? 传动系统动力学 ? 电力系统 ? 塔架动力学 ? 基础 w w w .s i m o s o l a r .c o m

风力发电机组载荷计算标准 ? 陆上风机：GB18451.1（2001）；IEC61400-1（1999， 2005）；GL Guideline2003；… ? 海上风机：IEC61400-3；GL Guideline (Offshore) 2005? DNV- OS-J101 … 风力发电机组载荷计算 w w w. s i m o s o l a r.c o m 北京鉴衡认证中心

北京鉴衡认证中心 风力发电机组设计等级 （IEC61400-1：1999） 级别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ S V ref [m/s] 50 42.5 37.5 30 V ave [m/s] 10 8.5 7.5 6 A I 15 [-] 0.18 0.18 0.18 0.18 a [-] 2 2 2 2 B I 15 [-] 0.16 0.16 0.16 0.16 a [-] 3 3 3 3 由设计 者规定 各参数 注： V ref ：轮毂处参考风速 V ave ：轮毂处平均风速 I 15：风速15m/s时的湍流强度 a: 斜度参数 风力发电机组载荷计算 w w w .s i m o s o l a r .c o m

风力发电机用轴承大致可以分为三类

风力发电机用轴承大致可以分为三类，即：偏航轴承、变桨轴承、传动系统轴承(主轴和变速箱轴承)。偏航轴承安装在塔架与座舱的连接部，变桨轴承安装在每个叶片的根部与轮毂连接部位。每台风力发电机设备用一套偏航轴承和三套变桨轴承(部分兆瓦级以下的风力发电机为不可调桨叶，可不用变桨轴承)。 1代号方法 风力发电机偏航、变桨轴承代号方法采用了JB／T10471—2004中转盘轴承的代号方法，但是在风力发电机偏航、变桨轴承中出现了双排四点接触球式转盘轴承，而此结构轴承的代号在JB／T10471—2004中没有规定，因此，在本标准中增加了双排四点接触球转盘轴承的代号。由于单排四点接触球转盘轴承的结构型式代号用01表示，而结构型式代号02表示的是双排异径球转盘轴承结构，因此规定03表示双排四点接触球转盘轴承结构。 2技术要求 2．1材料 本标准规定偏航、变桨轴承套圈的材料选用42CrMo，热处理采用整体调质处理，调质后硬度为229HB—269HB，滚道部分采用表面淬火，淬火硬度为55HRC-62HRC。由于风力发电机偏航、变桨轴承的受力情况复杂，而且轴承承受的冲击和振动比较大，因此，要求轴承既能承受冲击，又能承受较大载荷。风力发电机主机寿命要求20年，轴承安装的成本较大，因此要求偏航、变桨轴承寿命也要达到20年。这样轴承套圈基体硬度为229HB-269HB，能够承受冲击而不发生塑性变形，同时滚道部分表面淬火硬度达到55HRC-62HRC，可增加接触疲劳寿命，从而保证轴承长寿命的使用要求。 2．2低温冲击功 本标准对偏航、变桨转盘轴承套圈低温冲击功要求：—20℃Akv不小于27J，冷态下的Akv值可与用户协商确定。风力发电机可能工作在极寒冷的地区，环境温度低至—40吧左右，轴承的工作温度在—20~C左右，轴承在低温条件下必须能够承受大的冲击载荷，因此，要求轴承套圈的材料在调质处理后必须做低温冲击功试验，取轴承套圈上的一部分做成样件或者是与套圈同等性能和相同热处理条件下的样件，在—20~C环境下做冲击功试验。 2．3轴承齿圈 由于风力发电机轴承的传动精度不高，而且齿圈直径比较大，齿轮模数比较大，因此，一般要求齿轮的精度等级按GB／T10095．2---2001中的9级或者10级。但是由于工作状态下小齿轮和轴承齿圈之间有冲击，因此，轴承齿圈的齿面要淬火，小齿轮齿面硬度一般在60HRC，考虑到等寿命设计，大齿轮的齿面淬火硬度规定为不低于45HRC。 2．4游隙 偏航、变桨轴承在游隙方面有特殊的要求。相对于偏航轴承，变桨轴承的冲击载荷比较大，风吹到叶片上震动也大，所以要求变桨轴承的游隙应为零游隙或者稍微的负游隙值，这

风力发电机组轴承常见故障诊断与振动检测 王健

风力发电机组轴承常见故障诊断与振动检测王健 摘要：随着环境污染问题的日益突出，同时为了克服能源危机，风能作为一种 绿色可再生能源越来越受到世界各国的重视，风力发电机组（简称风电机组）作 为将风能转化为电能的关键装备得到了迅猛的发展。风电机组通常坐落于偏僻的、交通不便的、环境恶劣的远郊地区以及沿海或近海区域，且机舱一般安装在离地 面几十米甚至上百米的高空，因此风电机组日常运行状态检测困难，维护成本昂贵。有统计资料表明，陆上和海上风电机组的维护费用占到各自风场收入的10%～15%和20%～35%左右，因此风电机组在恶劣环境下的运行可靠性问题特别 受到关注。 关键词：风力发电机组；轴承故障；诊断；振动检测 轴承故障与齿轮箱故障几乎占据了风力发电机组故障的大多数。发电机组的 各种检测传感器均安装在轴承座上，而各种轴承故障都是通过传感器才发现的， 所以我们通过传感器所采集的信息就可以准确的判断整个发电机组的工作状况。 然而在实际安装中，轴承故障诊断与振动识别也是作为优先部分处理，科研投入 也是占据了成本投入的一半以上。本文就风力发电机组轴承常见故障特征及原因 进行详细阐述，然后就轴承的振动检测进行深入研究。 1风力发电机组轴承常见故障特征及原因 1.1风力发电机组轴承结构 轴承一般分为外圈、保持架、滚动体（滚珠）和内圈4个部分。轴承内部充 满油脂类物质，用于减少轴承滚动的阻力，也能分离轴承与其他部件的接触，从 而减少摩擦阻力。油脂还可以起到散热与防止腐蚀的作用。所以为了防止外物对 油脂的影响，我们一般会在保持架的两端加装防尘装置，以免外物减弱油脂的各 种作用。 1.2风力发电机组轴承常见故障及诊断 支撑主轴轴承的外圈固定在轴承座上，机械传动轴从主轴轴承内圈经过。风 力带动叶轮转动，通过传动链将动力传输给主轴，当主轴达到一定的载荷转速时，由轴承和轴承座组成的振动系统就会产生激励，也就是风机发电机组振动的产生。这种激励振动一般是周期性振动，对受载体产生的撞击力或摩擦力也会周期性的 出现，长期疲劳极大可能产生轴承的局部损伤，因此需要加强对轴承振动频率的 监测。根据长期的实践经验及理论知识的积累，从故障程度上可将轴承的故障类 型分为初级损坏与中级损坏两类。通常我们所见到的电流损害、磨损以及表面损 坏等都是初级磨损；还有一些像破裂和散裂属于中级损坏。我们还可以从损坏的 位置来区分故障，可将其类型分成外圈故障、内圈故障、滚动体故障以及支撑部 件的故障。结合轴承结构示意图，可将风电机组轴承的常见故障特征及产生原因 归纳罗列如下：（1）疲劳故障：故障特征表现为滚动体或者滚道表面脱落或者 脱皮。故障产生原因为轴、保持架等支撑装置制造工艺较低使得其精度不能保证，轴向长期过高负荷条件工作，对其性能产生很大的影响。（2）磨损故障：我们 可以从外观来观察故障的产生原因，一般磨损故障会产生色泽的变化，形成磨痕。故障产生原因为在微小间隙间的滑动磨损和长期恶劣环境中的长期使用。（3） 缺口或凹痕故障：分为过载及安装或外来颗粒引起的缺口或凹痕。过载及安装引 起的特征表现为细小的缺口或凹痕分布在两圈的滚道周围和滚动元件里，是由于

跟踪法在风电主轴轴承测量中的应用

跟踪法在风电主轴轴承测量中的应用 摘要:风力发电作为可再生清洁能源的重要组成部分，正越来越受到广泛的重视。近年来，我国风电整机产能得到了快速提升，但关键零部件技术仍处于起步阶段。其中，作为关键转动部件的风电主轴轴承的制造和精密测量技术，不但在国内仍处于空白，在国际上也鲜有成熟的技术应用案例。一般滚动轴承的精密测量，采用旋转工件的方法进行。但由于风电主轴轴承外径尺寸达1000MM左右，转动工件很容易影响整体测量精度。本文针对风电主轴轴承的性能特点和设计要求，应用跟踪法对风电主轴轴承进行全位置测量。结果证明，本文采用的跟踪测量法和装置能够有效地测量主轴轴承的相关尺寸，具有较强的创新和使用性，并填补了国内空白，在国际上处于相对领先地位。 关键词：跟踪法主轴轴承测量 1、风电产业发展概况 随着人类社会与经济的不断发展，环境问题越来越被关注。2009年哥本哈根全球气候大会上，中国政府向全世界郑重承诺：到2020年，单位GDP碳排放量在2005年基础上降低45%左右。 为了达到降低排放的目标，我国正依靠政府和社会全部力量，大力发展包括风力发电在内的清洁可再生能源。在这样的背景下，我国风力发电产业得到了爆发式增长。根据权威部门统计，2009年我国（不含台湾省）新增风电装机10129台，容量1380万千瓦，年同比增长124%，为世界第一；累计风电装机21581台，容量2581万千瓦，年同比增长114%，为世界第二。根据国家发改委《新能源产业发展规划》草案，到2020年，我国风电装机容量将达到1.5亿千瓦。 在整个风电产业链中，风电场的开发利用主要由国电、华能等五大电力巨头掌控，而风机的制造以华锐、金风、东汽和上海电气等为主，整机技术大多从欧洲引进，国内厂家并不掌握核心技术。在风机关键零部件供应体系中，以发电机、逆变控制器、叶片、增速箱和轴承等最为关键。前几年，这些关键零部件技术和供应均被国外公司所掌控。其高昂的价格和相当长的交货期曾严重影响了我国风电产业的发展。近年来，在我国各级政府和众多风电相关企业的共同努力下，情况有了较为明显的改观。 2、大型轴承测量技术回顾 现今的大型轴承测量技术，一般采用以下几种测量方法：

风电机组轴承的状态监测和故障诊断与运行维护王利

风电机组轴承的状态监测和故障诊断与运行维护王利 发表时间：2019-12-11T15:06:41.297Z 来源：《中国电业》2019年第16期作者：王利 [导读] 风能作为一种清洁可再生能源，受到世界各国的关注。 摘要：风能作为一种清洁可再生能源，受到世界各国的关注。作为风能储量较多的国家，自然需要合理的利用风能，使得国家能够得到迅速的发展。随着我国可持续发展政策的落实以及风力发电技术的进步，使我国风力发电产业得到迅速发展。目前我国的风力发电在商业上已经可以与燃煤发电相竞争。在这一市场大环境下，风力发电产业应当加强核心技术的发展。在风力发电机组中轴承作为核心零部件，风电轴承的范围涉及从叶片、主轴和偏航所用的轴承，到发电机中所用的高速轴承。轴承既是风力机械中最为薄弱的部分，也是最为重要的部分。由此看来对于风电机组轴承的状态检测、故障诊断、运行维护等工作的深入研究就显得尤为重要，直接关系到我国电力事业的发展。 关键词：风电机组状态监测故障诊断运行维护风电轴承 二、风电机组传动系统的日常维护 （一）主轴轴承的日常维护及保养（以金风S48/750风力发电机组为例） 轴承在工作的时候，会受到外界的影响，当受到一定量频率的震荡或者载荷重量增高，即使低速运行，都会影响到风电机组的安全运行。温度过高、过低，润滑不均匀、缺少润滑脂或者其他物质入侵轴承，就会导致主轴轴承的失效而无法继续运行，一般情况下，主轴承轴被磨损锈蚀都会导致轴承运转的不流畅，使运转的阻力增大直至卡死甚至引起风机着火的严重后果。就目前的形式来看，滚动式的轴承仍旧是风力发电场最主要的选择，因为其具有很大的优势，节约成本而且效率很高，但与此同时因结构构造较为简单也容易受到损伤，轴承中出现故障的原因有很多，故进行维护人员要特别重视这项内容，大部分故障最后都导致主轴轴承卡死。如果出现主轴轴承卡死情况，首先考虑的就是轴承的质量问题，或者是安装的过程中出现了装配上的错误，大部分都是滚轴在润滑中受天气的影响导致了污染。所以在日常维护和保养中，要全方位、多角度分析和考虑。第一就是外观检查有无油脂溢出，清理主轴轴承处溢出油脂和集油盒中的油脂，如果发现润滑油脂变质，油脂碳化或者凝固等都要及时疏通或更换，妥当处理，不能造成风机附近环境污染。正常运行的主轴轴承在没有堵塞的情况下，润滑油脂可以作为介质正常的在轴承内起到润滑的作用。还要检查轴承内的卫生情况，不能有其他杂物，保持轴承之间的接触面的整洁，日常维护过程中要借助工具对轴承进行清理，一旦杂物在里面堆积，就不能使轴承正常运转工作。第二则是检查轴承是否存在松动的情况，或者轴承之间型号不相符，就会导致轴承之间的错位，发现松动后要利用工具将其恢复成原本使用的状态。第三就是给轴承进行注油操作时，必须将机组切至维护状态打开叶尖气动刹车扰流板，使发电机、主轴空转后，才可进行注油。定期维护时主轴每次加注油脂950g，发电机因厂家不同分别加注不同油量（株洲发电机前后轴承各加：70g，永济发电机前后轴承各加：100g）。第四则是检查主轴温度，不同工况下都可以影响主轴轴承的运行温度。例如：夏冬季节同输出功率条件下，主轴运行温度夏季平均高出冬季15-20℃左右。因此判断主轴损坏要综合考虑。根据现场运行维护情况在满足风机运行技术要求的前提下，在主轴上加装温度传感器设定停机报警温度后可有效防止主轴卡死等现象发生。将注油口处的主轴PT100温度经SM331模块传回中央监控系统，实现风机主轴温度的在线监测功能。第五则是定期对主轴轴温高的主轴油脂进行取样化验，根据理化指标滴点、锥入度、水分等指标信息和元素含量进行分析。指标如有超标现象则应重点关注加强风机的巡检次数，必要时更换主轴轴承。还可以利用小风天气盘车，监听主轴有无异音。 （二）齿轮箱的维护与保养 作为传动系统中非常重要的零件之一，齿轮箱相对来说也容易产生故障，齿轮箱的使用范围是长期不间断运行的，如果没有及时进行保养，极易影响风机正常的运行，因此要对齿轮箱进行定期的有效的维护和保养，这样能够降低齿轮箱故障的发生率，还能够增加齿轮箱使用的年限，节约生产成本。对齿轮箱的检查是较为方便的，主要根据齿轮箱的声音是否正常以及齿轮箱内的润滑油脂的状态来判断的。齿轮箱正常的声音的频率是稳定没有较大的起伏的，如果声音过快或者过缓，声音频率不稳定，噪音较大，就说明箱内的齿轮可能出现了齿轮断裂，齿轮表面点蚀或者齿轮松动等问题，要及时进行维修和更换，并且使齿轮重新安装后能够重新运转。其次就是润滑油对齿轮的影响，油箱是否存在漏油的问题，或者齿轮箱油的质量问题对其造成的影响。 金风S48/750风机齿轮箱传动形式为一级行星齿和两级平行轴圆柱齿啮合传动，各齿轮采取强制润滑方式，增速比为i=67.57。在日常维护要及时补充油箱内的润滑油，发现油箱泄露要进行更换修复等。润滑油的质量也决定了油箱内齿轮运转的状况，油脂可能因为天气的原因凝固或者碳化，都要进行清理和更换润滑油。在闭式传动中，当齿轮硬度不高，且润滑油稀薄时尤其容易发生齿轮点蚀。齿轮的点蚀是齿轮传动的失效形式之一，即齿轮在传递动力时，在两齿轮的工作面上将产生很大的压力，随着使用时间的增加，在齿面上便产生细小的疲劳裂纹。当裂纹中渗入润滑油，在另一轮齿的挤压下被封闭在裂纹中的油压力就随之增高，加速裂纹的扩展，直致轮齿表面有小块金属脱落，形成小坑。轮齿表面点蚀后，造成传动不平稳和噪声增大。在日常保养中，也要防止齿轮箱的异常高温，要检查润滑油供应是否充分，特别是在各主要润滑点处，必须要有足够的油液润滑和冷却；再次要检查各传动零部件有无卡滞现象，还要检查机组的振动情况，前后连接接头是否松动等。防止因长期使用而出现零件老化以及破损的问题，如果发现这类问题发生，要及时进行零件的更换与维修。及时发现问题并进行合理的解决，提高风机可利用率。 三、风电机组轴承的状态监测与故障诊断 基于SCADA的方法 SCADA系统能够将运行参数发送到中央数据库，对发电机组的运行状态信息实时的监测。但是需要的传感和采集通信的数据较多，增加了供电技术的成本和监测复杂性，也因此没有得到良好的普及。对于发电机的机械故障，可以通过感应电动机的终端发电机输出反应出来。通过对电流和功率的稳定功率谱进行分析，对发电机轴承的故障进行监测。在缺少振动传感器的情况下，将震动平均数据和参数相结合，从而判断风电机组的运行状态。 四、发电机组轴承的运行维护 对于主轴轴承齿轮箱、低速轴轴承、偏航和变桨轴承的运行维护来说。由于轴承是低速而且不完全旋转，限制了振动监测效果。齿轮箱低速轴轴承可以采用润滑油液进行维护，并实施在线监测的方法。但对于主轴轴承与偏航和变桨轴承由于采用润滑脂、润滑油液混合液

风电机组地基基础设计规定

1 范围 1.0.1 本标准规定了风电场风电机组塔架地基基础设计的基本原则和方法，涉及地基基础的工程地质条件、环境条件、荷载、结构设计、地基处理、检验与监测等内容。 1.0.2 本标准适用于新建的陆上风电场风电机组塔架的地基基础设计。工程竣工验收和已建工程的改（扩建）、安全定检，应参照本标准执行。 1.0.3 风电场风电机组塔架的地基基础设计除应符合本标准外，对于湿陷性土、多年冻土、膨胀土和处于侵蚀环境、受温度影响的地基等，尚应符合国家现行有关标准的要求。

2 规范性引用文件 下列标准中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用标准，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些标准的最新版本。凡是不注日期的引用标准，其最新版本适用于本标准。 GB 18306 中国地震动参数区划图 GB 18451.1 风力发电机组安全要求 GB 50007 建筑地基基础设计规范 GB 50009 建筑结构荷载设计规范 GB 50010 混凝土结构设计规范 GB 50011 建筑抗震设计规范 GB 50021 岩土工程勘察规范 GB 50046 工业建筑防腐蚀设计规范 GB 50153 工程结构可靠度设计统一标准 GB 60223 建筑工程抗震设防分类标准 GB 50287 水力发电工程地质勘察规范 GBJ 146 粉煤灰混凝土应用技术规范 FD 002—2007 风电场工程等级划分及设计安全标准 DL/T 5082 水工建筑物抗冰冻设计规范 JB/T10300 风力发电机组设计要求 JGJ 24 民用建筑热工设计规程 JGJ 94 建筑桩基技术规范 JGJ 106 建筑基桩检测技术规范 JTJ 275 海港工程混凝土防腐蚀技术规范

风电机组故障诊断综述

风电机组故障诊断综述 对风电机组故障诊断技术进行综述，按照基于定性诊断、定量诊断的分类方式，针对现有风电机组故障诊断方法并结合故障诊断系统进行分析。对每一类故障诊断方法归类，指出这些方法的基本思想、适用条件和应用范围以及优缺点，并探讨了风电机组故障诊断技术未来可能的主要发展方向。 关键字：风力发电;风电机组;传动系统;维护检测 一、风机传动系统主要结构及部件 风机传动系统就安装的结构而言，一般分为两种情况：一种是水平轴风机传动，叶片是安装在水平面的轴承上;另一种是垂直轴风机传动，风轮与叶片是垂直摆放的，风使叶片转动，再带动与之垂直的轴承，发动机被带动以后就可以发电了。但目前大多都是水平轴风机，叶轮与轮毂通过轴承相连接，虽然结构较复杂，但能获得较好的性能，而且叶轮承受的载荷较小、重量轻。传动链主要由主轴、主轴承、偏航轴承、齿轮箱、联轴器、发电机和机座等组成。这些构成了风机中最重要的一个部分，同时因为风机传动系统带动的风叶，所以压力、温度过高都容易导致故障。维护时要特别注意受力铰链和传动机构的润滑、磨损及腐蚀情况，及时进行处理，以免影响机组的正常运行。 二、风电机组传动系统的日常维护 （一）主轴轴承的日常维护及保养（以大唐华创风能CCWE—3000/122.HD 风力发电机组为例） 轴承在工作的时候，会受到外界的影响，当受到一定量频率的震荡或者载荷重量增高，即使低速运行，都会影响到风电机组的安全运行。温度过高、过低，润滑不均匀、缺少润滑脂或者其他物质入侵轴承，就会导致主轴轴承的失效而无法继续运行，一般情况下，主轴承轴被磨损锈蚀都会导致轴承运转的不流畅，使运转的阻力增大直至卡死造成严重的后果。就目前的形式来看，滚动式的轴承仍旧是风力发电场最主要的选择，因为其具有很大的优势，节约成本而且效率很高，但与此同时因结构构造较为简单也容易受到损伤，轴承中出现故障的原因有很多，故进行维护人员要特别重视这项内容，大部分故障最后都导致主轴轴承卡死。如果出现主轴轴承卡死情况，首先考虑的就是轴承的质量问题，或者是安装的过程中出现了装配上的错误，大部分都是滚轴在润滑的中受天气的影响导致了污染。所以在日常维护和保养中，要全方位、多角度分析和考虑。第一就是外观检查有无油脂溢出，清理主轴轴承处溢出油脂和集收盘中的油脂，如果发现润滑油脂变质，油脂碳化或者凝固等都要及时疏通或更换，妥当处理，不能造成风机附近环境污染。正常运行的主轴轴承在没有堵塞的情况下，润滑油脂可以作为介质正常的在轴承内起到润滑的作用。还要检查轴承内的卫生情况，不能有其他杂物，保持轴承之间的接触面的整洁，日常维护过程中要借助工具对轴承进行清理，一旦杂物在里面堆积，就不能使轴承正常运转工作。第二则是检查轴承是否存在松

风力发电机组载荷计算

风力发电机组载荷计算 北京鉴衡认证中心 发言人：韩炜 2008-4-14 北京鉴衡认证中心

内容概要 1. 风力发电机组载荷计算目的 2. 风力发电机组载荷特点 3. 风力发电机组载荷计算 北京鉴衡认证中心

风力发电机组载荷计算目的 ? 对于设计：提供强度分析载荷依据，确保各部 件承载在设计极限内；优化运行载荷，提高机 组可靠性。 ? 对于认证：确保载荷计算应用了适当的方法， 工况假定全面且符合标准要求，结果真实可靠。北京鉴衡认证中心

风力发电机组载荷特点 ? 风 ? 空气动力学 ? 叶片动力学 ? 控制 ? 传动系统动力学 ? 电力系统 ? 塔架动力学 ? 基础 北京鉴衡认证中心

风力发电机组载荷计算 风力发电机组载荷计算标准 ? 陆上风机：GB18451.1（2001）；IEC61400-1（1999， 2005）；GL Guideline2003；… ? 海上风机：IEC61400-3；GL Guideline (Offshore) 2005? DNV- OS-J101 … 北京鉴衡认证中心

北京鉴衡认证中心 风力发电机组设计等级 （IEC61400-1：1999） 级别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ S V ref [m/s] 50 42.5 37.5 30 V ave [m/s] 10 8.5 7.5 6 A I 15 [-] 0.18 0.18 0.18 0.18 a [-] 2 2 2 2 B I 15 [-] 0.16 0.16 0.16 0.16 a [-] 3 3 3 3 由设计 者规定 各参数 注： V ref ：轮毂处参考风速 V ave ：轮毂处平均风速 I 15：风速15m/s时的湍流强度 a: 斜度参数 风力发电机组载荷计算

浅谈风力发电机专用的轴承

浅谈风力发电机专用的轴承 风力发电机常年在野外工作，工况条件比较恶劣，温度、湿度和轴承载荷变化很大，风速最高可达23m/s，有冲击载荷，因此要求轴承有良好的密封性能和润滑性能、耐冲击、长寿命和高可靠性，发电机在2-3级风时就要启动，并能跟随风向变化，所以轴承结构需要进行特殊设计以保证低摩擦、高灵敏度，大型偏航轴承要求外圈带齿，因此轴承设计、材料、制造、润滑及密封都要进行专门设计。 1. 风机轴承技术要点分析 1.1 偏航轴承总成（660PME047） 偏航轴承总成是风机及时追踪风向变化的保证。风机开始偏转时，偏航加速度ε将产生冲击力矩M=Iε（I为机舱惯量）。偏航转速Ω越高，产生的加速度ε也越大。由于I非常大，这样使本来就很大的冲击力成倍增加。另外，风机如果在运动过程中偏转，偏航齿轮上将承受相当大的陀螺力矩，容易造成偏航轴承的疲劳失效。 根据风机轴承的受力特点，偏航轴承采用“零游隙”设计的四点接触球轴承，沟道进行特别设计及加工，可以承受大的轴向载荷和力矩载荷。偏航齿轮要选择合适的材料、模数、齿面轮廓和硬度，以保证和主动齿轮之间寿命的匹配。同时，要采取有针对性的热处理措施，提高齿面强度，使轴承具有良好的耐磨性和耐冲击性。 风机暴露在野外，因此对该轴承的密封性能有着严格的要求，必须对轴承的密封形式进行优化设计，对轴承的密封性能进行模拟试验研究，保证轴承寿命和风机寿命相同。风机装在40m的高空，装拆费用昂贵，因此必须有非常高的可靠性，一般要求20年寿命，再加上该轴承结构复杂，因此在装机试验之前必须进行计算机模拟试验，以确保轴承设计参数无误。 1.2 风叶主轴轴承（24044CC） 风叶主轴由两个调心滚子轴承支承。由于风叶主轴承受的载荷非常大，而且轴很长，容易变形，因此，要求轴承必须有良好的调心性能。 确定轴承内部结构参数和保持架的结构形式，使轴承具有良好的性能和长寿命。 1.3 变速器轴承 变速器中的轴承种类很多，主要是靠变速箱中的齿轮油润滑。润滑油中金属颗粒比较多，使轴承寿命大大缩短，因此需采用特殊的热处理工艺，使滚道表面存在压应力，降低滚道对颗粒杂质的敏感程度，提高轴承寿命。同时根据轴承的工况条件，对轴承结构进行再优化设计，改进轴承加工工艺方法，进一步提高轴承的性能指标。 1.4 发电机轴承

风力发电机组气动特性分析与载荷计算

风力发电机组气动特性分析与载荷计算 目录 1前言 (2) 2风轮气动载荷 (2) 2.1 动量理论 (2) 2.1.1 不考虑风轮后尾流旋转 (2) 2.1.2 考虑风轮后尾流旋转 (3) 2.2 叶素理论 (4) 2.3 动量──叶素理论 (4) 2.4 叶片梢部损失和根部损失修正 (6) 2.5 塔影效果 (6) 2.6 偏斜气流修正 (6) 2.7 风剪切 (6) 3风轮气动载荷分析 (7) 3.1周期性气动负载................................................................................... 错误！未定义书签。 4.1载荷情况DLC1.3 (10) 4.2载荷情况DLC1.5 (10) 4.3载荷情况DLC1.6 (10) 4.4载荷情况DLC1.7 (11) 4.5载荷情况DLC1.8 (11) 4.6载荷情况DLC6.1 (11)

1 前言 风力发电机是靠风轮吸取风能的，将气流动能转为机械能，再转化为电能输送电网，风力机气动力学计算是风力机设计中的一项重要工作。特别是对于大、中型风机，其意义更为重大。风力机处于自然大气环境中，大气紊流、风剪切、风向的变化（侧偏风）和塔影效应等，这些现象使叶片受到非常复杂气动载荷的作用，对风力机的气动性能和结构疲劳寿命产生很大的影响。对一台大型风力发电机组来说，除风轮叶片产生机组的气动载荷外，机舱和支撑风轮和机舱的塔筒也产生气动载荷，这些都对机组的载荷产生影响。 2 风轮气动载荷 目前计算风力发电机的气动载荷有动量—叶素理论、CFD 等方法。动量—叶素理论是将风轮叶片沿展向分成许多微段，称这些微段为叶素，在每个叶素上的流动相互之间没有干扰，叶素可以认为是二元翼型，在这些微段上运用动量理论求出作用在每个叶素上的力和力矩，然后沿叶片展向积分，进而求得作用在整个风轮上的力和力矩，算得旋翼的拉力和功率。动量—叶素理论形式比较简单，计算量小，便于工程应用，估算机组初始设计时整机的气动性能，被广泛用于风力机的设计和性能计算，而且还用来确定风力机的动态载荷，不断地被进一步改进和完善。CFD 数值计算不需要对数学模型作近似处理，直接对流体运动进行数值模拟，从物理意义上说，数值求解N-S 方程的CFD 方法应该是最全面准确计算风力机气动特性的方法。但是，由于极大的计算工作量，数值计算的稳定性等原因，目前CFD 求解N-S 方程方法还远不能作为风力机气动设计和研究的日常工具。作为解决工程问题的工具还不太实际。为此在计算中应用动量—叶素理论方法来计算机组的气动载荷。 2.1 动量理论 动量理论是经典的风力机空气动力学理论。风轮的作用是将风的动能转换成机械能，但是它究竟能够吸收多大的风的动能就是动量理论回答的问题。下面分不考虑风轮后尾流旋转和考虑风轮后尾流旋转两种情况应用动量理论。 2.1.1 不考虑风轮后尾流旋转 首先，假设一种简单的理想情况： （1）风轮没有偏航角、倾斜角和锥度角，可简化成一个平面桨盘； （2）风轮叶片旋转时不受到摩擦阻力； （3）风轮流动模型可简化成一个单元流管； （4）风轮前未受扰动的气流静压和风轮后的气流静压相等，即p 1 = p 2； （5）作用在风轮上的推力是均匀的； （6）不考虑风轮后的尾流旋转。 将一维动量方程用于风轮流管，可得到作用在风轮上的轴向力为 ()21V V m T -= （1） 式中 m 为流过风轮的空气流量 T AV m ρ= （2） 于是 ()21V V AV T T -=ρ （3） 而作用在风轮上的轴向力又可写成 () -+-=p p A T （4） 由伯努利方程可得 ++=+p V p V T 222121ρρ （5） -+=+p V p V T 22222ρρ （6） 根据假设，p 1 = p 2，（5）式和（6）式相减可得

电主轴轴承的装配方法

电主轴轴承的装配方法 1.专业装配的工装 轴承间隙测量＆调整工具(很正规专业那种). 精密的标准平台,V型支撑,还有测量内外圆标高的仪器(全是瑞士产的), 还有一些手动工具. 动平衡测量＆试验台. 最终的跑合试验台(自带润滑系统＆动力系统的). 相关的图纸,啊啊,要求太高了 一套液压安装工具和一套感应加热工具.FAG和NSK都有商品供应. 角接触球轴承一般是成对使用的，有面对面，背对背、同向三种装配的方法，主要是看设计者的思路了，不同的装配方法做预加负载的方法也是不同的。作预加负载是使轴承的内圈与钢球、外圈之间产生一定的弹性变形，来适合你所需要的转速。预加负载的大小不但影响精度，而且影响它的使用寿命。比如背对背使用时，一般采取垫外圈或者磨内圈的方法来实现消除间隙，因为背对背使用时一般是用轴来限制轴承的位置，而外圈一般没有限制的。 2. 轴承安装，不同的人有不同的安装方法：过度配合（0.04mm以内）--开水烫或煮；过盈（0.04mm以上）---油煮等。 1、检查配合要求是否与负载和转速要求相同。 2、测量配合是否超标。 3、根据测量计算决定加热方式。保证轴承油隙。温度不宜超过300--400度。注意防风。不宜用明火加热。条件不许可非用明火时注意温度变化及温度的均匀性。 4、调整轴承的轴向间隙。外圈加垫。 5、用塞尺实测轴承油隙。对特大轴承的油隙最好在实际最大负载（偏载）下调整，要考虑现场温度对轴承的影响。 6、检查转动部份与不动部分是否干涉。 7、加油。注意污染。 8、现场运行监测。 轴承加热温度记得好像应该是小于120度吧 说得对！曾遇到过超过120C后轴承不能回复到原状,报废. 还有的轴承带润滑脂,也不能用热套. 热塑模芯杆, 为了节约材料, 准备用局部镶嵌式联接(相配直径φ30,长度30,用热套方式), 不转递扭矩: 请大家推荐过盈量是多少最合适, 热套零件会变形？二只零件热套后不再加工直接使用,行得通？ 热套工艺适合热塑模具？

风电机组控制安全系统安全运行的技术要求(正式)

编订：__________________ 单位：__________________ 时间：__________________ 风电机组控制安全系统安全运行的技术要求(正式) Standardize The Management Mechanism To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level. Word格式 / 完整 / 可编辑

文件编号：KG-AO-5841-15 风电机组控制安全系统安全运行的 技术要求(正式) 使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对管理机制、管理原则、管理方法以及管理机构进行设置固定的规范，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或活动达到预期的水平。下载后就可自由编辑。 控制与安全与系统是风力发电机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。

论不同风况对风电机组疲劳载荷的影响

论不同风况对风电机组疲劳载荷的影响 发表时间：2018-04-11T15:37:41.073Z 来源：《电力设备》2017年第32期作者：王青磊[导读] 摘要：风力发电机组总体载荷计算评估是风力机设计以及风电场风机选型中的一项重要工作，特别是对于大型MW级风机，其意义更为重大。 (国家电投集团湖北绿动新能源有限公司湖北武汉 430071) 摘要：风力发电机组总体载荷计算评估是风力机设计以及风电场风机选型中的一项重要工作，特别是对于大型MW级风机，其意义更为重大。风机载荷计算评估包括极限载荷评估和疲劳载荷评估。从计算角度分析，影响风机疲劳载荷的主要因素包括风电场的湍流强度，空气密度以及年平均风速等相关风况气象参数。本文通过总体载荷计算，对影响风机疲劳载荷的主要工况进行载荷计算以及疲劳分析，给 出规律性的结论，为以后的风机设计，风机选型等相关问题提供理论基础以及经验总结。关键词：不同风况，疲劳载荷，动量-叶素理论风电场的开发是一个资金庞大，周期较长的项目，而整个风电场的主要设备是风力发电机组。所以，我们必须对风力发电机组的安全性和可靠性做一个科学规范的计算校核。需要对特殊地形造成的特殊风况进行疲劳载荷分析和总结，做成自己的数据库，对不同风电场进行载荷评估。 一、风机总体载荷计算理论基础 1.1、风机气动载荷 目前计算风力发电机的气动载荷有动量-叶素理论、CFD等方法。动量-叶素理论是将风轮叶片沿展向分成许多微段，称这些微段为叶素，在每个叶素上的流动相互之间没有干扰，叶素可以认为是二元翼型，在这些微段上运用动量理论求出作用在每个叶素上的力和力矩，然后沿叶片展向积分，进而求得作用在整个风轮上的力和力矩，算得旋翼的升力和功率。动量-叶素理论形式比较简单，计算量小，便于工程应用，估算机组初始设计时整机的气动性能，被广泛用于风力机的设计和性能计算，而且还用来确定风力机的动态载荷，不断地被进一步改进和完善。为此在计算中应用动量-叶素理论方法来计算风机的气动载荷。 1.2、动量理论 动量理论是经典的风力机空气动力学理论。风轮的作用是将风的动能转换成机械能，分不考虑风轮后尾流旋转和考虑风轮后尾流旋转两种情况应用动量理论。 1.3、叶素理论 叶素理论的基本出发点是将风轮叶片沿展向分成许多微段，称这些微段为叶素，在每个叶素上的流动相互之间没有干扰，叶素可以认为是二元翼型，将作用在每个叶素上的力和力矩沿展向积分，求得作用在风轮上的力和力矩。 1.4、动量─叶素理论 为了计算风力机性能，必须计算风轮旋转面中的轴向诱导因子和周向诱导因子，这就需要用到动量─叶素理论。由动量理论和叶素理论通过迭代方法可以求出轴向诱导因子和周向诱导因子。 1.5、雨流技术基本计数规则 1）雨流依次从载荷时间历程的峰值位置的内侧沿着斜坡往下流；（2）雨流从某一个峰值点开始流动，当遇到比其起始峰值更大的峰值时要停止流动；（3）雨流遇到上面流下的雨流时，必须停止流动；（4）取出所有的全循环，记下每个循环的幅度；（5）将第一阶段计数后剩下的发散收敛载荷时间历程等效为一个收敛发散型的载荷时间历程，进行第二阶段的雨流计数。计数循环的总数等于两个计数阶段的计数循环之和。 二、疲劳载荷评估 风机的疲劳载荷主要是由于外部风电场的气象风况条件决定的，主要由湍流强度，风场的空气密度，以及风电场的年平均风速决定的。我们通过叶素动量理论进行工程分析以及和模拟软件相结合，对疲劳工况进行分析。我们模拟所使用的模拟软件为GH Bladed软件，主要是用于水平轴风机载荷计算以及风机性能分析。主要包括风机的初步设计，风机的详细设计以及零部件设计，风机型式认证。在风机输入参数中，有风机的气动和结构参数，传动链和电气系统，传感器系统和制动系统，控制和安全系统等；外部条件输入包括风况输入，波浪和洋流，地震，风机故障，电气和电网扰动等；风机的稳态特性，主要包括气动信息，系数性能，稳态功率曲线，稳态运行载荷以及稳态停机载荷等；动态模拟风机的特性，包括正常运行，启动，紧急停机，正常停机，空转，静止等。 GH Bladed软件的主要通过水平轴空气动力学动量理论，叶素理论，叶素-动量理论等基本理论，结合风机的气动特性，以及叶尖轮毂损失，塔影模型，动态失速，尾流等修正，迭代计算出风轮的轴向和周向的入流因子，从而计算出风机的各位置载荷。通过测试，GH Bladed软件计算结果和在风电场实际运行的数据相当吻合。选用某公司117-2000-85型的风机为研究对象,风机模型不变,控制系统不更改的情况下,分别从风电场不同的湍流强度,不同的空气密度以及不同的年平均风速的情况下,分别对风机关键截面的等效疲劳载荷进行对比分析,试图找到规律,为以后设计风机以及风机的快速选型打好良好的理论基础. 2.1不同湍流强度下疲劳载荷分析 选用某公司117-2000-85型的风机,空气密度为标准的空气密度1.225kg/m3，年平均风为6.5m/s，湍流强度选取位0.1，0.14，，0.18的情况进行载荷计算以及雨流技术统计，选取叶根处载荷（m=10）以及塔筒底部载荷(m=4)进行比较。计算结果详见下图表：表2.1 叶根不同湍流强度的疲劳载荷以及对比

圆锥滚子轴承在风电主轴支撑结构中的应用与分析

圆锥滚子轴承在风电主轴支撑结构中的应用与分析 现代制造2012年4月16日 随着风力发电机功率的不断提高，以往在主轴支撑结构中使用较多的调心滚子轴承正在逐渐地被圆锥滚子轴承方案所取代。常见的圆锥滚子轴承方案有三种，分别是双列圆锥滚子轴承加圆柱滚子轴承的方案，两个单列圆锥滚子轴承配合使用的方案以及一个超大圆锥滚子轴承的方案。这三种方案具有一定的共性，但又各自具有不同的特点，因此适用于不同的主轴设计思路。本文通过比较的方法阐述了这三种圆锥滚子轴承方案的特点以及在轴承选型分析时需要注意的关键点。 陆建国铁姆肯公司高级应用工程师 双列圆锥滚子轴承+圆柱滚子轴承方案 1. 布置结构 这种方案被广泛地应用于兆瓦级风机的主轴支撑结构中，常见的布置形式有两种：一是圆锥滚子轴承布置于上风向位置，圆柱滚子轴承布置于下风向位置；二是圆锥滚子轴承布置于下风向位置，圆柱滚子轴承布置于上风向位置。无论哪一种布置形式，一般圆锥滚子轴承都作为固定端支撑而承受轴向力，而圆柱滚子轴承则作为浮动端而吸收轴向热膨胀。圆锥滚子轴承被布置于上风向时，由于其不仅要承受很大的径向力还要承受轴向力，所以轴承所需的承载能力要远远大于下风向的圆柱滚子轴承。因此轴承的成本相对会比较高，但是圆锥滚子轴承可以采用预紧也即负游隙从而使得轮毂端的刚性得到提高。 2. 游隙及锥角的选择 这种方案比较常见的组合是NU/NNU型圆柱滚子轴承加上双内圈型圆锥滚子轴承，有时也会采用NJ型圆柱滚子轴承。双列圆锥滚子轴承两排滚子间的载荷分配一般都不是均匀的，承受外部轴向

力的一列受力要大很多，相应地疲劳寿命也会小很多，适当减小游隙可以在一定程度上避免这种情况的发生。图一和图二是某1.5MW风机同一工况下不同游隙所形成的承载区比较。 图一同一工况下-0.2mm 安装游隙时两列轴承的承载区

风力发电机组齿轮箱故障诊断

设备管理与维修 2019№4（下） 风力发电机组齿轮箱故障诊断 邓自波 （国家电投宁夏能源铝业中卫新能源有限公司， 宁夏中卫755000） 摘 要：随着运行时间的增加，风力发电机组的齿轮箱故障问题日益突出，分析风力发电机组的发电原理，列举风力发电机组齿轮箱 的典型故障，提出风力发电机组齿轮箱故障防控举措。关键词：风力发电机组；齿轮箱；故障诊断中图分类号：TK83文献标识码：B DOI ：10.16621/https://www.sodocs.net/doc/da7390266.html,ki.issn1001-0599.2019.04D.99 0引言 风力发电机安装地点一般都安排在风力较大的地方，如海边、山顶及无障碍物的沙漠等，工作环境比较恶劣。风力发电机组的齿轮箱结构复杂精密，在不同工况中的振动情况也比较复 杂，相比较于其他部件，容易出现故障 （齿轮箱故障占风机故障的1/5）。由于风机的地理位置比较偏，齿轮箱高度较高，一旦齿轮箱出现故障，很难进行及时修复。1风力发电机组齿轮箱结构 （1）风力发电机组齿轮箱结构。主要包括齿轮箱箱体、 齿轮传动部件、轴承及配套的润滑系统。传动部件包含行星架、 输入轴、太阳轮、行星轮、内齿圈、中间轴和输出轴。根据动力传动方式的不同，齿轮箱的结构可分为定轴齿轮传动、 行星齿轮传动，以及两者的组合传动形式3大类。其中齿轮箱的箱体为齿圈轴 提供支撑，把叶轮的转动力传递给输出轴，承受着内部和外部多个载荷；齿轮箱内部包含3行星轮和两级定轴齿轮传动。一 级行星齿轮传动加二级定齿轮传动齿轮箱结构， 如图1。（2）风力发电机齿轮箱工作机理。叶轮在风的作用下转动， 其轮毂转动带动齿轮箱的输入轴， 进而带动行星架转动。行星与轮箱体上的内齿圈以及太阳轮啮合， 在实现自转的同时又能实现公转，完成第一轮增速；然后太阳轮带动同轴大齿轮和中 间轴上的小齿轮啮合转动，进而完成第二级增速；中间轴和输出轴的 齿轮啮合转动形成第三级增速。通过三级增速，能以100的传动比带动 发电机发电。 2齿轮箱的典型故障类型 （1）齿面磨损故障。风力发电机组齿轮箱的齿轮多在渐开线 的工作面，以及齿轮啮合处发生磨损，主要表现为4类：①正常磨损，相互接触的金属表面以自然的速率进行损耗而导致的磨损，一般不影响齿轮的正常运行， 除非已到预定的使用年限外；②重负荷破坏，金属长期工作在恶劣的环境中时，承受较大的负 荷而导致的中度磨损，这种磨损会影响齿轮的正常寿命；③齿面破损，进而引起齿轮的不平稳性；④外物侵蚀破坏， 一些细小的颗粒会混入到齿轮的啮合中， 而导致齿轮破坏。（2）胶合磨损故障。齿轮面与面之间有边界膜，以保护齿轮表面。齿轮在重载荷或高速条件下工作时，由于润滑不良或出现5结束语 基于设备状态劣化趋势分析， 依据振动趋势倾向性判定传动设备吐丝机存在异常。根据轴承故障诊断的原理，通过频谱 细化分析吐丝机轴承特征故障频率， 确定吐丝机故障特征频率由轴承外圈引起，有计划安排检修避免了设备事故的发生。通 过实际案例，提高对机械传动设备轴承失效发展趋势的认识， 为设备预知维修和挖掘设备潜能奠定了很好的基础。 参考文献 ［1］张健.机械故障诊断技术［M ］.北京：机械工业出版社，2014.［2］陈思龙，黄颂光， 乔永钦.在线振动监测系统在减定径机组故障诊断中的应用分析［J ］.机械传动，2014（11）：158-159. ［3］盛兆顺，尹琦岭.设备状态检测与故障诊断技术及应用［M ］.北京： 化学工业出版社，2003. 〔编辑李波 〕 图1齿轮箱结构 图311月27日细化 谱