1.5MW风力发电机组安全转子锁

1.5MW风力发电机组安全转子锁【摘要】本文以1.5MW级风力发电机组安全转子锁为介绍对象，先介绍了安全转子锁工作时需要满足的条件，进一步介绍了安全转子锁的结构原理及计算校核，此转子锁在1.5MW风力发电机组上得到了批量的应用，消产生了较大了安全经济效益。【关键词】安全转子锁；结构原理；计算校核环境恶化、资源短缺成为人类生存和发展的挑战，为了应对这种挑战包括风能在内的可再生、清洁能源得到了大力发展。尤其是风力发电发展迅猛，我国风能资源非常丰富，居世界第三位。从2001年起我国就把风能作为主要的新能源形式，列入重点发展领域。自2001年以来，风电装机增长率持续超过48%，出现前所未有的快速发展。到2009年底，全国风电建设总容量为2268万千瓦，已并网运行容量为1767万千瓦，总吊装容量达到2412万千瓦。我国2010年风力发电新增装机超过2000万千瓦，截至2010年底，累计装机容量超过4500万千瓦，首次超过美国，跃居世界第一。目前国内1.5MW双馈风力发电机组技术发展成熟，是国内装机的主力机型。随着装机量的快速增长，风电发电机组在运行中也发生了一些安全事故，如：轮毂飞车、叶片断裂掉落、机舱失火、塔架倒塌等。另外风力发电机组在长期的运行过程中不可避免的会发生一些故障，而很多故障往往需要风力发电机组停机才能进行维修处理。另外风力发电机组在日常的维护作业有时也是需要停机作业的，尤其是进入轮毂的相关的维修维护作业。为了消除风电机组维修维护人员在作业时一旦误操作或由于其它意外的原因而使风力发电机组的风轮系统发生突然的意外转动可能造成某些设备或人员的安全事故隐患，我们在1.5MW双馈风力发电机组的设计之初就设计了一种1.5MW双馈风力发电机组安全转子锁。下面从以下几个方面简单介绍一下1.5MW双馈风力发电机组安全转子锁。1、安全转子锁工作时需要满足的条件风力发电机组在维修维护时，风轮系统必须安全可靠的锁紧，不允许发生突然的意外转动。传动系统与主控系统之间要有可靠的通信，当风轮系统锁紧时主控系统不能启动风机。基于上述的背景和现实需要，我们采用冗余设计的理念，具体是采用机械锁紧和电器信号反馈相结合的“双保险”方式设计了一种1.5MW风力发电机组安全转子锁，其具体结构和原理如下所述。2、安全转子锁的结构和原理2.1安全转子锁的结构本文所述安全转子锁由图一中标号1锁紧盘、2压注油杯、3、轴承座、4、内螺纹圆柱销、5、接近传感器、6、挡板、7、推杆、8、进给螺母、9、转子锁销轴等主要零部件组成。2.2安全转子锁的原理本文所述安全转子锁的锁紧与松开是利用螺旋传动的原理来实现的，下面结合图1来具体说明：当顺时针方向旋转件7推杆时，由于件7推杆的轴向直线运动被件6挡板所限制，此时件9转子锁销轴便会相对件7推杆逆时针方向转动，当件7转子锁销轴旋转到件4内螺纹圆柱销左边的限定位置时，件7转子锁销轴便完全退出件1锁紧盘的对应孔中，从而实现制动盘的松开。此时件5接近传感器发出的电信号被件8进给螺母的表面返回，通过件5接近传感器与主控系统之间的通信，主控系统检测到件5接近传感器的反馈信号才能正常启动风力发电机组。当逆时针方向旋转件7推杆时，由于件7推杆的轴向直线运动被件6挡板限制，此时件9转子锁销轴便会相对件7推杆顺时针方向转动，当件7转子锁销轴旋转到件4内螺纹圆柱销右边的限定位置时，件7转子锁销轴便会伸入到件1锁紧盘的对应孔中，从而实现制动盘的锁紧。此时件5接近传感器发出的电信号由于超过其自身的检测距离而不能被返回，主控系统从而不能检测到件5接近传感器的反馈信号而无法启动风力发电机组。通过以上原理所述的具体过程来实现安全转子锁的安全可靠锁紧与松开。3、安全转子锁的尺寸校核计算安全转子锁的尺寸校核计算主要涉及转子锁销轴径向尺寸的计算校核，转子锁在工作中转子锁销轴主要受到轮毂的旋转载荷和弯曲载荷的合成作用。下面具体说明转子锁销轴径向尺寸的计算校核过程。3.1已知条件轮毂固定坐标系下的最大旋转载荷MX=1170KNm；（根据Blade软件进行空气动力学模拟得到的最大工况载荷）锁紧盘中心直径1800mm；转子锁销轴直径D2=120mm；转子锁数量2；制动盘与轴承座距离l=15mm；转子锁销轴的材料42CrMo，其材质特性为：抗拉强度极限σb=900N/mm2，屈服极限σ0.2=690N/mm2。3.2计算校核过程3.2.1剪切应力分析转子锁受到制动盘的剪力：转子锁销轴截面积：转子锁销轴受到的剪应力：3.2.2弯曲应力分析转子锁销轴受到弯矩：转子锁销轴抗弯截面系数：转子锁销轴受到弯曲应力：3.3.3合成应力因为转子锁销轴采用的是42CrMo合金钢材料，所以采用第四强度理论（畸变能密度准则）来计算转子锁销轴在剪切和弯曲共同作用条件下的合成应力。合成应力：3.3.4转子锁销轴安全系数转子锁销轴的安全系数S=屈服极限/合成应力=690/115=61.1所以转子锁销轴径向尺寸可以满足强度要求。4、结束语本文简单介绍了一种用于1.5MW双馈风力发电机组的安全转子锁，具体从安全转子锁需要满足的条件、安全转子锁的结构、安全转子锁的原理、安全转子锁的尺寸校核计算等方面进行了阐述。该安全转子锁主要解决了风力发电机组在维修维护作业时风轮可能突然的意外转动或由于维修维护人员在作业时可能的误操作而造成的设备和人身的安全事故。该安全转子锁结构简单、设计巧妙采用了机械与电气相结合的方式来实现安全转子锁的安全、可靠锁紧，成本低，在1.5MW双馈风电发电机组上得到了批量的应用，产生了较大的安全经济效益。参考文献[1]廖明夫.风力发电技术法.西安：西北工业大学出版社[M].2009，3[2]范钦珊，殷雅俊.材料力学.北京：清华大学出版社[M].2004，9周长纯（1984年8月）男，汉族，大学本科，助理工程师，从事电机电气传动技术工作。