分析风力发电电动叶轮锁

分析风力发电电动叶轮锁

李佳培

大唐河南清洁能源有限责任公司 450000

摘要：目前，我国的风力发电工程建设越来越多，风力发电机电动叶轮锁作为风力发电系统的关键组件，具有显著的优势。它增强了系统的安全性，防止意外伤害风险；提供便利的维护操作，通过远程控制实现锁定和解锁；提升了系统的运行稳定性，减少负荷和振动；延长了设备的使用寿命，降低维修成本；增加了系统的可靠性，自动化控制确保精确和一致性。本文就风力发电电动叶轮锁的应用进行研究，以供参考。

关键词：风力发电机；电动叶轮锁

引言

风力发电机叶轮锁是风力发电机制动系统的一部分，在叶轮组装及后期对叶轮中的各种装置进行维修保养时起着重要的作用。现在我国制造的叶轮锁分为手动式和电液式。手动式操作烦琐，安全性低。电液式占用空间大，维护困难。离心式风机具有以下优点:抽风量大、工作效率极高、运行平稳、低噪声、维护方便和拆卸，主要应用于含有颗粒的气－固两相流介质中，其中颗粒与风机叶片表面发生不断碰撞、磨损和半冲蚀，导致叶片的损耗和失效。

1离心风机的结构

离心风机的组成一般由电机、叶轮、风机机壳、转动轴、轴承、轴承箱等多个组件构成。风机的机壳可以根据不同物料、工作环境采用不同材质的钢板制成，既牢固且安全可靠。同时，也可以采用半开式和整体式两种形式，其中半开式形式的优点是维修工作方便。叶轮则由弯曲圆盘、扁平后圆盘和风机的叶轮组成。转子在安装前需要做动平衡和静平衡，以确保旋转平稳。传动部分由轴承箱、轴承、轴和联轴器组成。

2风力发电机电动叶轮锁机械结构设计

2.1锁定装置设计

锁定装置是风力发电机电动叶轮锁的重要组成部分，用于固定叶轮以防止其旋转。锁定装置的结构应具有足够的强度和刚度，能够抵抗叶轮旋转过程中所产生的力矩和振动。常见的结构设计包括将锁定杆插入叶轮内部的锁定槽中，使其与叶轮接触，形成稳固的锁定状态。锁定杆是锁定装置的关键部分，应具备足够的强度和耐磨性。通常采用高强度合金钢材料制造，经过适当的热处理和表面处理，以提高其抗拉强度和硬度。锁定杆的形状和尺寸需要与叶轮的锁定槽相匹配，以确保稳定的锁定效果。锁定槽是叶轮上切割的用于固定锁定杆的凹槽。锁定槽的形状和尺寸应与锁定杆相匹配，并能够完全容纳锁定杆，以实现牢固的锁定效果。为了提高锁定装置的可靠性和使用寿命，锁定槽的表面通常经过光洁度处理和防腐蚀处理。锁定装置的设计应尽量简化操作流程，提高操作便利性。可以考虑采用电动执行机构驱动锁定装置的锁定和解锁操作，以减轻操作人员的负担，同时确保操作的准确性和一致性。

2.2电气控制设计分析

电气部分由按钮开关、12V小型直流电机和驱动机构中限位开关组成。在锁销处于开锁状态下，前进按钮（SB1）按下后，电机正向运转，锁销前进。当到达驱动机构中的限位开关时，锁销完成上锁状态，电机主电路切断，电机停止。锁定状态下，后退按钮按下后，电机反向运转，锁销后退。当到达驱动机构中的限位开关时，锁销完成开锁状态，电机主电路切断，电机停止。推杆的行程即为锁销两状态下的位置距离。

2.3调整过程控制参数

改造洗涤塔的补水设施，使其能够实现液位联锁和自动补水功能，当液位低于60%时，系统会自动启动补水机制，直到液位达到90%时停止补水。

2.4电动执行机构设计

根据锁定装置的工作要求，选择适合的电动机。常用的电动机类型包括直流电机和交流电机，选择时需要考虑电源供应情况、功率需求、转速范围和反转要求等因素。电动执行机构通常需要通过减速机来降低电机的转速并增加扭矩输出。根据实际需要选择合适的减速机类型，如齿轮减速机、行星减速机或蜗轮蜗杆减速机，并进行合理的尺寸选取和传动比计算。传动装置将电动机和减速机的转动运动转化为线性运动，传递至锁定装置。常用的传动装置包括螺杆传动机构或链条传动机构。电动执行机构的控制可通过按钮、开关或ＰＬＣ控制。需要设计适当的电路和控制逻辑，以实现锁定和解锁的准确控制。可以考虑使用限位开关、编码器等传感器，监测执行机构的位置和状态，并与控制系统进行联动。为保证电动执行机构的正常工作，需要设计合适的电源供应系统。根据电动机类型选取相应的电源和驱动器，确保稳定的电压和电流输出，并考虑过载保护和电源滤波等电路设计。

2.5实验分析

将离心叶轮装载到发动机中，开展叶轮试车试验。经过40h的试车试验后，发现离心叶轮主叶片出现裂纹。裂纹由排气边主叶片叶根处起源，几乎穿透叶片厚度。疲劳条带形貌和人为打断区形貌有很大差别。再选取开裂叶片和完好叶片进行组织检查，开裂叶片与完好叶片组织均匀，未见明显差。裂纹由叶根横向发展一段距离后转向叶高方向发展，横向断口上裂纹扩展充分，扩展区可见细密的疲劳条带，因此离心叶轮开裂叶片的裂纹性质为高周疲劳，叶片这类高周疲劳模式往往与振动有关。

2.6现场对风扇的监控和分析

1)叶轮表面结垢物主要是由进风机携带的粉尘沉积形成的。2)进风机的气体含尘量较高，没有经过有效的除尘处理。3)清洗设备的故障常常是由于缺水而导致的，使得清洗效果不完全。4)冲洗塔液位不足，导致清洗设备故障。本章的分析也说明裂纹是由高周振动产生的。裂纹试验结果证明：使用离心叶轮共振频下的振动应力预测其共振疲劳危险点位置是合理的。

2.7改进洗涤系统

对风机进口洗涤设施进行改善，替换环状管道和喷头，以确保洗涤的有效性和彻底性。

2.8传动系统设计

根据需求选择合适的传动机构类型，常见的包括螺杆传动机构和链条传动机构。螺杆传动机构通过螺杆的旋转将转动力转化为线性运动，而链条传动机构通过链条的拉动实现类似的转换。根据受力分析和效率要求，选择最适合的传动机构类型。如果选择螺杆传动机构，需考虑螺杆的螺距、导程和螺杆副的材料与加工精度。螺杆传动需要保证足够的传动力和传动精度。同时，需考虑润滑和密封装置，以降低摩擦和磨损。如果选择链条传动机构，需选择合适的链条类型和规格。链条传动需要保证链条的强度和刚度，同时需要进行润滑和张紧装置的设计，以减小链条的摩擦、磨损和松弛。根据实际转速和线性运动需求，计算传动比例和传动参数，以确保传动系统的合理匹配和稳定运行。在设计传动系统时，需要考虑安装和调试的便利性，并确保传动系统的正确安装和调整。同时，需要做好润滑和维护方案，以保证传动系统的长时间可靠运行。

结语

风力发电机电动叶轮锁能实现电气化操作和锁销的精准锁定，解决了目前手动叶轮锁费时费力、安全性低的问题。通过增强安全性、提升维护便利性、改善运行稳定性和延长设备寿命等方面的优势。随着风力发电技术的不断发展，电动叶轮锁的自动化控制和远程操作将进一步提升系统的可靠性和效率。未来，随着对可再生能源的需求增加以及对风力发电系统的持续改进，电动叶轮锁将扮演着重要角色，推动风力发电技术的进一步发展。通过持续的研究和创新，我们可以期待风力发电机电动叶轮锁在解决能源问题和保护环境方面发挥更大的作用，为我们创造一个更可持续、清洁的未来。

参考文献

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