12月21-22日，由中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)風(fēng)能專業(yè)委員會(huì)舉辦的第二屆風(fēng)電設(shè)備質(zhì)量與可靠性論壇在北京裕龍國(guó)際酒店隆重召開(kāi)。會(huì)議從全球風(fēng)電發(fā)展歷程、設(shè)備全生命周期以及機(jī)組和風(fēng)電場(chǎng)的全系統(tǒng)三個(gè)維度全面梳理和解析可靠性問(wèn)題，并就最突出的矛盾和共性的系統(tǒng)問(wèn)題探索解決方案。
明陽(yáng)智慧能源集團(tuán)股份公司機(jī)械室主任劉衛(wèi)主題演講《智能化設(shè)計(jì)提高機(jī)組的可靠性》
以下為發(fā)言實(shí)錄：
尊敬的行業(yè)內(nèi)外專家下午好，我是劉衛(wèi)，來(lái)自于明陽(yáng)智慧能源集團(tuán)，說(shuō)一下我的感覺(jué)，我進(jìn)入風(fēng)電行業(yè)大約十年的時(shí)間，見(jiàn)證了行業(yè)的發(fā)展，也見(jiàn)證了機(jī)組可靠性提高的過(guò)程，我認(rèn)為機(jī)組的可靠性提高和設(shè)計(jì)是分不開(kāi)的，或者說(shuō)與研發(fā)能力分不開(kāi)。行業(yè)發(fā)展初期從許可證式生產(chǎn)、從聯(lián)合研發(fā)一直到現(xiàn)在的獨(dú)立研發(fā)，甚至到目前我們?cè)谝恍┓矫嫜邪l(fā)的深度可能超過(guò)了國(guó)外，就像前面某一個(gè)嘉賓說(shuō)的，因?yàn)橹袊?guó)有與國(guó)外不一樣的環(huán)境，甚至有跟國(guó)外不一樣的市場(chǎng)，這些逼迫著我們?cè)谠O(shè)計(jì)研發(fā)上投入更多，不得不進(jìn)行突破式的創(chuàng)新，來(lái)提高我們的可靠性。從而讓我們的可靠性到現(xiàn)在為止有一個(gè)很大的提升。
前面多位專家都提到錢學(xué)森老先生說(shuō)到三點(diǎn)，即從設(shè)計(jì)方面，從制造方面，還有從管理方面來(lái)提高我們的可靠性，我對(duì)此非常認(rèn)同。相應(yīng)的，我此次分享的內(nèi)容是從設(shè)計(jì)，或者更細(xì)一點(diǎn)從智能化的設(shè)計(jì)角度來(lái)闡述一下如何提高機(jī)組的可靠性。我的報(bào)告分為九個(gè)點(diǎn)，九個(gè)點(diǎn)當(dāng)中其實(shí)是明陽(yáng)的、甚至是行業(yè)內(nèi)的一些具體的智慧的設(shè)計(jì)點(diǎn)，希望能拋磚引玉，和大家一起分享，一起激發(fā)一些啟發(fā)。
第一是明陽(yáng)智慧能源MySE機(jī)組追求可靠性的設(shè)計(jì)理念，第二是一體化智能設(shè)計(jì)方法提高機(jī)組的可靠性，第三是智能化的設(shè)計(jì)如何提高葉片的可靠性，接著是智能化的設(shè)計(jì)如何提高傳統(tǒng)系統(tǒng)的可靠性，再下面是電氣系統(tǒng)，然后是液壓及潤(rùn)滑系統(tǒng)，還有偏航系統(tǒng)，最后是智能化的監(jiān)測(cè)與控制。即從這些方面討論如何提高機(jī)組的可靠性，最后是一個(gè)結(jié)論和展望。
先說(shuō)第一個(gè)，從這個(gè)圖上是我們經(jīng)常看到的飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)，它代表可靠，必須可靠，明陽(yáng)的設(shè)計(jì)理念也是這個(gè)，從很多方面保證嚴(yán)苛的可靠性。明陽(yáng)的機(jī)組設(shè)計(jì)也是像飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，要追求高可靠性，就像右邊這張圖，MySE海上大風(fēng)機(jī)，它的外形設(shè)計(jì)也是像航空發(fā)動(dòng)機(jī)一樣。
我們認(rèn)為產(chǎn)品的出生決定一生，技術(shù)的突破永無(wú)止境，用智能化設(shè)計(jì)，用高端的制造，再加上更科學(xué)的管理，也是從三個(gè)維度來(lái)保證機(jī)組的可靠性。那么下面具體說(shuō)一個(gè)一個(gè)闡述，第一個(gè)就是一體化智能設(shè)計(jì)方法提高機(jī)組可靠性，明陽(yáng)現(xiàn)在整個(gè)研發(fā)的流程，研發(fā)的過(guò)程堅(jiān)持一體化的設(shè)計(jì)，我們有自己的研發(fā)設(shè)計(jì)平臺(tái)，這個(gè)平臺(tái)集成了葉片設(shè)計(jì)，有限元計(jì)算，全部零部件的計(jì)算、子系統(tǒng)的計(jì)算等，并且能夠自我進(jìn)行迭代優(yōu)化。可靠性很重要的指標(biāo)就是MTBF進(jìn)行優(yōu)化，使機(jī)組的可靠性更優(yōu)，我們保證的是每個(gè)指標(biāo)都能達(dá)到最協(xié)調(diào)的狀態(tài)。
第二個(gè)方面就是部件的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，采用自適應(yīng)智能的控制策略，在特定風(fēng)資源的特性下，基于GA（遺傳）算法能夠完成自動(dòng)提供最優(yōu)塔架基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案，當(dāng)然其他部件也是一樣的。
第三點(diǎn)就是如何提高葉片的可靠性，葉片的自適應(yīng)性變形降載技術(shù)，目前考慮風(fēng)向變化的時(shí)候，在設(shè)計(jì)中考慮內(nèi)部結(jié)構(gòu)剛度的分布，葉片能自適應(yīng)或者更智能發(fā)生形變，比如智能控制葉片質(zhì)心與剪切中心的位置關(guān)系，使葉片載荷能降到最低，避免載荷增長(zhǎng)過(guò)大，提高機(jī)組的可靠性。
傳動(dòng)系統(tǒng)，明陽(yáng)有自己的專業(yè)的齒輪箱研發(fā)團(tuán)隊(duì)，我們齒輪箱都是我們自己研發(fā)的，這里面也有好多點(diǎn)，舉出三個(gè)點(diǎn)吧，第一個(gè)是自適應(yīng)的柔性行星銷軸設(shè)計(jì)，這個(gè)圖是變截面柔性行星銷軸的示意圖，目前我們能做到在5個(gè)行星輪甚至6個(gè)行星輪的高功率密度下，顯著提高行星傳動(dòng)的均承系數(shù)，能達(dá)到1.04-1.05之間，甚至以下。第二個(gè)就是齒輪箱的雙齒浮動(dòng)太陽(yáng)輪，能有效改善加工誤差導(dǎo)致的偏載問(wèn)題，我們與傳統(tǒng)的進(jìn)行過(guò)比較，大概能提高的系數(shù)大概是6%到8%。
再一個(gè)就是主軸軸承，主軸軸承采用智能的潤(rùn)滑系統(tǒng)技術(shù)，主軸軸承和齒輪箱共用一套集中系統(tǒng)，清潔度是非常高的，能達(dá)到3μ的精度，也就是軸承是運(yùn)行在非常好的環(huán)境中的，有很大的優(yōu)勢(shì)。
也就是機(jī)組的功率、轉(zhuǎn)速、軸承溫度等參數(shù)，智能調(diào)節(jié)軸承入口油溫，流量，使軸承始終運(yùn)行在最優(yōu)的狀態(tài)。在這上面能提高軸承壽命10%以上，明陽(yáng)現(xiàn)在為止沒(méi)有一臺(tái)機(jī)組的主軸軸承出現(xiàn)過(guò)問(wèn)題，盡管行業(yè)內(nèi)好多廠商主軸出現(xiàn)了一些問(wèn)題，但是我們沒(méi)有一例，甚至連振動(dòng)、溫度超標(biāo)的情況也沒(méi)有發(fā)生過(guò)，這是非常不錯(cuò)的。下面是電氣系統(tǒng)的可靠性，發(fā)電機(jī)的冷卻系統(tǒng)有一個(gè)高效運(yùn)行的智能設(shè)計(jì)，用變頻控制策略，依據(jù)發(fā)電機(jī)運(yùn)載情況，包括負(fù)載，包括轉(zhuǎn)速等等，來(lái)使發(fā)電機(jī)的功率有一個(gè)智能化的調(diào)整，來(lái)提高機(jī)組的效率，延長(zhǎng)冷卻系統(tǒng)使用壽命50%。第二個(gè)就是發(fā)電機(jī)絕緣電阻智能的監(jiān)測(cè)，絕緣電阻發(fā)生問(wèn)題，會(huì)有很大的風(fēng)險(xiǎn)，我們系統(tǒng)會(huì)時(shí)刻監(jiān)視發(fā)電機(jī)的絕緣電阻的狀況，并且會(huì)采取一定的措施，來(lái)保證機(jī)組可靠運(yùn)行。還有變槳系統(tǒng)，我們有相應(yīng)的加速度傳感器來(lái)測(cè)驗(yàn)或者來(lái)從另外一個(gè)獨(dú)立的角度時(shí)刻監(jiān)視著輪轂轉(zhuǎn)動(dòng)速度，以避免超速，以便使機(jī)組更可靠的運(yùn)行。
液壓及潤(rùn)滑系統(tǒng)，我們?cè)谶@方面擁有獨(dú)立研發(fā)的團(tuán)隊(duì)，第一個(gè)是液壓系統(tǒng)的沖擊有一個(gè)智能的控制技術(shù)，采用油泵啟停功率智能控制技術(shù)，有效降低液壓系統(tǒng)內(nèi)部尖峰載荷，傳統(tǒng)的控制方式大概8%左右的峰值，我們的液壓系統(tǒng)是0%，這些能有效的提高可靠性。第二個(gè)是潤(rùn)滑系統(tǒng)泄露智能檢測(cè)技術(shù)，來(lái)提高機(jī)組的可靠性。
偏航系統(tǒng)，第一個(gè)是偏航驅(qū)動(dòng)對(duì)扭防齒側(cè)撞擊設(shè)計(jì)，目前機(jī)組的風(fēng)輪越來(lái)越大，機(jī)艙載荷Mz會(huì)越來(lái)越高，但是偏航系統(tǒng)是不可避免的會(huì)有齒側(cè)間隙，那么當(dāng)外界有一個(gè)很大的載荷沖擊的時(shí)候，可能會(huì)瞬間把沖擊載荷加到齒輪上去，非常容易失效。我們的智能設(shè)計(jì)是如上圖所示，有四個(gè)驅(qū)動(dòng)，這兩個(gè)驅(qū)動(dòng)偏航停止后向左邊或者逆時(shí)針?lè)较騺?lái)運(yùn)行，這兩個(gè)驅(qū)動(dòng)向右邊或者順時(shí)針?lè)较颍o緊的把機(jī)艙抱緊，這種情況有效的避免了齒輪的撞擊，而且還配合智能緩沖的控制，安全系數(shù)能提高20%左右。
第二個(gè)就是偏航制動(dòng)器壓力智能調(diào)節(jié)技術(shù)，以前傳統(tǒng)的機(jī)組壓力分為兩個(gè)壓力，一個(gè)是偏航狀態(tài)制動(dòng)器壓力，一個(gè)是非偏航狀態(tài)的壓力，通過(guò)對(duì)風(fēng)速或者偏航速度等相關(guān)參數(shù)的分析，智能的調(diào)節(jié)偏航制動(dòng)器壓力，提高偏航過(guò)程中的系數(shù)安全系數(shù)15%，機(jī)艙載荷不大的時(shí)候，沒(méi)有必要加很大的壓力，但是當(dāng)我們外界載荷比較大的時(shí)候，智能調(diào)節(jié)偏航壓力的增大，會(huì)有效防止機(jī)艙擺動(dòng)的幅度或者頻度。第三點(diǎn)就是偏航驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)智能降載設(shè)計(jì)，也就是當(dāng)我們外接的載荷突然來(lái)臨的時(shí)候，機(jī)組會(huì)根據(jù)偏航電機(jī)轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩趨勢(shì)，智能調(diào)節(jié)電機(jī)力矩，在極限載荷來(lái)臨時(shí)啟動(dòng)智能降載邏輯，提高機(jī)組可靠性。第四個(gè)是偏航速度智能調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)，最大限度對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向的情況下，降低機(jī)組的陀螺力矩的效應(yīng)，提高機(jī)組可靠性，提升發(fā)電量1%。
智能化監(jiān)測(cè)與控制提高機(jī)組可靠性，第一點(diǎn)是智能狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)把狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和CMS主控系統(tǒng)集成，能夠?qū)崟r(shí)的來(lái)判斷機(jī)組健康水平，目前行業(yè)內(nèi)大多數(shù)情況下還是一個(gè)離線的或者事后的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，當(dāng)某些故障發(fā)生之后，可能機(jī)組是不知道有故障。第二個(gè)就是實(shí)時(shí)的故障預(yù)警，通過(guò)策略能在線學(xué)習(xí)，并且進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化，這方面也提高了機(jī)組的可靠性。第二個(gè)方面就是智能場(chǎng)級(jí)控制系統(tǒng)，考慮風(fēng)場(chǎng)的尾流因素，在提高發(fā)電量的同時(shí)，也兼顧了載荷壽命可靠性的設(shè)計(jì)。第三個(gè)基于壽命的智能運(yùn)維設(shè)計(jì)，如右圖，這個(gè)圖是在服務(wù)器中映射一個(gè)虛擬的機(jī)組和風(fēng)場(chǎng)運(yùn)行狀況保持一致，達(dá)到非常匹配，我們就能延伸出這個(gè)機(jī)組某些關(guān)鍵的位置載荷，及傳感器沒(méi)有探測(cè)到的載荷，能在虛擬的機(jī)組體現(xiàn)出來(lái)，我們會(huì)進(jìn)行干預(yù)，能夠大幅提高機(jī)組的可靠性。
上面就是一些舉例了，其實(shí)這些舉例只是其中的一些方面，就像這個(gè)圖上一樣，我們期待更智能的，就像人的大腦，我們還是堅(jiān)信智能化設(shè)計(jì)能夠有效提高機(jī)組的可靠性，我們想在這上面我們把道路不妨走的更遠(yuǎn)一些，我們的風(fēng)電技術(shù)可以像人一樣感知周圍的一切，像人一樣會(huì)思考，像人一樣會(huì)對(duì)周圍的環(huán)境作出判斷，采取一定的措施，能夠自我保護(hù)。比如我們感到熱的時(shí)候要減去一些衣服，當(dāng)冷的時(shí)候要加一些衣服，當(dāng)身體有問(wèn)題的時(shí)候感到不適，這就是智能化的思路，智能化設(shè)計(jì)是提高可靠性的有效之路。
最后，非常感謝主辦方邀請(qǐng)我來(lái)參加這次論壇，謝謝大家。
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