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2022-10-31 來(lái)源:中國(guó)能源報(bào) 瀏覽數(shù):389

單機(jī)容量十幾兆瓦,單支葉片百米長(zhǎng),風(fēng)機(jī)大型化趨勢(shì)下,一個(gè)又一個(gè)大型風(fēng)機(jī)的誕生讓人驚嘆,但同時(shí)也不禁讓人產(chǎn)生一個(gè)疑問(wèn)——如何讓這些巨無(wú)霸更可靠? 金風(fēng)科技風(fēng)電產(chǎn)業(yè)集團(tuán)首席技術(shù)官、總工程師劉河帶來(lái)了答案。

  單機(jī)容量十幾兆瓦,單支葉片百米長(zhǎng),風(fēng)機(jī)大型化趨勢(shì)下,一個(gè)又一個(gè)大型風(fēng)機(jī)的誕生讓人驚嘆,但同時(shí)也不禁讓人產(chǎn)生一個(gè)疑問(wèn)——如何讓這些巨無(wú)霸更可靠? 金風(fēng)科技風(fēng)電產(chǎn)業(yè)集團(tuán)首席技術(shù)官、總工程師劉河帶來(lái)了答案。
  
  “每個(gè)人都知道,要想了解設(shè)備是否穩(wěn)定可靠,測(cè)試是最有效的驗(yàn)證手段。區(qū)別在于,我們是把機(jī)組放在實(shí)際環(huán)境下,花費(fèi)幾年甚至更長(zhǎng)時(shí)間才能獲得所需的各種性能測(cè)試結(jié)果,還是可以通過(guò)‘仿真模擬+整機(jī)傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)’模擬所有風(fēng)工況,用2-3個(gè)月完成所有驗(yàn)證。”劉河說(shuō),“答案是顯而易見(jiàn)的。”
  
  正是因?yàn)檫@個(gè)簡(jiǎn)單的答案,在行業(yè)處于較大壓力的2012年,金風(fēng)科技投資建成了當(dāng)時(shí)風(fēng)電行業(yè)最大的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)——6-10MW級(jí)別整機(jī)傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),而當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)主流裝機(jī)機(jī)型是1.5-2MW機(jī)組。6-10MW整機(jī)傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建成意味著公司已經(jīng)做好了下一代產(chǎn)品的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證準(zhǔn)備。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)至今已累計(jì)完成百余臺(tái)次整機(jī)測(cè)試驗(yàn)證,形成上千條優(yōu)化項(xiàng),支持各兆瓦級(jí)機(jī)組迭代優(yōu)化實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。同時(shí),依托實(shí)驗(yàn)的極限工況測(cè)試,探索突破了眾多原有限制指標(biāo),并先后發(fā)布10余項(xiàng)企業(yè)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
  
  隨著風(fēng)電技術(shù)的快速發(fā)展,嘗到了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)助推產(chǎn)品創(chuàng)新、提升可靠性好處的金風(fēng)科技又投資3億多元,建成全球容量最大、檢測(cè)功能最齊全的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)——六自由度16MW整機(jī)傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可驗(yàn)證直驅(qū)、半直驅(qū)和雙饋機(jī)組的傳動(dòng)系、發(fā)電機(jī)、變流器、電控系統(tǒng)和多域在環(huán)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng),具備35MN*m扭矩測(cè)量和70MN*m彎矩測(cè)量、超過(guò)1000個(gè)通道實(shí)時(shí)在線測(cè)量、模塊化可擴(kuò)展測(cè)試系統(tǒng)和0-1.5kHz寬頻電量測(cè)試等實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/div>
  
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  “相比于汽車行業(yè),風(fēng)電機(jī)組要求的實(shí)驗(yàn)測(cè)試更加嚴(yán)苛。汽車行業(yè)只對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)扭矩進(jìn)行全方位的實(shí)驗(yàn)測(cè)試。風(fēng)電整機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)所面臨的不僅僅是扭矩,還包括彎矩、推力和徑向力載荷等六個(gè)方向上的力和載荷,想要模擬風(fēng)機(jī)運(yùn)行的所有風(fēng)工況,必須要有具備六自由度實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ钠脚_(tái)。”劉河表示。
  
  讓風(fēng)機(jī)置身真實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景中,金風(fēng)科技16MW整機(jī)傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能夠模擬IEC標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)工況、GL標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)工況和實(shí)際風(fēng)況,同時(shí)模擬出風(fēng)機(jī)葉輪吸收的風(fēng)能和作用在葉輪中心的扭矩,驅(qū)動(dòng)測(cè)試機(jī)組旋轉(zhuǎn),并模擬作用在葉輪中心的彎矩、推力和徑向力載荷,測(cè)試主軸軸承承載能力、疲勞特性、運(yùn)行可靠性,發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)承受力、氣隙變化等。
  
  
  以發(fā)電機(jī)氣隙變化為例,在發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)中,轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵,氣隙越小,發(fā)電效率越高,同時(shí)可以節(jié)省銅和磁鋼的材料成本。氣隙的大小和彎矩有很大關(guān)系,考慮到變形,在仿真設(shè)計(jì)時(shí)通常會(huì)預(yù)留氣隙余量,但預(yù)留多少成為一個(gè)難題。預(yù)留小了,轉(zhuǎn)子和定子可能會(huì)因過(guò)載變形而接觸,造成發(fā)電機(jī)燒損;預(yù)留過(guò)大,則會(huì)造成大量冗余設(shè)計(jì)和浪費(fèi)。
  
  借助16MW整機(jī)傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),這一問(wèn)題迎刃而解。通過(guò)逐漸增加彎矩,金風(fēng)科技的工程師們可以實(shí)時(shí)測(cè)量發(fā)電機(jī)的氣隙變化,尋找到保障安全運(yùn)行前提下最合適的氣隙余量邊界,實(shí)現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計(jì)。
  
  
  “隨著實(shí)驗(yàn)測(cè)試精度的不斷提高,16MW整機(jī)傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能夠更好地將現(xiàn)場(chǎng)工況與仿真測(cè)試相結(jié)合,充分模擬機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀態(tài),在大型化風(fēng)機(jī)創(chuàng)新設(shè)計(jì)中識(shí)別出真正的短板,同時(shí)給真正富裕的地方減負(fù),觸達(dá)機(jī)組性能的真實(shí)邊界。”劉河指出。
  
  16MW整機(jī)傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)只是金風(fēng)科技綜合性清潔能源實(shí)驗(yàn)體系的一部分,再比如穿透至材料端為全尺寸葉片提供靜力試驗(yàn)、疲勞試驗(yàn)及主要結(jié)構(gòu)部件試驗(yàn)的葉片實(shí)驗(yàn)平臺(tái)也是這一實(shí)驗(yàn)體系的重要組成部分,它們共同構(gòu)成了金風(fēng)科技貫穿零部件、子系統(tǒng)、整機(jī)、場(chǎng)網(wǎng)四級(jí)的完整實(shí)驗(yàn)體系,成為支撐創(chuàng)新與未來(lái)技術(shù)發(fā)展的核心動(dòng)力。目前,該實(shí)驗(yàn)體系正在為風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈上的各環(huán)節(jié)企業(yè)提供實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證支撐,促進(jìn)整個(gè)行業(yè)健康高質(zhì)量發(fā)展。

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