1.5MW直驱式风电机组机舱的关键技术研究

摘要直驱式风电机组是一个包含复杂的非线性、强耦合以及不确定性的机电系统，具有多种优点，而且能够有效的减少风力发电机组零部件数量，从而降低运行成本．在1.5MW直驱式风电机组的结构中，机组的机舱是重要组成部分，对于机组的保护以及稳定运行都起着保护作用，本文对1.5MW直驱式风电机组的机舱的关键性工艺进行分析讨论，希望为大规模生产以及相关的研究提供有效的技术参考。

关键词直驱式；风电机组；机舱；关键工艺

0 引言

直驱式（无齿轮）风力发电机的研究开始于20多年前，德国、美国、丹麦在该技术领域发展较为领先，但是由于电气技术和成本等原因，该技术发展较慢。随着清洁能源的不断发展，直驱式（无齿轮）风力发电机优势逐渐凸现，德国西门子公司已经建立起（直驱式）无齿轮同步发电机风力发电场，最高效率达98%。我国的直驱式（无齿轮）风力发电机研究起步较晚，但是现在已经有许多企业，包括广西银河艾万迪斯风力发电有限公司、哈尔滨九州电气公司等电器公司已经开始研发1.5MW的直驱式（无齿轮）风力发电机，取得了较大的进展。

1 直驱式风电机组概述

直驱式风力发电机（Direct-driven Wind Turbine Generators），是一种由风力直接驱动发电机，亦称无齿轮风力发动机，这种发电机采用多极电机与叶轮直接连接进行驱动的方式，免去齿轮箱这一传统部件．由于齿轮箱是目前在兆瓦级风力发电机中属易过载和过早损坏率较高的部件，因此，直驱式风力发动机，具备低风速时高效率、低噪音、高寿命、减小机组体积、降低运行维护成本等诸多优点。

1.1 直驱式风电机组特点

直驱风力发电机有以下几个方面优点：1）发电效率高：直驱式风力发电机组没有齿轮箱，减少了传动损耗，提高了发电效率，尤其是在低风速环境下，效果更加显著；2）可靠性高：齿轮箱是风力发电机组运行出现故障频率较高的部件，直驱技术省去了齿轮箱及其附件，简化了传动结构，提高了机组的可靠性，同时，机组在低转速下运行，旋转部件较少，可靠性更高；3）运行及维护成本低：采用无齿轮直驱技术可减少风力发电机组零部件数量，避免齿轮箱油的定期更换，降低了运行维护成本。

图1 直驱型风力发电机组结构示意图

直驱型风力发电机组没有齿轮箱，低速风轮直接与发电机相连接，各种有害冲击载荷也全部由发电机系统承受，对发电机要求很高．同时，为了提高发电效率，发电机的极数非常大，通常在100极左右，发电机的结构变得非常复杂，体积庞大，需要进行整机吊装维护．且永磁材料及稀土的使用增加了一些不确定因素。

1.2 直驱式风电机组的发展前景

目前，国内多家企业也开始进军直驱式风力发电机领域．《风力发电中长期发展规划》中明确指出：风电增速趋稳，行业具备海外拓展基础：预计到2010年底风电装机容量将会超过3000万千瓦．经过一段时间的调整，我国风电行业集中度将有所提高，经历“凤凰涅槃”后的风电行业将进入稳定发展阶段．未来大容量、直驱风机将是风机设备的主流。

2 直驱式风电机机舱

机舱是风力发电机的重要组成部分，前端通过螺栓和发电机连接，下端通过螺栓和偏航轴承连接，不仅支撑发电机及轮毂内所有部件，而且能够承受风载荷等动载荷，是非常重要的焊接结构件．普遍使用的直驱式风电机组的如图2所示的主机架，这种机架成本较低，但是在运行的过程中，由于抗震性能不足，导致直驱式风电机组的使用寿命降低．基于1.5MW直驱式风电机组的特点，图3所示的新型直驱机舱结构能够对1.5MW直驱式风电机组进行有效的保护，防止外界因素对1.5MW直驱式风电机组的干扰，保障1.5MW直驱式风电机组的稳定运行，并且大大延长了1.5MW直驱式风电机组的使用寿命。

图2 1.5MW传统主机架

图3 1.5MW 新型直驱机舱

3 新型直驱机舱的关键技术

3.1 新型直驱机舱工艺研究重点解析

本厂承担着风电机舱的下料、组立及焊接工序，加工工序由第三事业部完成．在所制备的风机结构中，主要采用的是锥形筒体的焊接结构，结合新型直驱机舱的结构特点，对直驱风电机舱的工艺研究，能够拓展航天部风机市场，为大批量生产做好前期技术准备，但是在研究的过程中，需要对以下要点进行分析，从而得到解决相关工艺难题的方式方法：1）大筒体、薄板壁结构产品焊接变形问题；2）产品要求的倾角及平面度的保证；3）多条焊缝交点质量保证方法研究。