浅谈华锐风机叶轮锁改造后的操作优势

张飞

（国华（齐齐哈尔）风电有限公司，黑龙江齐齐哈尔161000）

任何厂家生产的风机叶轮锁都是风机上非常重要的一部分，每家的设计理念不同，具体操作模式也不同，但是都是运检维修人员进行风机轮毂工作的安全保障。所以锁紧叶轮锁的时间长短往往决定本次故障处理时间的长短。华锐风机99版和03版叶轮锁的两种锁紧方式都非常繁琐，尤其99版齿轮箱所带叶轮锁为存人力推动式，如长时间没有人员操作轮毂锁会导致锁销秀死，以至于锁上叶轮锁需要动用大锤等工具耗费1~2h才能操作完成，本论文的主要目的就是解决华锐99版和03版齿轮箱叶轮锁的设计问题，通过改进便于运检维护人员的操作，即省时又省力。

1华锐风机基本结构介绍

风力发电机组主要组成部分为塔筒、机舱和叶轮，无故障情况下叶轮处于旋转状态，一旦有故障就需要人员进入轮毂内进行检修，在工作人员进入轮毂之前需要手动拍上风机急停按钮（风机上一共三个急停按钮：齿轮箱两侧各一个，控制柜上一个），通过制动系统的闸瓦将大盘抱死，然后在利用人力将叶轮锁锁死才可以进入轮毂内进行相关工作。（如图1-4）

图1齿轮箱急停按钮图2控制柜急停按钮

图3制动器图4进入轮毂位置华锐1.5MW风力发电机组，轮毂内的设备（变桨电机、极限开关、变桨控制柜、电池柜等）至关重要，是风力发电机发电的基础，轮毂内的器件出现问题时也必须及时处理、维修、更换；风电场工作人员也需要定期进入轮毂进行各个设备的维护、检修工作；为了保证人员人身安全，人员进入轮毂处理故障时必需锁上叶轮锁现有的华锐1.5MW风力发电机组中，锁定叶轮的设计锁紧方法有两种：1）领用扳手将叶轮锁轴的卡片松动，然后用人力硬推动叶轮锁轴进入（图5）。2）都是通过手动旋转叶轮锁螺栓的方式将叶轮锁轴推入（图6）。

图5图6

2现有技术的缺点（包括技术方面、成本方面、效率方面等）1）由于风机常年的运行过程中，叶轮锁的推动轴及旋转螺栓受外界环境（潮湿空气、氧化等）影响，会出现“锈死”、卡死等问题，有的可以利用大锤等工具进行强行推入，但有的锈蚀严重的根本无法正常工作。2）这种锁定叶轮的方法锁定叶轮所需时间比较长（一般至少需要2h以上），需要两个或两个以上人员（而且对人员的力气要求较大）相互配合才能完成，风机故障率高、人员经常得抢时间处理多个故障，工作人员可能未了节省时间会不锁定叶轮锁就进入轮毂进行工作，久而久之便会养成不锁叶轮锁直接进轮毂工作的习惯，使工作人员在轮毂工作过程中会存在造成人员伤亡的情况。3）锁叶轮锁时若配合不当，可能会损伤主轴锁定盘，缩短风机运行寿命。4）用大锤硬砸和用开口扳手旋转叶轮锁螺栓时，太过用力可能会出现人员滑落、开口扳手断裂、滑落，造成不必要的人员伤害。5）机舱上锁定叶轮锁的位置空间较小，不方便使用工具锁定叶轮锁。6）叶轮锁长时间不操作或使用会导致锁销锈蚀，以至于无法顺利推进与推出。

基于上述原因，导致风电场工作人员在进入轮毂内进行风机维护、检修等工作时存在巨大安全隐患，影响风机的正常、稳定、高效运行。

3本发明要解决的技术问题（对应现有技术的所有缺点，一一正面描述本发明所要解决的技术问题。）

1）风机日常检修、维护工作中，工作人员不必再为锁叶轮浪费过多的时间锁定叶轮只需一个人就可以轻松完成。2）风机日常检修、维护工作中，工作人员不会再因为操作费时费人费力而不锁叶轮锁就进入轮毂进行检修、维护工作，让工作人员养成每次

摘要：中国风电装机容量迅猛增长，同时风电技术的不断提高，风电机组单机容量也在不断提高，有的集团公司采购国外的设备，有的采购国内的设备。但是在国产风机中华锐风电科技集团股份有限公司生产的风机占比较大，由于风电市场发展的速度较快，导致前几年存在风机供不应求的情况，华锐风机在设计的诸多方面存在设计的不合理性，表现最为突出的就是华锐公司最早生产的几批风机，其中一个较为不合理的地方就是风机叶轮锁的锁紧方式，早期的99版和03版风机齿轮箱叶轮锁的锁紧方式为人力推进式和扳手旋拧式。

关键词：华锐风机叶轮锁；人工推进式；扳手旋拧式，液压式；电动式

中图分类号：TM03文献标识码：A文章编号：1673-4033（2018）

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进轮毂工作都有锁定叶轮锁的习惯，消除/避免工作人员在轮毂中工作存在的人员伤害和人员伤亡的巨大安全隐患。3）检修、维护人员无需再通过使用大锤或开口扳手旋转叶轮锁螺栓，避免/消除在风机上因锁叶轮用力过大（工具、人员滑落）出现人员伤害。4）由于方便、快捷，叶轮锁螺栓不会再因长期不使用而出现生锈、氧化、旋转不动（锈死）的现象，提高工作效率。

4本发明如何解决上述问题（技术方案的详细阐述，应该结合附图进行说明，包括结构说明、原理说明、动作关系说明等）

4.1整体设计结构描述

在风机变速箱箱体上安装电动机构，操作方便，省时省力。系统原理图如图7所示，系统主要由系统电源，直流电机，涡轮蜗杆传动机构，安装法兰，连接活结，锁销和控制面板等部分组成。

1-控制面板2-直流电机3-涡轮蜗杆传动机构

4-安装法兰5-变速箱箱体6-锁销

图7系统工作原理图

所设计安装法兰用于支撑电动驱动机构和锁销。安装法兰用螺栓固定在变速箱箱体上。安装法兰侧面开孔，用于安装控制盒及开关，同时提供线缆接口。法兰底部开孔用于固定电动机构。

采用蜗轮蜗杆减速传动机构，传动平稳，噪音低。将其和电机封装在一起，结构紧凑，安全可靠。蜗杆作为推杆，涡轮套筒靠同步带轮带动，由直流电动机提供动力。内部两端设有限位开关，到位置后自动断电停止。涡轮采用锡青铜，蜗杆采用高强度钢。

推杆和锁销之间采用销轴连接，基座和法兰之间采用销轴连接。防止安装时推杆轴线和锁销轴线不重合造成传动干涉。

4.2具体部件描述

叶轮锁电动控制进、退装置主要包括进、退装置和控制开关两部分。此装置是通过控制开关控制进、退装置中的24V电源正、反流向来控制涡轮正反向旋转，继而控制蜗杆实现正、反向旋转来推动叶轮锁销的进、退功能。

1）进、退装置部分（示意图如图8）：根据风机机组叶轮锁需要锁入的长度设置电动装置的进、退长度（根据实际测量，进、退长度均为10cm）。

2）蜗杆1。

图8进、退装置示意图

3）控制开关部分：“右指示箭头”绿色按钮键为叶轮锁销进入主轴锁定盘圆孔，即锁定叶轮动作；“左指示箭头”红色按钮键为叶轮锁销退出主轴锁定盘圆孔，即松开叶轮动作；红色电源按钮为停止按钮，即不管叶轮锁销处于何种状态，按下此按钮时，所有动作均停止。（图9）

图9电动控制开关示意图

4）电源及线缆部分：将电源安装到机舱NCC310控制柜内，接通220V交流电，然后通过电源转换整24V直流，通过线缆给叶轮锁上控制面板供电，由控制面板上的控制按钮控制蜗杆实现传动功能。（图10-13）

图10交流变直流电源图11线缆

图12控制面板图13直流电机接线

5本发明的关键点和保护点（具体可以是第六部分所述的能给本发明带来有益效果的关键技术点。）

1）首先进行偏航、变桨、收桨等工作，将叶轮锁锁紧销与主轴锁定盘圆孔处对齐，通过机舱控制柜锁住刹车。

2）工作人员按照人员分工将左侧（机舱控制柜侧）叶轮锁装置拆下并放置在机舱平台平稳位置。

3）然后将事先准备好的电动开关控制的进、退装置（如图14所示）安装在叶轮锁装置（如图15所示）下侧内部并固定好，将旋转螺栓擦干净并涂抹防锈润滑油。

图14电动开关控制进、退装置图15叶轮锁装置

科技创新51民营科技2018年第5期科技创新

4）将叶轮锁固定罩利用原螺栓口进行固定。（图16）

图16电动进、退装置安全图

5）安装完成后，在将事先准备好的220V转24V电源、空开、保险（根据实际测量决定所用型号）和插座按照由上到下顺序固定在机舱柜接线排上，在220V电源处引线连接到新安装的220V转24V电源上，然后依次用连接线连接空开、保险、插座，然后在电动开关控制进、退装置前端连接导电线和插头（步骤4中机舱底部引出的线），后端连接电动控制开关和电动开关控制进、退装置。

备注：a.所有连线都是在断电并用万用表测量确认没电后操作；b.所有的连接线长度选择都是按照实际测量长度决定。

6）将机舱柜内安装的连接线按照规定要求固定，在机舱柜内部侧面安装插座固定装置（避免插座拔下后触碰其他电器元件），然后将机舱平台下方的连接线用扎带固定在合理位置，在机舱靠近叶轮锁处加装控制开关放置处（防止放置在地面，来回行走时踢到、踩到）。

6与第二部分所述的最好的现有技术相比，本发明的优点风机机组改造完成的电动开关控制叶轮锁可以改变工作人员因为锁叶轮操作繁琐、叶轮锁旋转螺栓生锈导致难以旋转、费时费力费人、手动旋转工具造成人员伤害等原因进轮毂工作时不锁叶轮的思想观念，养成每次进轮毂都锁定叶轮的好习惯，消除/避免人员进入轮毂工作时造成人员伤害、人员伤亡等巨大安全隐患，提高工作人员工作效率，保证了人员人身安全和风机安全。

7此项华锐风机叶轮锁的设计要求

7.1工作条件

1）环境温度范围：-30~50℃。2）环境相对湿度不大于90%。

7.2基本技术参数

1）额定功率应不大于80W。2）额定电流应不大于5A。3）控制器输入电压为AC220V±10%，频率为50Hz或AC110V±10%，频率为60Hz。驱动电机为24VDC。4）最大驱动推力不小于3500N。5）驱动速度不大于5mm/s。6）锁杆行程不小于95mm。

7.3形状与尺寸

1）总体尺寸满足安装空间要求，总体外观结构尺寸应符合图纸要求。设备结构紧凑，电动机、减速机构和执行机构封装在一起。2）安装距误差小于±2mm。3）行程误差小于±2mm。4）不得在装置外部设置行程开关。

7.4外观及装配要求

1）设备表面清洁，无锈蚀、无脱落、无碰伤。2）驱动装置、控制器及零部件装配连接牢固、可靠。3）驱动装置运行平稳、无阻尼，无杂音现象。4）零件表面镀（涂）层光滑，色泽均匀，不应有脱落、划伤及氧化等缺陷。5）塑料件表面平整，色泽一致，不应有裂痕、气泡和明显熔接痕、缩孔等缺陷。

7.5性能要求

1）机械性能：a.额定电压下，驱动装置负载应符合推拉力的规定。b.驱动装置承受1.5倍负载最大拉力试验，壳体不应有破裂现象。2）噪声：驱动装置在空载运行时噪声应不大于50dB（A）。3）传动机构：传动机构必须采用严格传动比结构，齿轮传动、涡轮蜗杆传动。4）非正常工作：电动叶轮锁在运行过程中，当负载大于规定推拉力时，控制系统自动停止运行。5）控制要求：a.控制器所用的电源变压器应符合GB9706.1中57.9的规定。b.锁杆行程末端均能自动控制停止。6）温升：在最高环境温度下，电动叶轮锁按短时工作制负载运行，直至热平衡，其温升应不大于80℃。7）电源软电线：电源软电线应符合GB9706.1中57.3的规定。8）引线强度：引线强度应符合GB9706.1中57.4a）的规定。9）耐振动：产品经振动试验后，应能正常工作，无松动现象，其电介强度满足GB 9706.1中20.3的规定要求。10）耐高温：产品经耐高温试验后，应能正常工作，其电介强度满GB9706.1中20.3的规定要求。11）耐低温：产品经耐低温试验后，应能正常工作，其电介强度满足GB 9706.1中20.3的规定要求。12）耐湿热：控制系统经48h湿热试验，其电介强度满足GB9706.1中20.3的规定要求。13）电机堵转：电机堵转应符合GB9706.1中52.5.6的规定。14）电磁兼容性：产品电磁兼容性应符合GB4343.1中的规定。15）寿命：产品按最大负载，在正常运行20000次后，产品噪声不大于规定值的1.2倍，行程精度误差±1mm，推拉力符合规定要求。

8安装及调试

1）电动叶轮锁基座安装形式为法兰安装，基座法兰安装孔与原电机安装孔须一致。安装后驱动装置能够驱动锁杆自由伸缩，无爬行和特殊噪音。2）电气元件与接线无外露，符合规范。3）安装调试过程中，电动叶轮锁输出的最大推力不应对变速箱和锁紧盘造成破坏，输出的最小扭矩能保证推杆的正常工作。

风机机组改造完成的电动开关控制叶轮锁可以改变工作人员因为锁叶轮操作繁琐、叶轮锁旋转螺栓生锈导致难以旋转、费时费力费人、手动旋转工具造成人员伤害等原因进轮毂工作时不锁叶轮的思想观念，养成每次进轮毂都锁定叶轮的好习惯，消除/避免人员进入轮毂工作时造成人员伤害、人员伤亡等巨大安全隐患，提高工作人员工作效率，保证了人员人身安全和风机安全。

参考文献

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[2]GB9706.1中57.3中对电源软电线的规定[S].

[3]GB9706.1中57.4a）中对引线强度的规定[S].

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[5]GB9706.1中20.3中对耐高温的规定[S].

[6]GB9706.1中20.3中对耐低温的规定[S].

[7]GB9706.1中20.3中对耐湿热的规定[S].

[8]GB9706.1中52.5.6中电机堵转的规定[S].

[9]GB4343.1中电磁兼容性的规定

[S]. 52