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鋼結(jié)構(gòu)屋頂風(fēng)機_雙饋式風(fēng)力發(fā)電機組的特點內(nèi)需穩(wěn)定外需下滑 機械

目前，帶齒輪箱風(fēng)力發(fā)電機組主要有雙饋式風(fēng)力發(fā)電機組和全功率變頻風(fēng)力發(fā)電機組兩種形式，其中雙饋式風(fēng)力發(fā)電機組市場份額超過90%。下面著重闡述雙饋式風(fēng)力發(fā)電機組特點、市場應(yīng)用情況及其發(fā)展趨勢。

　　一、雙饋式風(fēng)力發(fā)電機組特點

　　雙饋式風(fēng)力發(fā)電機組具有以下特點：

　　1.技術(shù)成熟、質(zhì)量可靠。自工業(yè)化革命以來，齒輪傳動已經(jīng)成為技術(shù)最成熟、最主流的傳動方式，廣泛應(yīng)用于航空、航天、船舶、汽車、鐘表等工業(yè)和生活領(lǐng)域。風(fēng)力發(fā)電機組工作環(huán)境惡劣，對機組可靠性要求很高。雙饋機組采用的大功率大速比齒輪箱技術(shù)從20世紀(jì)90年代起已經(jīng)開始應(yīng)用，其在風(fēng)電中的故障率已低于電氣系統(tǒng)和發(fā)電機系統(tǒng)。葉輪+齒輪箱+發(fā)電機的傳動鏈結(jié)構(gòu)簡單，各類載荷分配合理，整體質(zhì)量可靠性高。

　　2.效率高、性價比優(yōu)。該技術(shù)有效分配了機械傳動系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)的參數(shù)配置，通過高速比齒輪箱提高電機轉(zhuǎn)速，大幅提高發(fā)電機效率。同時該機型僅有占額定功率1/5～1/3的轉(zhuǎn)差功率通過變流器，變流器的能量損失小。整機效率高、性價比優(yōu)。

　　3.可維護性好。雙饋式風(fēng)力發(fā)電機組一般采用葉片+輪轂+齒輪箱+聯(lián)軸器+發(fā)電機的傳動結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)各主要部件相對獨立，可以分別進行維護和維修。現(xiàn)場維修容易，時間響應(yīng)及時。

　　4.電能質(zhì)量好，低電壓穿越能力強。雙饋式風(fēng)力發(fā)電機組采用雙饋式感應(yīng)電機和部分功率變流技術(shù)，發(fā)出的70%以上的電能通過定子輸送到電網(wǎng)，產(chǎn)生的諧波小、電能質(zhì)量好。同時，該技術(shù)具有功率因數(shù)可調(diào)、有功功率和無功功率控制方便,生產(chǎn)車間降溫設(shè)備，低電壓穿越性能好等特點，可實現(xiàn)電網(wǎng)友好型接入。

　　但在大型風(fēng)力發(fā)電機組實際運行中，齒輪箱是故障率較高的部件。由于風(fēng)力發(fā)電機組一般安裝在高山、荒野、海灘、海島等風(fēng)口處，受無規(guī)律的變向變負(fù)荷的風(fēng)力作用以及強陣風(fēng)的沖擊，常年經(jīng)受酷暑嚴(yán)寒和極端溫差的影響，加之所處自然環(huán)境交通不便，齒輪箱安裝在塔頂?shù)莫M小空間內(nèi)，一旦出現(xiàn)故障，修復(fù)非常困難，故對其可靠性和使用壽命都提出了比一般機械高得多的要求。例如對構(gòu)件材料的要求，除了常規(guī)狀態(tài)下機械性能外，還應(yīng)該具有低溫狀態(tài)下抗冷脆性等特性；應(yīng)保證齒輪箱平穩(wěn)工作，防止振動和沖擊；保證充分的潤滑條件等。對冬夏溫差巨大的地區(qū)，要配置合適的加熱和冷卻裝置。還要設(shè)置監(jiān)控點，對運轉(zhuǎn)和潤滑狀態(tài)進行遙控。

　　二、市場應(yīng)用情況

　　全球權(quán)威風(fēng)能產(chǎn)業(yè)研究機構(gòu)BTM最新發(fā)布的2009年全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)報告顯示，2009年全球新增風(fēng)電裝機1380萬千瓦，在已裝機的風(fēng)力發(fā)電機組中，86%的風(fēng)力發(fā)電機組采用帶齒輪箱的風(fēng)力發(fā)電機組。在全球前十大風(fēng)電設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)中，有VESTAS、GE WIND、華銳風(fēng)電、GAMESA、東汽、SUZLON、SIEMENS、REPOWER等八家企業(yè)采用齒輪箱技術(shù)。在直驅(qū)風(fēng)電產(chǎn)品中，約8,降溫設(shè)備.5%的機組采用電勵磁直驅(qū)方式，而永磁直驅(qū)不足5%。目前，全球已并網(wǎng)運行的800多臺海上風(fēng)力發(fā)電機組，全部采用帶齒輪箱的傳動形式。

　　

　  從目前國內(nèi)的情況來看，帶齒輪箱機組變槳變速雙饋式風(fēng)力發(fā)電機組的裝機容量比例最大，代表廠家包括華銳風(fēng)電、東汽、國電聯(lián)合動力、明陽、上海電氣和北重等，市場份額超過80%；直驅(qū)式變槳變速型風(fēng)機也有一定裝機容量，代表廠家包括金風(fēng)科技、湘電風(fēng)能等。

　　三、發(fā)展趨勢

　　風(fēng)力發(fā)電機組技術(shù)的成熟性、質(zhì)量的穩(wěn)定性和可靠性、及時而低成本的維修將是市場選擇的最重要標(biāo)準(zhǔn)。帶齒輪箱機組技術(shù)已經(jīng)在過去的十多年中成為大型風(fēng)力發(fā)電機組的主流技術(shù)；永磁直驅(qū)技術(shù)目前尚未得到市場長時間的運營檢驗。從我國目前情況來看，帶齒輪箱機組占據(jù)風(fēng)電技術(shù)的主流地位。也有一些企業(yè)認(rèn)為齒輪箱是故障較高的部件，采用無齒輪箱結(jié)構(gòu)能大大提高風(fēng)電機組可靠性，降低故障率，提高風(fēng)電機組壽命，因此，這些企業(yè)看好直驅(qū)機組未來發(fā)展?jié)摿褪袌鲂枨�，使得擁有直�?qū)風(fēng)電機組生產(chǎn)技術(shù)的廠商數(shù)量在逐漸增加，包括Enercon、金風(fēng)科技、西門子、GE、湘電風(fēng)能、航天萬源和東方電機等。

　　不同風(fēng)電技術(shù)路線的發(fā)展，都需要通過市場來進行考驗，市場的選擇是最好的標(biāo)準(zhǔn)，這樣將更有利于促進風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展和技術(shù)進步。


　機械行業(yè)內(nèi)需穩(wěn)定、外需下滑。2008年中國機械設(shè)備收入創(chuàng)出新高，成為世界第一。2009年一季度在國家基建投資刺激下，行業(yè)國內(nèi)收入增長了9％，但出口下降21.4％，導(dǎo)致整體增長4.5％。

　　下半年基建仍能保大局，出口和地產(chǎn)拉動作用成期待�；ㄐ麻_工項目較多，基本能保證穩(wěn)定發(fā)展的大局，如果地產(chǎn)投資和出口在下半年復(fù)蘇，則行業(yè)將有超預(yù)期的表現(xiàn)。

　　工程機械部分子行業(yè)和鐵路裝備業(yè)在下半年相對確定。工程機械受益于基建程度較大的旋挖鉆機、起重機、挖掘機等產(chǎn)品內(nèi)需穩(wěn)定，前低后高的增長格局確定。鐵路裝備前景明確，龍頭機會明顯。

　　擴張政策是機遇。機械行業(yè)特別是工程機械行業(yè)在宏觀政策擴張時期上漲概率大，而在經(jīng)濟過熱或政策緊縮時則面臨風(fēng)險，下半年機遇大于風(fēng)險。

　　關(guān)注行業(yè)龍頭長期成長和并購整合帶來的機會。行業(yè)在前幾年快速擴張后，龍頭公司實力和地位更加突出。未來行業(yè)增速會放慢，但龍頭公司機會變大，下半年資產(chǎn)注入和收購機會值得關(guān)注。

　　給予同步大市評級，看好工程機械龍頭和鐵路裝備：年初至5月25日機械裝備龍頭公司跑贏滬深300指數(shù)4.8個百分點，目前行業(yè)整體估值略低于歷史平均水平，但高于國際可比公司，考慮成長性，基本合理。重點推薦：綜合產(chǎn)品受益程度、長期競爭力和短期空間，我們給予中聯(lián)重科(000157)“買入”評級，天馬股份(002122)、中國南車(601766)、三一重工(600031)、徐工科技、太原重工、柳工、山推股份、安徽合力(600761)“增持”評級。
 



　 引言

　　風(fēng)機產(chǎn)品在建材、冶金、電力、化工等行業(yè)，是生產(chǎn)線上不可缺少的關(guān)鍵設(shè)備。本文闡述了風(fēng)機在環(huán)境極為惡劣工況下運行，如何保證用戶不因為風(fēng)機磨損而頻繁的停產(chǎn)維修、更換設(shè)備及造成諸多的經(jīng)濟損失。對風(fēng)機磨損問題進行了深入研究，應(yīng)用了多種耐磨技術(shù)，解決了風(fēng)機易磨損一大技術(shù)難題。

　　1 　不同工況條件下風(fēng)機的磨損形式

　　風(fēng)機的磨損形式：①含塵氣流中磨料的微切削作用而產(chǎn)生的低應(yīng)力磨粒磨損;②含硬質(zhì)顆粒的運動流體高速沖向設(shè)備表面形成的沖刷磨損[1];③腐蝕和磨損綜合作用下的腐蝕磨損。風(fēng)機的運行工況比較復(fù)雜，磨損的類型也不相同。

　　(1)熱電廠多采用Y4-73系列引風(fēng)機，抽吸電廠鍋爐的煙氣。雖然在鍋爐尾部排煙處設(shè)置了除塵裝置，但還會在煙氣中攜帶部分具有一定溫度、細(xì)小堅硬的固體顆粒，致使風(fēng)機工作面長期承受著煤粉、礦石粉等硬質(zhì)顆粒的高速沖刷，造成了風(fēng)機機殼和葉輪等迎風(fēng)部位的嚴(yán)重磨損和沖刷。特別是有些熱電廠在引風(fēng)機前安裝脫硫型除塵器，煙氣中攜帶大量具有腐蝕性的水蒸汽，煙氣進入風(fēng)機后受環(huán)境溫度的影響，在機殼內(nèi)金屬表面結(jié)成含有大量氧化物和硫化物的露點，與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成一定厚度的松脆腐蝕層，很容易被磨損掉，磨損又加快了金屬的腐蝕速度，腐蝕與磨損的共同作用，加速了風(fēng)機的損壞。

　　(2)燒結(jié)廠一般多采用雙吸入、雙支撐、錐形前盤、單板葉片，用于輸送燒結(jié)煙氣的主抽風(fēng)機。煙氣中含有尖角形狀硬質(zhì)顆粒的高濃度粉塵，這種混合氣體的溫度平均在150℃左右，最高溫度瞬時可達(dá)250℃。SJ8000以上風(fēng)機工作轉(zhuǎn)速為1000r/min;SJ8000以下的風(fēng)機工作轉(zhuǎn)速一般為1500r/min。在相同工況下，隨著風(fēng)機旋轉(zhuǎn)速度的增快，也就是含塵氣流對風(fēng)機迎風(fēng)面的磨粒磨損頻率增多，造成風(fēng)機迎風(fēng)面金屬磨損加劇。

　　2　 風(fēng)機易磨損部位

　　葉輪是風(fēng)機最易磨損的部件，風(fēng)機葉輪結(jié)構(gòu)型式不同，運行工況不同，易磨損的部位也不盡相同。

　　2.1 　輪盤部易磨損部位

　　一般是在受含塵氣流沖刷較嚴(yán)重的鄰近葉片進口根部的輪盤迎風(fēng)面。

　2.2　 葉片最易磨損的部位

　　(1)葉片進口：在葉片進口頭部正反兩面30~50mm寬度內(nèi)易發(fā)生磨損，靠近輪盤側(cè)比較嚴(yán)重至輪蓋方向逐漸減弱;

　　(2)葉片中部：在葉片迎風(fēng)面的中部，靠近輪盤側(cè)80~150mm寬度范圍內(nèi)易發(fā)生磨損;

　　(3)葉片出口處：從葉片迎風(fēng)面出口邊緣開始產(chǎn)生磨損，逐漸向葉片中部延伸，相同工況下風(fēng)機運行的時間越長，葉片被磨損的就越簿越短，甚至順著輪盤方向從葉片根部全都磨穿。

　　風(fēng)機葉片易磨損部位示意圖，見圖1。

　　

 

　　1.葉片 2.輪盤 3.輪蓋 4.葉片出口易磨損部位 5.葉片進口易磨損部位

　　圖 1 葉片易磨損部位示意圖
　2.3　 輪蓋易磨損部位

　　輪蓋迎風(fēng)面靠近葉片出口100~130mm長，與葉片成20°~25°的邊角處，嚴(yán)重時可在此處將輪蓋磨出三角形豁口。

　　3 　耐磨技術(shù)措施

　　風(fēng)機葉輪的磨損是一個十分復(fù)雜的物理過程，它與工作介質(zhì)、流體速度、粉塵濃度、顆粒硬度，以及風(fēng)機結(jié)構(gòu)形式，風(fēng)機焊接結(jié)構(gòu)采用的材質(zhì)等諸多因素都有關(guān)系。為提高風(fēng)機的耐磨性、延長風(fēng)機的使用壽命，根據(jù)風(fēng)機的工作條件、磨損類型，選擇相適應(yīng)的耐磨技術(shù)措施。

　　(1)對熱電廠Y4-73型鍋爐引風(fēng)機，主要采用在葉輪易磨損部位堆焊耐磨層的技術(shù)措施。

　�、僖话阍诟咝Ш笙驒C翼型葉片上附加低錳鋼制成的葉片襯板，在葉片進口防磨圓鋼兩側(cè)增設(shè)防磨板;在特殊工況下運行的風(fēng)機采用后向板型葉片代替機翼型空心葉片。

　�、谠谌~片頭部正反兩面50~70mm寬度、全部堆焊3~5mm厚耐磨層，以增加此部位的抗沖刷磨損。

　�、墼谌~片進口高度1/2~2/3處開始堆焊單弧圓心角為60°的人字形波紋，寬度在10~15mm、高度在3~4mm的耐磨條,車間安裝負(fù)壓風(fēng)機，抵抗多方位煙塵介質(zhì)的沖刷，增強葉片的耐磨性。

　　(2)對燒結(jié)主抽風(fēng)機采用的耐磨技術(shù)措施。

　�、俨扇≈鲃拥姆滥ゴ胧汉侠淼卦O(shè)計風(fēng)機結(jié)構(gòu)，增加導(dǎo)向裝置，改變含塵氣流的流動方向，盡量減輕粉塵顆粒對葉片的沖擊，以及分散磨損點等手段，增強葉輪的耐磨性。

　�、谶x擇具有高強度、高耐磨性的耐磨鋼板制作可更換的葉片襯板、輪盤易磨損部位的防護板，靠材料自身的耐磨性與綜合力學(xué)性能滿足風(fēng)機的使用性。

　③采取經(jīng)濟上實惠，工藝上簡單，堆焊速度是焊條堆焊速度的2~3倍、高效率，易操作的藥芯堆焊焊絲氣體保護堆焊技術(shù)。藥芯堆焊焊絲品種較多，選擇4個焊材廠家生產(chǎn)的9種藥芯堆焊焊絲，做工藝性試驗，之后分別委托哈爾濱焊接研究所、鄭州機械研究所做了相對耐磨性試驗，從中選用5種藥芯堆焊焊絲在風(fēng)機產(chǎn)品上試用1年多。從藥芯焊絲的工藝性、相對耐磨性、特定工況下使用性進行比較，從中擇優(yōu)確定了2個生產(chǎn)廠家的3種焊絲做為風(fēng)機防磨損的堆焊材料。

　　視風(fēng)機運行工況，在葉片堆焊圖中選一種堆焊形式，在葉片上堆焊耐磨層，見圖2。

　　

 

　　(a)粉塵濃度相對較高時采用 (b) 一般情況下采用
　圖2　　 葉片堆焊圖

　　按輪蓋堆焊圖(圖3)和輪盤堆焊圖(圖4)在易磨損部位堆焊耐磨層，以提高風(fēng)機的耐磨性。

　　

 

　　圖3 　輪蓋堆焊圖 　　　　　　　　圖4 　輪盤堆焊圖

　　(3)雙金屬復(fù)合耐磨板是用堆焊的方法在低合金鋼板上熔敷一定厚度的高耐磨合金，從而形成具有高耐磨性、高韌性的一種復(fù)合板。作為風(fēng)機的耐磨損材料提高風(fēng)機使用壽命具有重要的現(xiàn)實意義。從7家復(fù)合板廠家選取了9種雙金屬復(fù)合板加工耐磨試樣，委托哈爾濱焊接研究所、鄭州機械研究所做了硬度測定和相對耐磨性試驗，復(fù)合板硬度達(dá)到56~64HRC遠(yuǎn)大于Q345鋼板，相對耐磨性是Q345鋼板的5～9倍。雙金屬復(fù)合耐磨板表面質(zhì)量和相對耐磨性進行比較，選擇3種雙金屬復(fù)合板做風(fēng)機耐磨材料。

　　對運行工況特別惡劣，介質(zhì)顆粒堅硬、棱角鋒利，濃度大、流體速度高的風(fēng)機，依據(jù)風(fēng)機的工作溫度選擇在工作溫度下具有高耐磨性的雙金屬復(fù)合耐磨板做風(fēng)機葉片和機殼的耐磨襯板。

　4　 結(jié)論

　　研究了風(fēng)機運行工況的特殊性，掌握風(fēng)機磨損類型、風(fēng)機磨損部位及分布情況，對熱電廠鍋爐引風(fēng)機、燒結(jié)主抽風(fēng)機等易產(chǎn)生磨損的風(fēng)機，根據(jù)不同工況條件采取了相適應(yīng)的耐磨技術(shù)措施。通過多年的推廣應(yīng)用，取得了良好的效果，極大限度地保證了風(fēng)機正常運行，可延長風(fēng)機耐磨壽命3倍以上，雖然增加了一些制造成本，但適中的價格也同樣得到風(fēng)機使用廠家所認(rèn)可。


　　磨損現(xiàn)象包含著許多復(fù)雜因素，它往往是多重機理綜合作用的結(jié)果。塵粒進入葉輪后與壁面相互作用，在離心流道的進口區(qū)域和整個軸向流道內(nèi)，塵粒基本上是在氣流的夾帶及自身慣性的綜合作用下，以非零攻角在碰撞壁面，然后又反彈進入流道內(nèi)，這樣引起的壁面材料磨損是典型的沖蝕磨損。而在離心流道的出口區(qū)域內(nèi)，塵粒在流道內(nèi)運動了較長的一段距離，大部分和壁面發(fā)生過多次碰撞，基本上沿著壓力表面滑動或滾動，并對著壁面有一定的壓力作用，這樣造成的背面材料的磨損屬于擦傷式塵粒磨損，塵粒在壓力面附近區(qū)域的集中更加劇了塵粒磨損的危害程度。?

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