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風機大葉片為新型芯材帶來更多機會
    
風機大葉片為新型芯材帶來更多機會
作者：WebCore技術(shù)公司 Rob Banerjee    來源：Ringer
WebCore技術(shù)公司業(yè)務(wù)發(fā)展部副總裁Rob Banerjee博士在本文討論了新型芯材如何幫助風機葉片制造商優(yōu)化他們的設(shè)計。

清潔無污染的風能正推動風力渦輪機向更大更高功率的方向發(fā)展。美國風能協(xié)會的一份最新報告指出，風機向大型化發(fā)展的主要驅(qū)動力是經(jīng)濟性：更高的風機和更長的葉片以及更大的掃風面積可以產(chǎn)生更多的能量，每千瓦時的本錢也更低。更大的風機還能捕捉較低速的風，使風電更加靠近居民中心。

但更高的功率并不是更長更大有時是更重的風機葉片的唯一訴求。客戶也�？达L機具有更長的壽命周期（最長25年），而且保養(yǎng)要盡量少，特別是對于海上和偏遠地區(qū)的風機，尤其要求如此。

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更嚴格的產(chǎn)品規(guī)范和更大型葉片設(shè)計的頻繁出現(xiàn)為新型芯材提供了更好的機遇。
(圖片版權(quán)所有：Shutterstock.com)

對于芯材供給商來說，例如位于美國俄亥俄州Miamisburg的WebCore技術(shù)公司，更加嚴格的產(chǎn)品規(guī)范和針對大型葉片的設(shè)計概念的日益增多，意味著新型夾心材料有著更好的發(fā)展機遇。

TYCOR ® W是WebCore公司的一種纖維增強復(fù)合材料芯材，彌補了輕木和聚氯乙烯(PVC)泡沫芯材的缺陷，滿足了風機葉片制造商對于本錢、重量、供給、質(zhì)量和一致性的需求。

TYCOR W的結(jié)構(gòu)由玻璃纖維和閉孔低密度泡沫組成，已經(jīng)在風能行業(yè)使用了兩年的時間。一家葉片制造商用該芯材取代輕木，以45米長的葉片為例，每根葉片的重量可以減輕325磅。葉片制造商還發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料芯材還具有傳統(tǒng)芯材不具備的其他上風，例如：

◆ 設(shè)計的優(yōu)化；
◆ 通過與芯材裝配商合作優(yōu)化葉片的生產(chǎn)；
◆ 改善灌注過程；
◆ 所用芯材的數(shù)目更少，面積更大 ；
◆ 芯材間隙的減少進步了葉片的均勻性。

芯材的選擇

隨著葉片變得越來越大，市場競爭加劇，葉片制造商正通過優(yōu)化他們的設(shè)計來保持競爭上風。

“葉片設(shè)計者和生產(chǎn)商可以通過往除多余的材料，并評估哪些材料可以在葉片的不同部位發(fā)揮最大功用，來優(yōu)化本錢和重量�！� WebCore公司銷售工程總監(jiān)Scott Campbell說�！暗菍τ诓牧�??樹脂、層壓材料和芯材的性能必須非常了解�！�

對于需要高強度芯材的葉片根部四周，輕木是一種良好的候選材料。但是，在生產(chǎn)大型葉片時，輕木的可變性會限制設(shè)計工程師進行優(yōu)化。由于輕木是一種自然生長的木制品，用于生產(chǎn)輕木芯材的不同木頭之間，其密度、強度和硬度變化是非常大的。即使精心挑選的密度大致相同的木頭之間，芯材的特性也有巨大的差別。

不同輕木制品之間的強度和硬度的差別很大。也就是說葉片設(shè)計者必須確保輕木具有足夠的結(jié)構(gòu)性能。這種木質(zhì)產(chǎn)品還會吸收水分導致尺寸變化。

TYCOR W是由合成材料制成的工程復(fù)合材料芯材，與輕木相比，其性能的一致性高得多。機械性能試驗表明，不同樣品內(nèi)之間的差別不是很大。由于TYCOR W性能的很大一部分可以在設(shè)計過程中得以發(fā)揮，因此非常輕易進行優(yōu)化，從而得到更加有效的葉片設(shè)計。

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TYCOR W由玻纖和閉孔的低密度泡沫組成

結(jié)構(gòu)泡沫，例如苯乙烯-丙烯腈(SAN)和PVC比輕木輕，一致性高，但承受的載荷較低，價格也更貴。若低密度泡沫要達到與輕木相同的強度和硬度，厚度要達到輕木的兩倍。由于這些因素，泡沫更適適用在葉片的低應(yīng)力區(qū)域，即中點到葉片的部分。

聚對苯二甲酸乙二酯(PET)泡沫是一種較新的泡沫芯材，比PVC泡沫性價比更高，但是比相同重量的PVC泡沫的強度和硬度要低。由于PET比大多數(shù)結(jié)構(gòu)泡沫要重，它不能明顯減輕重量。而且由于其價格具有上風，比輕木的一致性好，在風能行業(yè)正逐漸獲得認可。

WebCore留意到，制造商對于大型葉片生產(chǎn)的需求逐漸增多，共提供四種標準等級的TYCOR W產(chǎn)品，為設(shè)計者和制造商優(yōu)化葉片的設(shè)計提供了自由度，而且這種材料能夠應(yīng)用在整個葉片中。

例如，TYCOR W 4已被用于葉片高強度區(qū)域或葉根四周，且性能表現(xiàn)良好，具有較輕的重量、較高的本錢效益，可以取代相同厚度的自然輕木產(chǎn)品。TYCOR W 1和2比SAN和PVC泡沫更加具有本錢效益，同時保持了高度的一致性和較輕的重量，這些特性在葉片中部和葉尖部分的低強度芯材中也有體現(xiàn)。

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圖1：不同芯材的剪切模量

進一步的優(yōu)化

芯材的正確裝配也有助于葉片設(shè)計的優(yōu)化。通過與工具商緊密合作，WebCore公司可以改變其復(fù)合材料芯材的片材尺寸，同時可以將裝配速率進步10%之多。

芯材還可以影響樹脂的消耗量：樹脂的本錢和終極灌注而成的風機葉片的重量。輕木、SAN和PVC通常會被劃傷或切斷以有效控制樹脂的活動，確保樹脂的浸漬。

TYCOR W固有的可浸透的內(nèi)部纖維結(jié)構(gòu)和微小的泡沫蜂窩尺寸使得樹脂的浸透變得輕易，而且可控，也不會增加寄生樹脂的吸收。

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圖2：25 mm厚的芯材的比剪切模量

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圖3：真空灌注的25 mm厚的芯材的重量

這一特性降低了灌注部件的重量和本錢。一英尺厚的TYCOR W與同樣厚度的輕木相比，每平房英寸的面積均勻可以降低0.5磅的重量。由于TYCOR W芯材是均厚且有彈性的，曲面和平面部位所吸收的樹脂都更少。這些復(fù)合材料芯材不含雜質(zhì)，尺寸穩(wěn)定，有助于消除不均勻的曲面，以及由此產(chǎn)生的質(zhì)量題目。

“對于尋求進步競爭能力的制造商來說，采用TYCOR芯材所產(chǎn)生的這些上風可以使其與那些采用傳統(tǒng)芯材的設(shè)計者區(qū)別開來�！� Campbell說道。

芯材原料的穩(wěn)定供給也有助于制造商進步競爭能力。由于目前風機葉片市場正處于平穩(wěn)發(fā)展時期，快速的增長狀態(tài)預(yù)計最早會在2011年出現(xiàn)。就輕木來說，這種由于價格和物理性能而受到歡迎的傳統(tǒng)芯材，其未來的市場增長很可能會導致自然木制品供給的減少。

“葉片制造商�？丛谥亓俊⒈惧X和質(zhì)量方面有所改善，而對于一個追求快速增長和努力保持市場份額的公司來說，供給和穩(wěn)定性是最重要的�！� Campbell說。WebCore公司的復(fù)合材料芯材可以準時供貨，可以滿足目錄上的所有要求，幫助客戶降低本錢。

“我們用傳統(tǒng)且易得的復(fù)合材料原材料制備我們的芯材??直接拉制的玻纖粗紗、一些短切纖維氈和泡沫盡緣材料??因此供給永遠不會出現(xiàn)題目�！� Campbell指出。

這種復(fù)合材料芯材可以100%準時投遞。除此之外，TYCOR W從未由于質(zhì)量題目而導致工廠停工。正在申請GL認證并按照ISO質(zhì)量標準生產(chǎn)的復(fù)合材料芯材的原材料在裝配前要在WebCore公司的生產(chǎn)車間內(nèi)進行檢查。

“我們在生產(chǎn)的每個階段都會檢查我們的復(fù)合材料芯材，以確保其滿足新的質(zhì)量標準，這也是客戶不斷與我們約定以優(yōu)化他們的風機葉片的標準�！盋ampbell說。

未來的挑戰(zhàn)

面對更大更長的葉片制造過程中的挑戰(zhàn)，制造商必須精益求精產(chǎn)品的一致性和質(zhì)量。

同時，制造商需要確保他們的芯材目錄可以跟得上風機葉片市場的增長趨勢。對于活躍在全球市場上致力于解決生產(chǎn)困難的制造商來說，傳統(tǒng)芯材之外的TYCOR W材料可能是他們下一步的選擇。

更多信息：
WebCore Technologies LLC, 8821 Washington
Church Road, Miamisburg, OH 45342, USA;
tel.：+1-937-435-2200;
e-mail: scampbell@webcoreonline.com;
(end)

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收錄時間:2011年01月27日 23:16:11 來源:WebCore技術(shù)公司 Rob Banerjee來 作者:


        項目簡介


              隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，人類對于能源的需求也日趨增高，但可利用能源的稀缺性使得世界各國逐步關(guān)注新能源和可再生能源的發(fā)展。由于風電是減少二氧化碳排放的主要方式之一，各國政府都已表明將在政策上繼續(xù)支持本國的風力發(fā)電產(chǎn)業(yè)。中國風電裝機容量從2001年的40.2萬千瓦上升到2008年的1215萬千瓦，自2004年起中國風電裝機增長率持續(xù)高于全球平均水平。到2020年，中國的風電裝機將會突破1億千瓦。


              由于風場各機組之間距離少則幾百米，多則上公里，為了降低風機輸出電能的損耗和穩(wěn)定電壓，各風機需配置一臺箱式變壓器，然后并入100KV升壓變電站輸送到電網(wǎng)。所以在大規(guī)模風場中，如何完善對箱變的監(jiān)控至關(guān)重要。傳統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)主要通過升壓變電站的微機綜合保護來實現(xiàn)遠方調(diào)度。當前的風場采用無人值守，遠程監(jiān)控的方式，因此通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對箱變的各項指標進行檢測，就成為解決問題的最佳方案。不僅可以實現(xiàn)參數(shù)的集中監(jiān)測，也提升了管理的效率和數(shù)據(jù)的實時性，以便維護人員及時做決策，為風機電力的并網(wǎng)提供可靠的保障。


        系統(tǒng)需求


        ●需采集多個變壓器狀態(tài)點，包括：油溫、壓力、報警開關(guān)、瓦斯保護等數(shù)據(jù)
●易于整合現(xiàn)有的以太網(wǎng)絡(luò)
●編程簡單，維護方便
●定時、實時上報機制
●寬溫，適用于現(xiàn)場惡劣環(huán)境
●低功耗、緊湊式設(shè)計


        Moxa解決方案


              Moxa 第一代風電箱變監(jiān)測專用機智能以太網(wǎng)I/O ioLogik E2242支持4個AI和12個DI/O，可滿足箱變中對多個數(shù)據(jù)采集點的需求。不僅如此，ioLogik E2242提供以太網(wǎng)口，可以和現(xiàn)場的交換機相連，將采集的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)直接上傳至主控室，從而實現(xiàn)通過網(wǎng)絡(luò)遠程監(jiān)控風機箱變的作用。Moxa即將推出第二代風電箱變監(jiān)測專用機E1261，將更大程度滿足現(xiàn)場需求。


              在這個案例中，一個風場共有33臺1.5MW的風機，每臺風機搭配一臺箱變，因此在每臺箱變中選用一臺ioLogik E2242（或E1261），來采集箱變中的油溫、壓力、報警開關(guān)、瓦斯保護等參數(shù)數(shù)據(jù)。ioLogik E2242（或E1261）向上連接現(xiàn)場交換機，所有的交換機組成光纖環(huán)網(wǎng)，以確保數(shù)據(jù)可以實時的上傳至SCADA系統(tǒng)�；谶@種架構(gòu)，客戶只需極少的投入就實現(xiàn)了風機箱變的在線監(jiān)測功能，一旦發(fā)生問題，系統(tǒng)會自動報警，大大減少了人員的出差和后期設(shè)備維護成本,車間降溫風機。


              Moxa以太網(wǎng)I/O無需編程，自帶的Click&Go?軟件設(shè)置功能，在毫秒級的時間內(nèi)即可完成對前端的數(shù)據(jù)采集、處理、通訊工作。此外，支持Active OPC Server，可與SCADA系統(tǒng)兼容，提供ioLogik產(chǎn)品與SCADA系統(tǒng)的無縫整合。Active OPC Server與傳統(tǒng)的輪詢方式不同，可通過Moxa ioLogik系列產(chǎn)品提供與HMI/SCADA系統(tǒng)之間的主動式（Push）通訊，同時提供即時的I/O狀態(tài)報告。正因如此，這種主動通訊方式使得只有當事件驅(qū)動時，ioLogik才主動發(fā)送事件報告，相較于傳統(tǒng)的輪詢方式，這樣可以降低帶寬占有率高達80%，同時I/O響應(yīng)速度也提高了7倍。除了Active OPC Server之外，ioLogik還提供了Modbus/TCP和MXIO，讓您輕松和HMI/SCADA系統(tǒng)整合。


              在這個風機箱變在線監(jiān)測系統(tǒng)中，客戶將ioLogik E2242（或E1261）與遠端的SCADA系統(tǒng)整合，實現(xiàn)本地數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測，并通過網(wǎng)絡(luò)實時將數(shù)據(jù)傳送至SCADA系統(tǒng)。系統(tǒng)中原有的硬件、軟件投入得到完整保留，不需作任何的調(diào)整，從而保障了客戶前期投入。ioLogik E2242（或E1261）的高效率、穩(wěn)定高、兼容強的特點得到了客戶的極大認同，日后將更多的應(yīng)用在風電箱變在線監(jiān)測系統(tǒng)中。


    ,地溝送風;    系統(tǒng)配置圖

 


        為什么選擇Moxa？


        ●ioLogik E2242（或E1261）支持多種I/O類型，滿足現(xiàn)場箱變監(jiān)測需求
●ioLogik提供RJ-45以太網(wǎng)口，易于整合現(xiàn)有的以太網(wǎng)絡(luò)
●支持Click&Go?，編程簡單，維護方便
●支持定時、實時上報機制
●支持-40~75℃，適用于現(xiàn)場惡劣環(huán)境
●低功耗、緊湊式設(shè)計
●Moxa在工業(yè)設(shè)備領(lǐng)域超過20年的產(chǎn)品經(jīng)驗


        應(yīng)用產(chǎn)品介紹


        ioLogik E2242

 


        ●4個差分模擬輸入通道
●12個DI/DO可配置通道
●通過TCP、UDP、e-mail和SNMP Trap立即報告事件
●通過Utility和web兩種方式進行配置
●簡單易用的Click&Go Logic可實現(xiàn)本地控制




柳州鋼廠燒結(jié)車間的主抽風機變速驅(qū)動實現(xiàn)了大幅度的節(jié)能
    
　　在能源消耗、維護停工時間和產(chǎn)品質(zhì)量方面，羅克韋爾自動化新的同步電機變頻系統(tǒng)已經(jīng)出現(xiàn)可喜的進步，每年節(jié)約資金400,000，因而兩年內(nèi)收回了投資。


         背景


         　　廣西柳州鋼廠位于中國廣西省，是中國船舶制造行業(yè)厚鋼板主要的生產(chǎn)商之一。2000年11月，工廠開始升級其燒結(jié)車間的主抽風機的變頻系統(tǒng)，目標是節(jié)能并進步產(chǎn)品質(zhì)量。


         　　燒結(jié)車間是為煉鐵高爐預(yù)備鐵礦石的前道工序，是煉鋼過程中的一個重要組成部分。壓碎的鐵礦石經(jīng)過一個高溫焙燒爐（1,300到1,500攝氏度），在那里鐵礦石形成塊狀，稱為“燒結(jié)礦”。對于高質(zhì)量燒結(jié)礦的生產(chǎn)過程來說，關(guān)鍵是要控制好焙燒爐內(nèi)的氣流和氣壓??這是主抽風機的任務(wù)。


         　　以前，焙燒爐的風量通過控制主抽風機的輸出來調(diào)節(jié)。應(yīng)用這種方法，不管需要多大的風量，風機電機始終以最高速度連續(xù)地運行。這樣，除了效率不高外，氣流和氣壓也很難得到精確控制，導致燒結(jié)礦的質(zhì)量不穩(wěn)定。車間產(chǎn)量的5%經(jīng)常是廢物，而12%的產(chǎn)品則需要回爐。最近，柳州鋼廠申請了一個名為“優(yōu)化燒結(jié)礦質(zhì)量技術(shù)”的專利，該技術(shù)可以實時優(yōu)化過程參數(shù)，例如燒結(jié)過程中的濕度、氣流和負壓。為了實現(xiàn)此項技術(shù)，需要的良好的過程控制，柳州鋼廠治理者決定采用羅克韋爾自動化變頻技術(shù)更新主抽風機電機。


         挑戰(zhàn)


         　　更新過程中一個重要的要求就是新的變頻技術(shù)和原來設(shè)備的集成。這其中包括主抽風機電機?一個6KV 、2,000KW的同步電機，超過10年?和一個備用的同步電機。由于每個電機有不同的勵磁電壓和電流，所以解決方案必須是可調(diào)的，以滿足每個電機的同步勵磁。


         　　在變頻器離線過程中，新的系統(tǒng)要求具有旁路接到50Hz干線電網(wǎng)的能力，這期間，使用同步電機的勵磁調(diào)節(jié)器。


         解決方案


         　　柳州鋼廠與羅克韋爾自動化中國中壓解決方案小組一起開發(fā)出了電機變頻器解決方案�！拔覀冞x擇羅克韋爾自動化是由于它具有可靠的產(chǎn)品、先進的技術(shù)和良好的技術(shù)服務(wù)，”柳州鋼廠電氣設(shè)備處的吳韋君（音譯）這樣說道，“我們信任羅克韋爾自動化�！�


         　　羅克韋爾自動化提供的超乎平常的解決方案包括一臺同步電刷型電機起動器并帶有勵磁可調(diào)節(jié)的勵磁調(diào)節(jié)器。電機起動器采用十八脈沖逆變器、十八脈沖干式變壓器和十八脈沖整流器。


         　　采用勵磁可調(diào)的勵磁調(diào)節(jié)器可以滿足主同步電機和備用電機不同的勵磁需求。使用輸進/輸出/旁路接觸器柜可以使系統(tǒng)具有旁路導通的能力，答應(yīng)使用相同的勵磁系統(tǒng)，可以直接把電機接到6KV干線電網(wǎng)中。


         　　新系統(tǒng)和原來電機的集成采用調(diào)節(jié)主抽風機電機的速度來控制焙燒爐的風量，而不采用擋板裝置控制主抽風機的輸出。另外，電機可以平滑的起動和停止。


         　　根據(jù)需要的設(shè)定，這個基于變頻器的電機控制系統(tǒng)被集成到變頻器的閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)體系中。使用PID控制可以實時的調(diào)整燒結(jié)過程中的參數(shù)。


         結(jié)論


         　　新的電機變頻系統(tǒng)自從2001年4月投進運行以來，僅有兩天的停工時間，至今已為柳州鋼廠帶來各方面的節(jié)約�！八鼛淼牟粌H僅是明顯的節(jié)能效果，”羅先生說，“Allen-Bradley公司產(chǎn)品的可靠性減少了由于維護和設(shè)備故障引起的停工時間。它也使得我們優(yōu)化了燒結(jié)過程�！笨偟膩碚f，燒結(jié)廠每年的經(jīng)濟效益增加了大約四十萬美元。


         　　明顯的節(jié)能效應(yīng)是通過減小主抽風機電機的均勻速度來完成的，目前運行在全速的85%，就可節(jié)約電能63%??即每年二十萬美元的收益。盡管現(xiàn)在柳州鋼廠也在晝夜不停的生產(chǎn)，系統(tǒng)具有的斜坡加速能力?所謂的軟起動?估計每年也能節(jié)約兩萬美元的維護用度。綜上所述，柳州鋼廠主主抽風機電機的升級項目兩年半內(nèi)收回了投資。


         　　令柳州鋼廠特別興奮的事是這次升級帶來的產(chǎn)品質(zhì)量的進步，相當于節(jié)約開支十八萬八千美元。羅說，“回爐率下降了幾個百分點，然而更重要的是，廢品率幾乎下降為零�！边@應(yīng)該回功于系統(tǒng)實現(xiàn)的強大的通訊能力和良好的控制精確度??系統(tǒng)動態(tài)調(diào)節(jié)過程參數(shù)的能力使得可以生產(chǎn)更加穩(wěn)定均勻的產(chǎn)品。


         　　下面的結(jié)構(gòu)圖描述了羅克韋爾自動化對信息化企業(yè)的概念。褐色虛線內(nèi)的區(qū)域表示本文中討論的目前的自動化水平。其余部分說明了目前羅克韋爾自動化所能夠提供的從車間到企業(yè)以及更高層次集成的諸多的解決方案。


        


         　　INTEGRATING PLANT FLOOR THROUGH THE ENTERPRISE AND BEYOND


         　　整個企業(yè)以及更高層次綜合的車間層


         　　MAXIMIZE ROI THROUGH IMPROVED YIELD & SPEED


         　　通過改進生產(chǎn)和運行速度進步產(chǎn)品投資回報（ROI）


         　　MAXIMIZE ROA THROUGH NON-INTERRUPTED OPERATION


         　　通過不中斷的運行獲得最大的資產(chǎn)回報（ROA）


         　　Remote Diagnostics Management 遠程診斷治理


         　　MRO Suppliers MRO供貨商


         　　Supply Chain Partners 供給鏈合作伙伴


         　　Computerized Maintenance Management System 計算機化的維護治理系統(tǒng)


         　　Plant Supervisory /Advanced Diagnostics 車間治理/高級診斷


         　　Modeling /Data Analysis /OEE Analysis /Scheduling /Tracking /Transacting


         　　模型/數(shù)據(jù)分析/OEE分析/進度/跟蹤/交易


         　　Conditions Based Monitoring 基于監(jiān)視的情況


         　　Control System Processor 控制系統(tǒng)處理器


         　　Legacy Devices 遺留的設(shè)備


         　　Drives 變頻器


         　　Motors 電機


         　　Field Devices 現(xiàn)場設(shè)備 MV SMC 中壓SMC


         　　The Web 網(wǎng)絡(luò)


         　　Metals 金屬


         　　e-Marketplace 電子交易市場


         　　Enterprise Systems 企業(yè)系統(tǒng)


         　　Sales & Operations Planning, 銷售和實施計劃


         　　Material Requirement Planning, 原料需求計劃


         　　Capacity Requirement Planning, 生產(chǎn)量需求計劃


         　　Supply Chain Management, 供給鏈治理


         　　Level 2 Host Computer 第二層主機


         　　Manufacturing BusinessWare 產(chǎn)業(yè)商務(wù)軟件


         　　Recipe Management, 配方治理


         　　Production Scheduling, 生產(chǎn)進度


         　　Material Tracking, 原料跟蹤


         　　Product Change Over on the Fly, 非工作期間產(chǎn)品改變


         　　Data & OEE Analysis 數(shù)據(jù)和OEE分析


         　　Automation Platforms 自動控制平臺


         　　Master Drive Controller, 主變頻器控制器


         　　Line Coordinator, 線性調(diào)節(jié)器


         　　Process Monitor, 過程監(jiān)視


         　　Gauge Control 丈量控制


         　　Automation Components 自動控制部件


         　　Smart Maintenance, 智能維護


         　　Modernization 現(xiàn)代化

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收錄時間:2011年02月14日 05:54:10 來源:中國傳動網(wǎng)"+"\r\n原文網(wǎng)址："+d 作者:


風機主軸支撐的優(yōu)化設(shè)計
    
目前，在風力發(fā)電機主軸位置上固定端使用一個雙列調(diào)心滾子軸承的方案，并不是一個值得優(yōu)先考慮的方案，并且在未來的設(shè)計中應(yīng)該避免,負壓風機廠家。本文主要講述了在風力發(fā)電機主軸位置一端采用雙列圓錐滾子軸承，另一端采用圓柱滾子軸承方案的好處。分析表明使用預(yù)緊的雙列圓錐滾子軸承可以進步主軸的剛性，從而減小軸承滾道和齒輪箱輸進零部件發(fā)生假性壓痕的可能性。預(yù)緊并優(yōu)化的內(nèi)部游隙甚至可以在最極真?zhèn)�風力情況下，確保很好的系統(tǒng)穩(wěn)定性，滾道的外形經(jīng)過優(yōu)化后甚至可以在非常大的偏心情況下正常使用。

有一些風力發(fā)電機在主軸位置上使用兩個調(diào)心滾子軸承。固定端調(diào)心滾子軸承承受軸向力和徑向力，浮動端調(diào)心滾子軸承只承受徑向力。安裝時兩個軸承都有一定的徑向游隙這對軸承軸向和徑向的剛性有著重要的影響。因此，主軸的徑向偏移和軸承軸向移動都要受到初始游隙及軸孔配合的影響。減小軸承的徑向偏移對進步軸承和系統(tǒng)的性能都有好處。在固定端使用一個預(yù)緊的雙列圓錐滾子軸承，在浮動端使用圓柱滾子軸承對于風機主軸來說是一種更好的軸承布置形式。

圖1 給出的是一個典型風力發(fā)電機上葉片受力圖。在運行中，徑向力主要來自重力，水平力主要來自風，轉(zhuǎn)子的軸向力和傾覆力矩來自葉片。用來做分析比較的工況是由恒速16 r/min下500多種不同受力情況合成的一個當量載荷工況。

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圖1 典型風力發(fā)電機葉片的載荷分布情況

圖2是用于軸承系統(tǒng)分析的主軸模型。力Fx、Fz以及扭矩My、Mz作用于離固定端軸承2000 mm的殼體中心。來自風的水平力Fy和Fz相比非常小，因此在我們的分析中忽略不計。軸承之間的跨距為1000 mm，齒輪箱重量（在我們的分析中假定200 000 N）作用于離固定端軸承2500 mm的軸端。

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圖2 主軸模型，軸承使用ISO VG320黏度的油脂進行潤滑，運行溫度假定40 ℃

圖2在中心線上給出了布置雙列圓錐滾子軸承和圓柱滾子軸承的方案，中心線下是兩個調(diào)心滾子軸承的方案。

鐵姆肯公司的專家們進行了大量的實驗，結(jié)果表明雙列圓錐滾子軸承加圓柱滾子軸承的方案調(diào)整壽命要比調(diào)心滾子軸承方案長。甚至在雙列圓錐滾子軸承的額定承載能力低于調(diào)心滾子軸承的情況下，圓錐滾子軸承由于可以預(yù)緊，所以它的表現(xiàn)要強于調(diào)心滾子軸承。預(yù)緊可以改善兩列滾子間的荷載分布情況和承載區(qū)。

圖3是主軸徑向變形和位置的關(guān)系曲線，顯示了裝有預(yù)緊雙列圓錐滾子軸承的主軸變形要比裝有調(diào)心滾子軸承的小。這有兩個原因：首先是和調(diào)心滾子軸承一直有徑向游隙相比，雙列圓錐滾子軸承有0.500的預(yù)緊，進步了系統(tǒng)的剛性。其次，雙列圓錐滾子軸承改善了雙列滾子之間的載荷分布，減小了每列的徑向和軸向變形。

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圖3 主軸變形

風力發(fā)電機的主軸既有徑向偏移，又有軸向偏移。實際上，主軸的軸向偏移直接傳遞到齒輪箱的輸進軸。除非對調(diào)心滾子軸承的徑向游隙，軸向游隙控制以及行星輪的定位做特別處理，否則軸向的偏移會對齒輪箱里行星架支撐軸承產(chǎn)生不利的影響。

主軸的軸向偏移取決于系統(tǒng)的剛性和固定端軸承的內(nèi)部游隙。在固定端使用預(yù)緊的雙列圓錐滾子軸承后，主軸右真?zhèn)�軸向偏移幾乎比使用調(diào)心滾子軸承時減少4倍。減小軸向偏移可以減小軸向擠壓齒輪箱輸進軸的風險，這非常重要。

在一端固定、一端浮動的軸承布置情況下，固定端軸承（雙列圓錐滾子軸承或調(diào)心滾子軸承）同時承受徑向力和軸向力，而浮動端軸承（圓柱滾子軸承或調(diào)心滾子軸承）只承受徑向力。由于軸向力作用方向是從轉(zhuǎn)子端指向齒輪箱真?zhèn)�，因此不管是使用雙列圓錐滾子軸承還是使用調(diào)心滾子軸承，只有靠近齒輪箱一真?zhèn)�一列滾子承受所有的軸向力，見圖4。

對于雙列圓錐滾子軸承來說，兩列滾子間的載荷分配有所改善，對于調(diào)心滾子軸承來說，大部分時間里所有的力只有一列滾子承受。

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圖4 軸承的承載區(qū)比較

雙列圓錐滾子軸承兩列同時承載是由于：圓錐滾子軸承是預(yù)緊的，消除了內(nèi)部游隙；另外，預(yù)緊進步了徑向和軸向的剛性從而降低了運行中的變形，在低速運轉(zhuǎn)的情況下，應(yīng)用于風力發(fā)電機的優(yōu)化承載區(qū)可為用戶帶來確確實實的好處。

在低速運轉(zhuǎn)時，滾子出了承載區(qū)后會失往附著力和轉(zhuǎn)動速度，從而由保持架推動它們。當滾子重新進進承載區(qū)后，在受載情況下重新獲得附著力和轉(zhuǎn)動速度，可能會發(fā)生滑動和斑點剝落。這種滑動和剝落會進一步造成滾道和滾子在上述斑點處的大面積磨損，同時也會對承載區(qū)油膜形成帶來不利的影響。

另外，這種滑動和剝落會帶來很大的滾道/滾子次表層拉剪應(yīng)力。這種拉應(yīng)力結(jié)合拉伸環(huán)應(yīng)力、殘余熱處理應(yīng)力以及轉(zhuǎn)動接觸應(yīng)力可能造成過早的軸向裂紋的形成。即使有足夠的油膜或者抗極壓添加劑來防止金屬和金屬的接觸，滾子的滑動也會產(chǎn)生同樣大的拉伸應(yīng)力。速度、滑動、滑移和剝落所帶來的題目在脂潤滑的情況下會更糟。這是由于油脂黏度更大，會阻礙承載區(qū)外的轉(zhuǎn)動運動。

調(diào)心滾子軸承的表現(xiàn)比較差是由于大部分時間都只是一列滾子在受力。這種情況在大直徑的調(diào)心滾子軸承情況更輕易發(fā)生，由于大直徑調(diào)心滾子軸承的內(nèi)部游隙可以轉(zhuǎn)化為球體內(nèi)相當大的軸向間隙。在外部作用力下，內(nèi)圈相對于外圈會發(fā)生從左到右的偏移，直到右邊一列滾子和外滾道接觸為止。在這種情況下，雙列調(diào)心滾子軸承的游隙都作用于左邊一列滾子，使得左邊滾子和外滾道脫開從而大部分時間不承載。

一列滾子不承載會帶來很多題目，包括：調(diào)心滾子軸承的承載能力降低，樣本壽命降低；由于單列承載會引起系統(tǒng)的軸向承載，滾子端面和擋邊可能接觸，這會帶來更多的發(fā)熱量，對潤滑、軸孔配合及壽命的影響會更加復(fù)雜；不承載的一列滾子一直由保持架推動，幾乎沒有轉(zhuǎn)動，這會造成滑移滑動，并出現(xiàn)先條件過的相應(yīng)題目；在靜載情況下發(fā)生假性壓痕等。

應(yīng)力大小和承載區(qū)大小相關(guān)，系統(tǒng)有更好的承載區(qū)是非常重要的，當載荷由很多滾子以及兩列滾子承受時應(yīng)力值會小一些。

在當量載荷工況下雙列圓錐滾子軸承的應(yīng)力大小在所有情況下都比較好，調(diào)心滾子軸承的應(yīng)力要比圓錐滾子軸承大。對于靠近轉(zhuǎn)子那一列調(diào)心滾子來說，在一些運行工況下幾乎沒有應(yīng)力，由于這一列沒有承載。

風機主軸軸承布置包括固定端和浮動端，雙列圓錐滾子軸承加圓柱滾子軸承的方案相比兩個調(diào)心滾子軸承的方案有著很大的上風，這是由于雙列圓錐滾子軸承提供了非常好的徑向和軸向承載能力，其預(yù)緊的雙列圓錐滾子軸承改善了承載區(qū)從而更好地分配了載荷，進步了樣本壽命；雙列圓錐滾子軸承的游隙是預(yù)緊的，提供了很好的靜態(tài)和動態(tài)剛性。此外，其還具有以下上風：減小主軸的軸向偏移；最大程度進步系統(tǒng)的剛度；優(yōu)化了預(yù)緊，最大程度地進步承載區(qū)和軸承調(diào)整壽命；在運行時是純轉(zhuǎn)動從而減小滾子滑移；減小了軸向偏移從而降低滾道發(fā)生疲憊損壞的風險，而且在靜載下降低了假性壓痕的可能性，并降低了軸向擠壓齒輪箱輸進軸的風險；雙列圓錐滾子軸承優(yōu)化過的滾道外形可以在比較高的偏心情況下正常運行等。(end)

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收錄時間:2011年01月29日 18:34:01 來源:鐵姆肯公司 Laurentiu Lonescu， 作者:


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