传动与控制技术 风力发电机组
The Drive & Control Company
2
风力发电机组技术 | 产品概述
运动永不休止: 传动与控制技术
在全世界范围内,风力发电占 总发电量的比例越来越大.然 而,这些风力发电机组的制造 商所面临的挑战也日趋严峻. 风力发电场的规模越来越大, 甚至必须在北极,沙漠和近海 地区等极端环境下工作.作为 电-液驱动和传动系统制造商, 力士乐已成为风力发电机组领 域最具竞争力的合作伙伴和全 面供应商. 广泛的产品供应范围 无论采用传统的传动轴-齿轮箱-发 电机系统解决方案, 还是采用直接 驱动方案, 力士乐都能为各类风力 发电机组配备合适的齿轮箱系统. 在机械传动技术领域, 力士乐研发 并生产制造各类齿轮箱, 以满足风 力发电机组装置的需求. 高效的发 电机齿轮箱能将转子的低转速转变 为发电机输入端的高转速, 高精度 的偏航驱动装置可以连续持久地跟 踪风向, 结构紧凑的变桨驱动装置 可用于桨叶的调整. 作为传动技术领域的领先供应商, 我们也为风力发电技术提供完整的 系统解决方案. 产品供应的范围, 包 括高动态性能的液压变桨调节系 统, 高可靠度的传动系制动器, 以及 偏航驱动装置制动器.
3 博世力士乐 您的传动与控制公司 桨叶调整 电动桨叶调整 4
6 6
电-液桨叶调整
8
额定功率高达 2,000 kW 的发电机齿轮箱
10
用于兆瓦级以上发电机的差动齿轮箱
12
偏航驱动装置 传动链制动器及偏航制动器 服务
14 16 18
4
风力发电机组技术
永不止步: 力士乐的成长之路
风力发电机组中应用的驱动系 统, 必须满足许多特殊的要求. 除因气候原因产生的应力以外, 设计师与工程师还必须确保风 力发电机组能够满足各种风力 载荷, 更高的功率输出, 结构紧 凑的安装空间, 以及装置重量轻 便等技术要求.
经验与专业知识 力士乐生产传动系统组件已有百 年历史. 早在九十年代初, 我们就 已生产出 3.2 兆瓦级的风电机组 齿轮箱, 并因此而成为早期参与风 机技术研发的企业. 通过与著名 大学的长期合作, 并在减摩轴承 我们的产品得到 制造商的支持下, 了持续不断的改进和完善. 在风 力发电产品部, 更是汇集了力士乐 公司的专业知识和技术专长. 作为 风力发电机组制造商的优秀合作 伙伴, 公司还不断强化在风力发电 产品领域的优势地位.
营销和设计方面的竞争力 行业专用的传动系统解决方案, 其重要性正在不断增大. 力士乐 非常关注这一发展趋势, 并建立了 多个市场导向型的应用研发中心. 可再生能源和产品方面的专家们 正随时待命; 他们不仅熟悉传动 技术和液压技术, 而且还十分了解 具体的应用要求. 因此, 力士乐能 够为每一个风力发电机组项目提 供客户定制的个性化解决方案. 为客户提供个性化的工程技术服 务, 已成为力士乐的强项之一. 其 优势在于, 客户可以分享到力士乐 在行星轮系, 液压元件和创新能源 领域几十年所积累的经验结晶, 制造与测试领 以及力士乐在工程, 域的专业技术. 在生产制造每一 个复杂元件之前, 力士乐就已完成 了精确的 FEM 计算. 力士乐从齿轮箱的设计开始, 就 已保证了齿轮箱具有最高的安全 性和可靠性. 在设计与研发方面, 力士乐的资深工程师都使用先进 的计算机软件来实现齿轮箱组件 的设计与优化.
仿真
5
对于样机的测量, 力士乐积累了多 年的行业经验. 例如, 我们在这一 领域中进行空气噪音, 结构噪音, 以及扭矩和负载的测量. 自始至终的优异性能 我们知道, 产品质量在很大程度上 取决于对供应商的正确选择. 因 此, 力士乐所有的供应商都必须满 足由力士乐制定的高质量标准. 质 量意味着从一开始就做正确的事: 从机加工到热处理和装配, 还包括 喷涂和发货等环节. 在此, 检测, 我们采用了 DIN EN ISO9001:2000 质量管理体系, 它是保障产品长期 符合高质量标准的基础. 不仅如 此, 力士乐关心的另一个领域是环 多年来, 力士乐在一直执 境保护. 行 DIN EN ISO 14001 的环境保 护管理体系. 现代热处理方法对传动装置及零 件质量具有决定性的影响. 力士乐 在热处理技术方面积累的丰富经 验, 对于确保齿轮箱满足最高的质 量标准(比如: 强度, 承受载荷能 力, 致密性及使用寿命)具有重要 意义.
在齿轮箱组件及轮齿的生产制造 方面, 力士乐也已积累了几十年的 切削和研磨专业技术经验, 并且还 在不断地发展完善, 这是确保产 品最佳质量的基础. 力士乐在先 进加工设备方面进行了全面而系 统的投资, 也确保了产品质量及经 济效益. 力士乐生产的所有元件 都在试验台上经过了严 在发货前, 格的质量标准检测. 在力士乐的 生产设备中, 发电机齿轮箱都要 经过名义载荷最高达 5MW 的满 负荷测试. 其它各种专用的测试条 件, 都必须满足客户要求规范. 依 靠先进的软件测试技术, 可以记录 设备的温度及噪音特性.
热处理
研磨
REDULUS GPV 装配
6
风力发电机组技术 | 桨叶调整 | 电动方式
实时跟踪风向: 电动桨叶调整
在海拔 100 米的高度, 风力十 分强劲. 结构紧凑的变桨驱动装 置可随时驱动叶片, 以确保叶片 总是处于最佳的受风位置. 除了可靠性要求以外, 位置的精 确性极为重要. 以液压或电机为 动力的变桨驱动装置, 则可以满 足这些技术要求. MOBILEX GFB 型变桨驱动装置 力士乐可以提 供 全系 列 的 MOBILEX GFB 型行星齿轮箱, 以 满足各种大小尺寸的风力发电机组 的需求. 这一方面, 我们可以汲取 40 年来在回转齿轮箱制造方面的经 验, 开发电动变桨驱动装置.
MOBILEX GFB 型变桨驱动装置 的技术特性: 输出扭矩从 3 至 28 kNm 传动比在 60 至 200 之间 紧凑型, 空间集约型两级乃至三 级行星齿轮箱 可选的锥齿轮系 坚固耐用的抗磨轴承 可配备电机附件 安装简易 更换润滑油方便 运行噪音低
7
这些结构紧凑的驱动装置, 包括配 备有输出小齿轮和电机的一套行星 轮系. 由于电机驱动的变桨驱动装 置随着传动轴心不停地旋转, 因此 必须配有专用的密封系统. 如果安 装条件受限, 输入端就必须采用锥 齿轮轮系.
力士乐变桨系统的结构 在开发电动桨叶调整系统时, 最首要 考虑的问题, 是保证其最大的可靠性 和稳定性. 通过改变叶片的控制和 监控方式, 并在主控级和驱动控制 器之间进行冗余数据交换, 即可达 到上述要求. 因而在必要时, 某台驱动控制器的 功能就可由其邻近的驱动控制器代 为执行, 确保风力发电机组仍能有 效发电.
转轴控制柜 1 驱动控制器
转轴控制柜 2 驱动控制器
转轴控制柜 3 驱动控制器
冗余主控制级连接 冗余跨域通信 安全链路
安全装置 UPS UPS
安全装置 UPS
安全装置
电动桨叶调整的技术特性: 可变的功率范围 免维护的交流电机 具有双层电容的UPS 具备反馈功能的驱动控制器 无需驱动控制器的应急操 作功能 每根转轴都配备独立的能 源管理系统 在线系统诊断功能
8
风力发电机组技术 | 桨叶调整 | 电-液方式
强大的,灵活的: 电-液桨叶调整
即插即用(PnP) 装配完成后, 所有的变桨驱动装置 都必须在试验台上进行适当的功能 测试, 并由力士乐员工确保各种电 气 模 块都已实 现合 理的匹配.这 样, 就可以在设备运抵后确保立即 进行安装和运行. 因此, 复杂的信号 匹配及电气参数的调整过程都可以 省略——即插即用.
自动防故障装置的特性 液压变桨控制系统 每一套系统中的液压变桨驱动装 置, 都具有期望的各种特性: 强大 的驱动力, 紧凑型结构, 分布式信息 指令, 高动态性能以及长使用寿命 和高可靠性. 通过在各个液压元件之间建立逻辑 连接器, 实现了每一台变桨驱动装 置的自动防故障功能. 这一功能由 于基于纯机械原理, 因而具有极高 的可靠性. 而如果机构运行的复杂 性上升, 则液压蓄能器所驱动的转 子叶片不需外部控制作用就能进入 安全的末端位置.
9
Lead-in
分布式智能控制 内置处理器和存储器的比例阀, 能 完成从简单的开环控制到复杂的闭 环反馈控制等各种控制功能, 从而 减小对主控系统和总线系统的控制 负担.
液压能供给 没有压力就不会产生动作. 即使最 智能化的液压系统也需要压力来进 行驱动. 由于液压油无固定的形状, 所以液压设备可在最小的安装空间 内使用. 力士乐生产的高品质液压元件, 必 须配备高纯度的液压油和精细过滤 器, 以及保持最佳操作温度的冷却 器和加热器, 这是保证液压元件长 使用寿命的前提条件. 使用带液压蓄能器的液压控制式变 量柱塞泵, 可以输出很高的驱动力 且占空间小, 能源利用率高. 分散布置 液压系统中的独立功能模块无需排 列布置. 使用柔性联接器连接各独 立模块, 可以使得整个液压系统最 优化地集成在风力发电机组中.
电-液变桨控制系统的 技术特性: 精确的可控性 高度集成 紧凑型设计 可靠的自动防故障功能 集成的安全功能 简单试运行 长使用寿命 高保证的环境兼容性 柔性化布置 所有通用模拟量和数字量 接口
10
风力发电机组技术 | REDULUS GPV 型发电机齿轮箱 | 用于额定值高达 2,000 kW 的机组
安静而可靠的 REDULUS GPV 型发电机齿轮箱
在丹麦的沿海地区, 北海面上有一 处风力发电场. 这里风力强劲, 西 南风可达 8 蒲福级. 恶劣的气候条 件, 要求风力发电机组具有高强度 的发电机齿轮箱. 发电机齿轮箱是风力发电机组传动 系的核心元件. 轿车齿轮箱的设计 寿命为 2000 小时, 而发电机齿轮 箱的可靠运行时间为 20 年, 也即 175,000 小时运行时间. 这就是 REDULUS GPV 的魅力. 日复一日, 永不停息!
海上风力发 电场
11
紧凑型设计的 REDULUS GPV 型 由一个行星轮系和 发电机齿轮箱, 两个平行轴螺旋齿轮系组成, 它已 在多种额定功率达 2MW 的风力发 同时, 力士乐也 电机组中得到应用. 开发为客户专门定制的解决方案, 以尽量满足不同风电机组配置的需 求. 齿轮箱内的外齿轮采用表面硬 化处理工艺, 而内齿轮的齿部采用 渗氮硬化处理工艺.
力士乐在热处理技术领域中的丰富 经验, 对确保齿轮箱能够满足最高 质量标准(如: 强度, 承受载荷能力, 致密性及使用寿命)具有重要意义. 我们也意识到客户希望齿轮 当然, 早在40 箱具有良好的低噪音特性. 年前, 力士乐就为巡洋舰生产制造 从当时帮助乘 大型低噪音齿轮箱. 客实现良好睡眠的低噪音齿轮箱技 术直至发展到今天的静音发电机齿 除设计要求外, 高精度 轮箱技术. 的齿形研磨处理工艺也使得噪音被 控制在机舱内, 而不外泄.
用于600到2000 KW之间风电机组 的REDULUS GPV的技术特性: 传动比范围:50-120 客户定制的个性化解决方案 满足力士乐设计标准,确保产品 最长使用寿命 由于采用一个行星轮系和两个平 行轴螺旋齿轮系的组合,故结构 紧凑 齿轮的外齿采用表面硬化处理 工艺 螺旋齿行星齿轮系 内齿轮的齿部采用渗氮硬化处理 工艺 高强度抗磨轴承 行星轮系轴承采用注射润滑,及 可选冷却系统 传动轴和空心输入轴通过收缩盘 连接 压力与温度监控传感器 低噪音特性
12
风力发电机组技术 | REDULUS GPV-D 型差动齿轮箱 | 额定功率 2,000 kW 以上
结构紧凑的 REDULUS GPV-D 型差动齿轮箱: 用于兆瓦级以上
设计工程师正面临更多的挑战, 他们不得不紧跟兆瓦级以上风力 发电机技术的发展步伐.对研发 人员新的要求是,必须能够开发 出更紧凑的齿轮箱,且尺寸, 重量应越小越好.通过使用多 重功率分流的设计方案,新型 REDULUS GPV-D差动齿轮箱则 可以满足这些要求. 这与传统的兆瓦级以上发电机齿 轮箱相比差别很大.此设备的输 入级,并不是仅限为一级由4个或 更多行星轮组成的行星轮系,相 反,REDULUS GPV-D包括两个 输入级,每个输入级包含三个行 星轮,而这两个行星轮系的太阳 轮则按照设定的最佳耦合匹配关 系各自输出功率.
13
REDULUS GPV-D 的主要优点 在于其相对小巧的直径尺寸,且 总长尺寸增加很少.与当前正在 服役的传统齿轮箱相比,它使风 力发电机组的重量指标性能提高 了15%,且并不影响其可靠性. 在此,零部件外形尺寸的减小对 重量指标性能起到了关键作用: 如差动行星齿轮传动系统结合外 啮合平行轴齿轮系的应用,选用 抗磨轴承,及采用与1.5-2MW级 齿轮箱相似尺寸的REDULUS GPV-D专用行星架等.客户通过 使用力士乐批量生产的高可靠度 和高品质的产品,以保障自身利 益.
差动设计的功能原理 行星轮系的第一级实现功率分配.通过 传动轴转动,部分功率直接从行星架传 递到第一级行星轮系,其余功率作为无 损耦合功率被传递到第二级行星轮系旋 转的内齿圈上.功率分配的百分比由三 级行星轮系固定的齿轮齿数比决定. 第一级行星轮系太阳轮的速度与差动行 星轮系行星架的速度一致.而且,第二 级行星轮系太阳轮的速度与差动行星轮 系内齿圈的速度一致.内齿圈和差动行 星轮系行星架的速度共同产生一个太阳 轮累积速度,从而实现功率合流.
用于2300KW风力发电机组的 REDULUS GPV-D 的技术特性: 传动比范围: 70-150 用户定制的个性化解决方案 满足力士乐设计标准, 确保产品 最长使用寿命 带两级行星轮系, 一个差动轮系 和一个平行轴齿轮系的差动设计 概念. 齿轮的外齿采用表面硬化处理工 艺 内齿轮的齿部采用渗氮硬化处理 工艺 高强度抗磨轴承 润滑油系统对所有轮齿啮合点和 轴承进行循环供油润滑, 及可选 冷却系统 压力与温度监控传感器 低噪音特性 由于采用模块化设计, 维护简易
14
风力发电机组技术 | MOBILEX GFB 型偏航驱动装置
持续跟踪风向 MOBILEX GFB 型偏航驱动装置
施勒苏益格-荷尔斯泰因州, 位于北 海和波罗的海之间. 除去那些无风 的日子, 即使在阳光灿烂的日子里, 风力发电机组也可以运行. 如果风 向从西北向北变化 8 度, 则传感器 将会把感测到的信号传输到控制系 统, 控制偏航驱动装置将机舱定位 到合适的位置. 独立驱动系统的精 度与性能是决定因素. 坚固且动力 强劲的MOBILEX GFB 型偏航驱 动装置可以完美实现这一切.
15
自1968年以来, 行星轮系齿轮箱就 已列入力士乐的产品供应范围. 到 了8 0年代, 力士乐的工程技术人 员从起重机械的齿轮箱中汲取技 术经验, 并开始研发能够满足机舱 偏航控制的驱动装置. 无论型号大 小, 力士乐都可以为各类风力发电 机提供全系列的MOBILEXGFB型 产品. MOBILEXGFB产品输出扭 矩在8kNm 到 150kNm 之间, 4 而 级行星齿轮系的传动比在 700:1 到 2000:1 之间.
偏航驱动装置由4级行星轮系组成, 并配备有电机和输出小齿轮. 4级行 星轮系可提供大的传动比以实现高 精确度的传动. 过去, 必须通过增 加机舱尺寸来容纳大规格齿轮箱而 获得足够的输出扭矩. 现在, 则通 过在偏航轴承周围布置数个驱动器 来实现. 必要时, 还可以在偏航控 制系统内安装10个以上的齿轮箱.
MOBILEX GFB 型偏航驱动装置 的技术特性: 输出扭矩范围: 至 150 kNm 8 传动比范围: 700 至 2000 紧凑型, 4级行星轮系 高强度抗磨轴承 配有电机 易于安装 润滑油更换方便 低噪音运行特性
16
风力发电机组技术 | 传动链制动器及偏航制动器
刚柔并济 传动链制动器及偏航制动器
如果要对风力发电机组进行检查, 在工程师进入机舱前必须先停机. 实际上, 风力发电机组必须停在预 定位置. 另外维护人员必须能够进 入风机的轮毂位置. 这就要求转子 必须安全可靠的锁定在安全位置. 与过去相比, 现在完成这一过程则 更加简单. 电-液压制动器可将转子 停在所需位置, 并且自动与转子制 动销配合. 这样一来, 力士乐的员工可以完成 任何他们须要完成的工作: 如进行 检查.
柔性制动, 安全锁定 在风力发电组传动系中必须设置独 立的制动器, 在其制动时会在发电 机齿轮箱上产生巨大的制动扭矩. 如果在机组停机维修时也依靠它来 维持制动状态, 则会产生额外应力 和不必要的摩损. 由于这个原因, 力 士乐将系统紧急制动操作和维护制 动操作分开. 当转子停止在预定位 置时, 转子被定位销锁定, 传动链制 动器此时可以打开. 从而, 制动器可 释放负载, 否则负载将作用在传动 系上, 而影响整个风力发电机组的 使用寿命. 时刻对着风向 当风向发生改变时, 整个机舱必须 转动到一个新的位置. 因此, 必须 将偏航驱动装置的制动器产生的夹 紧压力减小到打滑压力, 整个机舱 才能在偏航驱动装置的作用下转 动. 只要机舱转动到新的位置, 夹 紧压力就会恢复到原来的值, 并使 偏航驱动装置卸载. 如果使用比例 阀来调节打滑压力, 则可以大大降 低磨损.
舱内液压站 控制各种制动功能
控制模块 能以精确的速度与扭矩, 是实现制动控 制功能
控制模块 能以特性曲线方式控制的软制动
17
出于安全目的的机械锁紧 如果工作人员打算进入轮毂或登上 轮毂进行操作, 则必须对转子进行 机械锁定, 以确保工作人员安全. 为 此, 在转子轴和机架的相应位置设 置锁定孔和锁定销, 通过锁定销插 入孔内来实现机械锁定. 这一过程 如果采用人工操作, 则需要 2 至 3 人才能完成. 而现在, 可以借助电气 控制系统自动操作完成.
电-液压制动控制的技术特性: 精确的开/闭环控制 紧凑型设计 完整的安全功能 试运行简单 环境兼容性好 专门为此应用而设计的常规操作 时间 基于模块化设计理念的客户定制 解决方案 驱动额定功率: 0.18 至 4.0 kW 体积流量: 至 14.8 升/分钟 1.2 油箱容积: 至 60升 1 油箱: 钢质结构, 铝制结构或塑料 结构
压力控制阀, 电动作用方式
18
风力发电机组技术 | 服务
无论何时,何地,何种原因: 力士乐都将为您提供最佳服务
我们承诺: 如果风力发电机组设备出 现任何问题, 力士乐的服务团队就会 迅 速到位, 为您提供专业化的服务 援助. "架设风力发电机组并获取能 量" ,是 所有风 力发电 场业 主的目 标. 力士乐不仅欣赏他们, 而且会尽 一切可能尽快帮助他们实现这一目 标. 力士乐的服务团队遍及全球 80 多个 国家, 每天 24 小时的全天候待命, 随时为客户提供服务保障. 请您相 信: 力士乐卓越的服务品质和服务能 力. 我们的服 务 领 域, 包括 现 场支 持, 故障分析到故障维修. 对于力士乐的任何一个部件, 我们的 资深专家及服务人员都乐意地帮助 您解决问题. 如果您需要寻求力士乐 专家的帮助请登录: www.boschrexroth.com
19
主齿箱的内窥镜检查
齿轮箱检查及早期故障诊断 对齿轮箱进行定期检修, 可以改善 风力发电机 组的利用率及运行效 率. 在风电组早期故障检测方面, 力士乐的资深工程师具有丰富的经 验. 他们使用可靠的检测软件, 并借 助于先进设备和系统进行测试和检 查. 维修 力士乐具有全面而丰富的齿轮箱设 计知识, 可以确保齿轮箱的维修完 美无缺, 并具有最高的性价比. 依据 自主版权的设计图纸, 我们可以对 齿轮箱内的零件进行检修或翻新加 工, 也可对轮齿进行重新研磨. 在发 货前, 经过维修的齿轮箱必须通过 我们试验台的测试. 测试依据严格 的质量标准, 并出具相应的测试报 告.
备件 力士乐的服务特点: 速度快, 能力 强,效率高及 遍布全 球的物 流 配 送.力士乐为 现 有产品提 供 具 有 OEM品质的原装备件, 修理包及升 级装备, 甚至涵盖已经停产的早期 产品.
您的传动与控制公司 力士乐是独一无二的.在世界 市场范围内,没有第二家产品 品牌能够为客户提供有关传动 与控制技术全系列专业化集成 产品.这就是为什么力士乐能 够成为全世界范围内提供传动 技术,控制和传动解决方案的 最好公司,并通过不断迎接新 的挑战以成为行业发展标准. 在全世界超过80个国家,我们 的员工总数达30,000名.这些 要感谢力士乐与合作伙伴的精 诚合作,以及客户至上的理念 而建立起来的基础. 博世力士乐公司已有超过200 年的历史.作为罗伯特博世公 司(Robert Bosch GmbH)的全 资子公司,我们是全球领先的 传动与控制技术的代表.所有 这些都是我们经营的动力和义 务.这就是博世力士乐,世界 上独一无二的传动与控制公 司.
电子传动与 控制技术 液压 线性传动与 组装技术 气动 服务
经过研磨的螺旋齿行星 轮——具有力士乐品质 的原装备件
博世力士乐中国 中国上海市浦东大道1号 中国船舶大厦4楼 邮编:200120 电话:(86-21) 3866 6000 传真:(86-21) 3866 6111 博世力士乐中国 大连代表处 中国大连市西岗区新开路99号 珠江国际大厦2005室 邮编:116011 电话:(86-411) 8368 2602 传真:(86-411) 8368 2702 博世力士乐中国 广州代表处 中国广州市开发区科学城光谱西路 TCL文化产业园办公楼4楼A室 邮编:510663 电话:(86-20) 3229 9551 传真:(86-20) 3229 9528 博世力士乐中国 成都代表处 中国成都市顺城大街308号 冠城广场21楼B-C座 邮编:610017 电话:(86-28) 8652 7550 传真:(86-28) 8652 7123 博世力士乐中国 香港办事处 香港九龙长沙湾长顺街19号 杨耀松第六工业大厦1楼 电话:(852) 2262 5100 传真:(852) 2786 0733 博世力士乐中国 北京代表处 中国北京市经济开发区 永昌南路6号 邮编:100176 电话:(86-10) 6782 7000 传真:(86-10) 6782 7020
R911324952