單機(jī)容量十幾兆瓦，單支葉片百米長，風(fēng)機(jī)大型化趨勢下，一個(gè)又一個(gè)大型風(fēng)機(jī)的誕生讓人驚嘆，但同時(shí)也不禁讓人產(chǎn)生一個(gè)疑問——如何讓這些巨無霸更可靠？ 金風(fēng)科技風(fēng)電產(chǎn)業(yè)集團(tuán)首席技術(shù)官、總工程師劉河帶來了答案。
“每個(gè)人都知道，要想了解設(shè)備是否穩(wěn)定可靠，測試是最有效的驗(yàn)證手段。區(qū)別在于，我們是把機(jī)組放在實(shí)際環(huán)境下，花費(fèi)幾年甚至更長時(shí)間才能獲得所需的各種性能測試結(jié)果，還是可以通過‘仿真模擬+整機(jī)傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)’模擬所有風(fēng)工況，用2-3個(gè)月完成所有驗(yàn)證。”劉河說，“答案是顯而易見的。”
正是因?yàn)檫@個(gè)簡單的答案，在行業(yè)處于較大壓力的2012年，金風(fēng)科技投資建成了當(dāng)時(shí)風(fēng)電行業(yè)最大的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)——6-10MW級(jí)別整機(jī)傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，而當(dāng)時(shí)國內(nèi)市場主流裝機(jī)機(jī)型是1.5-2MW機(jī)組。6-10MW整機(jī)傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建成意味著公司已經(jīng)做好了下一代產(chǎn)品的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證準(zhǔn)備。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)至今已累計(jì)完成百余臺(tái)次整機(jī)測試驗(yàn)證，形成上千條優(yōu)化項(xiàng)，支持各兆瓦級(jí)機(jī)組迭代優(yōu)化實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。同時(shí)，依托實(shí)驗(yàn)的極限工況測試，探索突破了眾多原有限制指標(biāo)，并先后發(fā)布10余項(xiàng)企業(yè)和國家標(biāo)準(zhǔn)。
隨著風(fēng)電技術(shù)的快速發(fā)展，嘗到了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)助推產(chǎn)品創(chuàng)新、提升可靠性好處的金風(fēng)科技又投資3億多元，建成全球容量最大、檢測功能最齊全的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)——六自由度16MW整機(jī)傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可驗(yàn)證直驅(qū)、半直驅(qū)和雙饋機(jī)組的傳動(dòng)系、發(fā)電機(jī)、變流器、電控系統(tǒng)和多域在環(huán)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，具備35MN*m扭矩測量和70MN*m彎矩測量、超過1000個(gè)通道實(shí)時(shí)在線測量、模塊化可擴(kuò)展測試系統(tǒng)和0-1.5kHz寬頻電量測試等實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/div>
“相比于汽車行業(yè)，風(fēng)電機(jī)組要求的實(shí)驗(yàn)測試更加嚴(yán)苛。汽車行業(yè)只對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)扭矩進(jìn)行全方位的實(shí)驗(yàn)測試。風(fēng)電整機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)所面臨的不僅僅是扭矩，還包括彎矩、推力和徑向力載荷等六個(gè)方向上的力和載荷，想要模擬風(fēng)機(jī)運(yùn)行的所有風(fēng)工況，必須要有具備六自由度實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ钠脚_(tái)。”劉河表示。
讓風(fēng)機(jī)置身真實(shí)應(yīng)用場景中，金風(fēng)科技16MW整機(jī)傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能夠模擬IEC標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)工況、GL標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)工況和實(shí)際風(fēng)況，同時(shí)模擬出風(fēng)機(jī)葉輪吸收的風(fēng)能和作用在葉輪中心的扭矩，驅(qū)動(dòng)測試機(jī)組旋轉(zhuǎn)，并模擬作用在葉輪中心的彎矩、推力和徑向力載荷，測試主軸軸承承載能力、疲勞特性、運(yùn)行可靠性，發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)承受力、氣隙變化等。
以發(fā)電機(jī)氣隙變化為例，在發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)中，轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵，氣隙越小，發(fā)電效率越高，同時(shí)可以節(jié)省銅和磁鋼的材料成本。氣隙的大小和彎矩有很大關(guān)系，考慮到變形，在仿真設(shè)計(jì)時(shí)通常會(huì)預(yù)留氣隙余量，但預(yù)留多少成為一個(gè)難題。預(yù)留小了，轉(zhuǎn)子和定子可能會(huì)因過載變形而接觸，造成發(fā)電機(jī)燒損；預(yù)留過大，則會(huì)造成大量冗余設(shè)計(jì)和浪費(fèi)。
借助16MW整機(jī)傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，這一問題迎刃而解。通過逐漸增加彎矩，金風(fēng)科技的工程師們可以實(shí)時(shí)測量發(fā)電機(jī)的氣隙變化，尋找到保障安全運(yùn)行前提下最合適的氣隙余量邊界，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計(jì)。
“隨著實(shí)驗(yàn)測試精度的不斷提高，16MW整機(jī)傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能夠更好地將現(xiàn)場工況與仿真測試相結(jié)合，充分模擬機(jī)組現(xiàn)場運(yùn)行狀態(tài)，在大型化風(fēng)機(jī)創(chuàng)新設(shè)計(jì)中識(shí)別出真正的短板，同時(shí)給真正富裕的地方減負(fù)，觸達(dá)機(jī)組性能的真實(shí)邊界。”劉河指出。
16MW整機(jī)傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)只是金風(fēng)科技綜合性清潔能源實(shí)驗(yàn)體系的一部分，再比如穿透至材料端為全尺寸葉片提供靜力試驗(yàn)、疲勞試驗(yàn)及主要結(jié)構(gòu)部件試驗(yàn)的葉片實(shí)驗(yàn)平臺(tái)也是這一實(shí)驗(yàn)體系的重要組成部分，它們共同構(gòu)成了金風(fēng)科技貫穿零部件、子系統(tǒng)、整機(jī)、場網(wǎng)四級(jí)的完整實(shí)驗(yàn)體系，成為支撐創(chuàng)新與未來技術(shù)發(fā)展的核心動(dòng)力。目前，該實(shí)驗(yàn)體系正在為風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈上的各環(huán)節(jié)企業(yè)提供實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證支撐，促進(jìn)整個(gè)行業(yè)健康高質(zhì)量發(fā)展。
