風(fēng)電機(jī)組輪轂組件配平程序的設(shè)計(jì)

翟曉江，張宏偉

（1. 金風(fēng)科技股份有限公司，北京 100176；2. 大連冶金軸承股份有限公司，遼寧 大連 116202）

0 引言

風(fēng)電機(jī)組的輪轂是連接葉片和主軸之間的核心部件，葉片將流動(dòng)的風(fēng)能通過輪轂和主軸作用轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)的勢(shì)能，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。在風(fēng)電機(jī)組中，輪轂是體積和重量較大的旋轉(zhuǎn)體。因此，在風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)保證輪轂的重心與旋轉(zhuǎn)中心重合，不產(chǎn)生不對(duì)稱離心力，保證輪轂和葉片旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)。由于輪轂在制造過程中無法保證重心與旋轉(zhuǎn)中心重合，重心的偏心產(chǎn)生不對(duì)稱離心力，使得輪轂和主軸受到額外載荷。在此額外載荷的受力方向產(chǎn)生微小變形，使得輪轂和主軸在旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生振動(dòng)。在振動(dòng)的影響下，風(fēng)電機(jī)組的各個(gè)連接件和軸承會(huì)產(chǎn)生松動(dòng)和過度磨損，降低風(fēng)電機(jī)組的使用壽命。因此，有必要在風(fēng)電機(jī)組裝配過程

中通過加裝配平塊配平的方式消除輪轂重心與旋轉(zhuǎn)中心的偏心，使得輪轂的重心與旋轉(zhuǎn)中心重合，消除輪轂和主軸在旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生振動(dòng)，保證風(fēng)電機(jī)組的使用壽命。確定配平塊重量和位置的配平程序是配平的關(guān)鍵技術(shù)，該程序能夠準(zhǔn)確計(jì)算出配平塊重量及位置，同時(shí)解決了國外的配平程序，只能用于單一機(jī)組的問題。

1 配平原理及計(jì)算

1.1 配平的力學(xué)原理

如圖1所示，配重塊配平產(chǎn)生的力F為空間平行力系，力的方向垂直向下，力對(duì)點(diǎn)O的矩為一矢量，矢量的大小為兩倍的三角形面積（F×L），矢量的方向如圖1所示(垂直于三角形)，即空間平行力F對(duì)點(diǎn)O的矩矢等于矩心到該力作用點(diǎn)的矢徑與該力的矢量積，MO(F0)=F×L；

當(dāng)配重塊在配重塊安裝孔（兩處）對(duì)點(diǎn)O矩的矢量和等于輪轂配平后在發(fā)電機(jī)安裝法蘭孔所放置的配重塊對(duì)點(diǎn)O產(chǎn)生的矩時(shí)，即可認(rèn)為輪轂已經(jīng)配平。

即 MO(F0)=MO(F1)+MO(F2)或 者M(jìn)O(F0)=MO(F2)+MO(F3)或者M(jìn)O(F0)=MO(F3)+MO(F1)[1-2]

1.2 數(shù)學(xué)計(jì)算

1.2.1 參數(shù)設(shè)置

（1）假設(shè)發(fā)電機(jī)安裝法蘭孔的數(shù)量為60；

（2）序號(hào)0的法蘭孔的位置如圖1所示；

（3）孔的序號(hào)為N。

1.2.2 公式推導(dǎo)

如圖2所示：

∠A=∠B=120°＋8°－∠C=128°－∠C

式中∠C即配重塊放置位置與中心線的夾角

∠D=60°是一定值

根據(jù)解三角形公式，正弦定理：

配重塊的重量：

同理，可推導(dǎo)出不同的配重塊放置法蘭孔序號(hào)，配重塊在不同的安裝位置的質(zhì)量，如表1所示。

2 程序設(shè)計(jì)

2.1 邏輯分析

（1）當(dāng)放置配重塊的法蘭孔序號(hào)為2－21時(shí)，配重塊的安裝位置為位置1、2；

（2）當(dāng)放置配重塊的法蘭孔序號(hào)為22－41時(shí)，配重塊的安裝位置為位置2、3；

（3）當(dāng)放置配重塊的法蘭孔序號(hào)為42－59、0、1時(shí)，配重塊的安裝位置為位置3、1。

表1 配重塊質(zhì)量的計(jì)算公式

2.2 配平程序的流程圖

配平程序流程圖如圖3所示。

2.3 程序語言

2.3.1所使用的函數(shù)說明[5]

函數(shù)說明如表2所示。

2.3.2配平程序的語言

配平程序的語言如表3所示。

3 配平過程

3.1 配平工藝

（1）使用配平起吊工裝將輪轂組件吊起；

（2）在水平面上校準(zhǔn)水平儀，將水平儀放置在輪轂法蘭平面上，確定輪轂的傾斜方向；

（3）根據(jù)輪轂的傾斜方向確定配重塊在法蘭孔上的放置位置，將配重塊放在發(fā)電機(jī)連接法蘭孔上，以配平輪轂；

（4）輪轂配平后，記錄放置配重塊的法蘭孔序號(hào)（詳見圖2）及質(zhì)量，并將數(shù)據(jù)輸入配平程序中，配平程序?qū)⒋_定出配重塊的安裝位置，并計(jì)算出每個(gè)安裝位置安裝配重塊的重量；

（5）使用螺桿、螺母，將配重塊固定在輪轂上，配重塊應(yīng)在變槳法蘭板兩側(cè)對(duì)稱放置。

表2 EXCEL程序的語法及說明

表3 配平程序的語言

3.2 影響配平精度的因素

（1）變槳法蘭板的位置精度將影響力矩臂L的大小，從而影響配平程序的計(jì)算結(jié)果。因此，對(duì)于輪轂鑄件，變槳法蘭板的位置精度應(yīng)是重點(diǎn)控制的檢驗(yàn)項(xiàng)目；

（2）配平起吊工裝的精度，配平起吊工裝自身的尺寸中心應(yīng)與起吊中心重合。否則，在配平過程中將把配平起吊工裝的不平衡帶入到輪轂的配平過程中去；

（3）配平起吊工裝的中心應(yīng)與輪轂的回轉(zhuǎn)中心重合，否則配平將沒有意義。因此，在配平起吊工裝的設(shè)計(jì)過程中要注意定位基準(zhǔn)面的選擇，確保中心的重合；

在建筑產(chǎn)業(yè)的施工現(xiàn)場管理過程中，項(xiàng)目的前期設(shè)計(jì)階段可以讓各個(gè)模塊的人員主動(dòng)積極參與其中，通過對(duì)BIM技術(shù)的有效運(yùn)用搭建出高效的工作平臺(tái)，從而對(duì)整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行統(tǒng)籌安排和優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得信息更為準(zhǔn)確有效地進(jìn)行傳遞，同時(shí)加強(qiáng)各個(gè)部門和專業(yè)技術(shù)人員之間的聯(lián)系和溝通，增強(qiáng)彼此之間的默契，提高工作效率和工作質(zhì)量，減少在實(shí)際工作中由于信息傳遞滯后、缺乏準(zhǔn)確性導(dǎo)致設(shè)計(jì)施工出現(xiàn)變更和問題。對(duì)于項(xiàng)目施工過程的管控，相關(guān)工作人員可以通過BIM技術(shù)的有效運(yùn)用對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的施工進(jìn)度進(jìn)行對(duì)比分析，及時(shí)調(diào)整工作進(jìn)度，優(yōu)化施工過程和施工程序，對(duì)人員調(diào)度和資源配置進(jìn)行合理安排。

（4）隨著風(fēng)電機(jī)組功率的增大，直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組輪轂裝配后的重量達(dá)到20t－30t，配平起吊工裝在起吊輪轂后，不可避免會(huì)產(chǎn)生較大的彈性變形，若變形量過大，將會(huì)影響配平的精度。因此，在配平起吊工裝設(shè)計(jì)的過程中，懸臂梁設(shè)計(jì)首要考慮的問題應(yīng)是剛性而不是強(qiáng)度。

3.3 配平過程的注意事項(xiàng)

（1）根據(jù)配平程序的計(jì)算原理，配重塊應(yīng)在變槳法蘭板兩側(cè)對(duì)稱放置，切不可在一側(cè)放置；

（2）在配平過程中，配平起吊工裝應(yīng)保證輪轂?zāi)茉?60°任意方向穩(wěn)定、自由傾斜，并避免旋轉(zhuǎn)，這也是配平起吊工裝的設(shè)計(jì)難點(diǎn)之一；

（3）配重塊的固定應(yīng)注意螺栓防松，否則在風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行過程中，配重塊脫落將造成嚴(yán)重后果。

4 結(jié)論

[1] 哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研組. 理論力學(xué)[M]. 北京:高等教育出版社,2009.

[2] 姚兆生,譯.機(jī)械零件強(qiáng)度計(jì)算手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2009.

[3] 侯先勤. ProE4.0中文野火版產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)例精講[M]. 西安:西安交通大學(xué)出版社, 2009.

[4] 詹友剛. Pro/ENGINEER中文野火版4.0 高級(jí)應(yīng)用教程[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2008.

[5] 雛志資訊. EXCEL函數(shù)與公式綜合應(yīng)用技巧大全[M]. 北京:人民郵電出版社, 2012.