遠(yuǎn)景為什么

2017-10-11 10:41:32 《風(fēng)能》　點(diǎn)擊量：評論 (0)

從掌握風(fēng)電機(jī)組核心控制系統(tǒng)開始，這家公司一路向前，依次打開了變頻器、變槳、葉片、發(fā)電機(jī)和齒輪箱的黑匣子。而這，或?qū)⒁l(fā)連鎖反應(yīng)，加快中國風(fēng)電走向世界強(qiáng)國的步伐。10 年前，業(yè)內(nèi)把掌握風(fēng)電整機(jī)的核心控

實際上，用軟件來定義自研發(fā)電機(jī)貫穿了發(fā)電機(jī)的全壽命周期，除了基于功能的設(shè)計思路，更重要的是在推動設(shè)計朝著更大范圍滿足客戶風(fēng)電場風(fēng)況及特殊環(huán)境要求的方向演進(jìn)，不但整機(jī)的核心控制系統(tǒng)要掌控發(fā)電機(jī)的運(yùn)行行為，發(fā)電機(jī)也要知曉自身的邊界效率。遠(yuǎn)景自研發(fā)電機(jī)項目模塊管理負(fù)責(zé)人Ballack Liu舉例說，“在開發(fā)這款發(fā)電機(jī)的過程中，自研團(tuán)隊將動力電纜的損耗、變壓器的損耗模型以及變頻器的協(xié)同模型和低風(fēng)速風(fēng)電場的風(fēng)頻模型等，全都放到了整機(jī)系統(tǒng)軟件平臺上一同來進(jìn)行發(fā)電機(jī)的設(shè)計優(yōu)化，也就是說，從發(fā)電機(jī)的角度選擇一個最優(yōu)的發(fā)電機(jī)設(shè)計方案。”

很微妙，發(fā)電機(jī)的設(shè)計是通過傳動鏈上的不同部件、不同模型來實現(xiàn)最優(yōu)發(fā)電量功能的，它不再是塊冷冰冰的積木，而是變得更有靈性。比如，遠(yuǎn)景發(fā)電機(jī)可以根據(jù)自己對溫度的掌控情況，在某個風(fēng)速時段決定自己的超發(fā)時間，而又不影響自己的壽命，還可以根據(jù)絕緣性能算法來預(yù)測自己的絕緣壽命。

顯然，這是整機(jī)系統(tǒng)下軟件定義發(fā)電機(jī)設(shè)計的結(jié)果，這也反映在可靠性設(shè)計和壽命測試驗證環(huán)節(jié)中。在這款發(fā)電機(jī)可靠性設(shè)計上，自研團(tuán)隊進(jìn)行了超過45 項設(shè)計及工藝優(yōu)化，將各個子系統(tǒng)上的精細(xì)化做到了極致。“這款發(fā)電機(jī)經(jīng)歷了地面型式測試、加速老化測試和風(fēng)電場運(yùn)行磨損驗證，完全印證了它的可靠性，我們堅信它的壽命會超過20 年！”提及發(fā)電機(jī)壽命測試，YangJian 列舉了一組數(shù)據(jù)：地面型式測試項目超過100 項，加速老化測試時間超過20000 小時，樣機(jī)在風(fēng)電場運(yùn)行3 個月無一例故障。

稍微展開點(diǎn)說，通過對發(fā)電機(jī)、減震器和安裝支架系統(tǒng)層面進(jìn)行的固有頻率多階仿真，以確保這款發(fā)電機(jī)的工作轉(zhuǎn)速頻內(nèi)沒有共振點(diǎn)，模態(tài)測試和整機(jī)的振動測試結(jié)果也表明了該發(fā)電機(jī)工作轉(zhuǎn)速下的極低振動幅值，這使得發(fā)電機(jī)具備更高的超速能力和更長的軸承壽命。

更需要補(bǔ)充的一點(diǎn)是，遠(yuǎn)景自研發(fā)電機(jī)團(tuán)隊通過3 種測試方式分別對3 臺發(fā)電機(jī)的剩余壽命進(jìn)行了測試驗證，三組數(shù)據(jù)的比對情況足以成為這款發(fā)電機(jī)20 年使用壽命的例證。

為什么要登上齒輪箱設(shè)計的制高點(diǎn)

遠(yuǎn)景要登上齒輪箱設(shè)計制高點(diǎn)的邏輯在于這家公司的人才優(yōu)勢。

遠(yuǎn)景內(nèi)部文件顯示，全球齒輪箱領(lǐng)域里的15 位頂尖開發(fā)設(shè)計專家和30 位工藝質(zhì)量控制專家匯聚遠(yuǎn)景，就是“為了開發(fā)制造行業(yè)領(lǐng)先的齒輪箱產(chǎn)品” 。

遠(yuǎn)景自研齒輪箱項目經(jīng)理 Joey Fu表示，“正是全球化齒輪箱團(tuán)隊的存在，遠(yuǎn)景才在這一目標(biāo)的實現(xiàn)上信心十足。”團(tuán)隊中可以透露的成員是Claus Kurt 和Jorget Nielsen，他們都有超過30 年的風(fēng)電行業(yè)經(jīng)驗，都是風(fēng)電齒輪箱和軸承專家，又都在全球知名公司擔(dān)任過傳動系統(tǒng)和齒輪箱技術(shù)負(fù)責(zé)人，取得過非凡的業(yè)績。比如Claus Kurt，2010 至2013 年間，他在英國LORC-Landoe Offshore Renewables Center 主持設(shè)計了當(dāng)時最大的海上10MW 風(fēng)電機(jī)組測試中心，引起全球關(guān)注。

Joey Fu曾任GE 風(fēng)電工程部齒輪箱團(tuán)隊主任工程師，作為遠(yuǎn)景自研齒輪箱項目開發(fā)設(shè)計團(tuán)隊和工藝質(zhì)量控制團(tuán)隊的“銜接者”，一直到2017 年8 月中旬遠(yuǎn)景2.X MW 齒輪箱小批量交付運(yùn)行以后，他才感到自研這事兒走到了一個比較明亮的時間節(jié)點(diǎn)。

值得關(guān)注的是，這款齒輪箱的兩個性能指標(biāo)，一個是高出行業(yè)產(chǎn)品20% 的變速比，這不但為結(jié)構(gòu)件、葉片和發(fā)電機(jī)降本提供了可能性，更重要的是擴(kuò)大了機(jī)組發(fā)電風(fēng)速的區(qū)間，尤其對低風(fēng)速風(fēng)電場電量提升更顯著；另一個是高出行業(yè)產(chǎn)品10% 至15% 的功率密度，這意味著齒輪箱輕量化上的技術(shù)進(jìn)步。

事實上，遠(yuǎn)景自研齒輪箱是基于風(fēng)電發(fā)展趨勢的考慮。

齒輪箱是風(fēng)電機(jī)組的關(guān)鍵部件，隨著單機(jī)容量的逐漸增大，它不但可能會成為傳動鏈中可靠性相對薄弱的一個環(huán)節(jié)，而且齒輪箱的可靠性與輕量化之間的矛盾也日漸突出，需要更先進(jìn)的設(shè)計理念和技術(shù)來解決當(dāng)下的矛盾，真正設(shè)計出又可靠又輕量的齒輪箱。作為低風(fēng)速風(fēng)電的開拓者和領(lǐng)導(dǎo)者，遠(yuǎn)景通過大量低風(fēng)速風(fēng)電場案例數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，齒輪箱在低風(fēng)速風(fēng)機(jī)傳動鏈上的效率仍有潛力可挖，尤其在與高塔筒、大風(fēng)輪智能風(fēng)機(jī)系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化上也有較大空間，而現(xiàn)有齒輪箱在性能上有所不及，開發(fā)更高效率的齒輪箱是風(fēng)電趨勢所需。

一直以來，在齒輪箱的選擇上，遠(yuǎn)景堅持使用全球知名品牌，但遺憾的是，外購難以打開的成本鏈以及在分享部件微觀參數(shù)上的受限，不但無法改進(jìn)供應(yīng)鏈的成本管理，也不利于整機(jī)系統(tǒng)設(shè)計上的優(yōu)化，正因為如此，遠(yuǎn)景必須要通過自研來徹底打開齒輪箱的黑盒子，進(jìn)一步拉低齒輪箱在整機(jī)成本上的占比，提升整機(jī)系統(tǒng)的性能。

那么，選擇何種技術(shù)路線的齒輪箱以及進(jìn)行哪些全生命周期的齒輪箱測試驗證才能保證遠(yuǎn)景自研齒輪箱的可靠性，就成了項目團(tuán)隊要解決的重大問題。遠(yuǎn)景自研齒輪箱項目開發(fā)設(shè)計團(tuán)隊核心成員、遠(yuǎn)景整機(jī)機(jī)械總監(jiān)、前GE風(fēng)電工程部中國區(qū)總監(jiān)、前GE 風(fēng)電全球齒輪箱聯(lián)合開發(fā)項目技術(shù)負(fù)責(zé)人和首席工程師Jim Li 透露，“遠(yuǎn)景在齒輪箱失效模式數(shù)據(jù)挖掘、成熟技術(shù)路線優(yōu)化和極嚴(yán)測試驗證這三個環(huán)節(jié)投入了大量的人力和財力，保障自研2.X MW齒輪箱的質(zhì)量可靠性和技術(shù)先進(jìn)性。”

可以說，遠(yuǎn)景在齒輪箱失效模式數(shù)據(jù)挖掘上有其獨(dú)到的優(yōu)勢，除了通過使用全球知名品牌的齒輪箱直接獲得失效模式外，遠(yuǎn)景智慧風(fēng)場平臺上還接入了巨量的風(fēng)電場資產(chǎn)，通過大數(shù)據(jù)分析可挖掘出齒輪箱的失效概率，形成最全面的潛在失效模式及后果分析，并在開發(fā)設(shè)計階段予以規(guī)避。

“失效模式的分析結(jié)果表明，成熟的技術(shù)路線是風(fēng)電齒輪箱可靠性的支撐。”Jim Li 說，“遠(yuǎn)景自研齒輪箱采用最經(jīng)典、最成熟、應(yīng)用量最大、經(jīng)驗沉淀最豐厚的一級行星二級平行齒輪箱結(jié)構(gòu)，被優(yōu)化的齒輪參數(shù)和大重合度設(shè)計，進(jìn)一步提升了齒輪箱的效率，而且降低了運(yùn)行噪音，確保了最優(yōu)的整機(jī)運(yùn)行工況和發(fā)電效率。”

值得注意的是，這款自研2.X MW 齒輪箱的大速比和高功率密度比，在一定程度上成為了低風(fēng)速風(fēng)機(jī)系統(tǒng)大部件之間產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的催化劑，而更寬的發(fā)電風(fēng)速區(qū)間、更高的發(fā)電性能、更低的運(yùn)行噪音，實際上是讓高塔筒、大風(fēng)輪風(fēng)機(jī)友好靠近城市和居民區(qū)的定制化設(shè)計。通常來講，大速比會造成齒輪箱體積增大，但通過先進(jìn)的齒輪參數(shù)優(yōu)化設(shè)計，不僅可以做到大速比，還可以減少齒輪箱的重量，提升功率密度比。不過，這就需要先進(jìn)的齒輪箱設(shè)計技術(shù)了。

Jim Li 透露了兩點(diǎn)，一點(diǎn)是系統(tǒng)完善的設(shè)計，另一點(diǎn)是整機(jī)系統(tǒng)場景下的設(shè)計優(yōu)化，前者包括采用全球最先進(jìn)的齒輪箱設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)以及軟件工具，后者包括整機(jī)系統(tǒng)多體動力學(xué)分析、傳動鏈整體有限元分析，也就是說，在遠(yuǎn)景這里，齒輪箱設(shè)計不只是齒輪箱自己的事了，還要跟整機(jī)系統(tǒng)以及其他部件產(chǎn)生一番化學(xué)反應(yīng)，最終形成優(yōu)質(zhì)基因。實際上，遠(yuǎn)景自研齒輪箱項目團(tuán)隊把齒輪箱設(shè)計的邊界擴(kuò)大了，被打開的黑盒子就在整機(jī)系統(tǒng)中有了話語權(quán)。當(dāng)制造出具體的齒輪箱產(chǎn)品后，遠(yuǎn)景的項目團(tuán)隊還對這款齒輪箱進(jìn)行了極其嚴(yán)格的全生命周期的測試驗證，比如在+200% 到-183% 極限工況下的極限載荷測試，還進(jìn)行了延伸壽命破壞性試驗，以此發(fā)掘齒輪箱的潛能。

在淡定的遠(yuǎn)景全球齒輪箱研發(fā)團(tuán)隊看來，遠(yuǎn)景自研的齒輪箱就應(yīng)該如此。

原標(biāo)題:封面故事 | 遠(yuǎn)景為什么

責(zé)任編輯：lixin

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