摘要：两叶片风机是上世纪七十年代的产物，最早是由美国科学家设计完成，并且投入试运行，但是在试运行过程中，逐渐发现两叶片、上风向、定桨距型风力发电机组在运行的过程中动载荷太大，对风机的整个传动系统都是很大的损害。因此随后出现了跷跷板式轮毂设计加上相应的橡胶锥套与弹性减震块配合。从而起到一定的缓冲作用。
关键词：功率曲线；利用率；发电性能；
国测诺德GCN1000型风机作为国内唯一一家引进上述风力发电技术的厂家，按原理可归为定桨失速型风机。这类型风机在国内市场保有量较少，此类风机发电机滑差率为3%，所以转速变化相对较小甚至接近于额定转速。在桨叶固定不变的情况下，完全是依靠桨叶自身气动特性的设计，使得气流流经叶面时所产生的攻角发生变化，从而使得作用于桨叶上的升力与阻力发生相应的变化，从而在高风速的时候产生失速效应。保证了发电机的转速。两叶片定桨失速型风机所具有的优缺点分别有优点1.机械结构简单，易于制造。2.控制原理简单，易于实施。3.风机整体多采用液压技术，运行相对稳定。缺点：1.额定风速高，风轮转换效率低。2.转速恒定，机械转换效率低。3.叶片复杂，制造较难，不易做大风机。4.在高海拔地区很难达到满发。5.风机承受的动静载荷大。优缺点显而易见，就当前的情况而言。我们应该做到的就是扬长避短，在外界环境以及风机的设计结构无法改变的情况下，尽力提升风机应该具有的优良性能，从而提高风机的发电能力，保证用户的经济效益。而在影响风力发电机组发电量损失的诸多因素中，功率曲线以及风机可利用率这两项分别达到了97%左右，而就天和当前的形势而言，这两项是最先要考虑的因素。
1、功率曲线问题
国测诺德生产的两叶片风机实际的功率曲线与设计要求严重不符，其主要表现在风机在低风速期间功率输出低于设计标准值，风机功率输出特性平缓、坡度不够。风机高风速期间失速过早，性能不稳定。风机在大于额定风速情况下风机出力下降较严重，失速性能未达到设计标准。使得发电量较低。因此，改善功率曲线的最有效，也是当务之急便是改善风轮对风的转化效率。也就是改变风机的失速点。就目前情况具体解决方案主要有三种方案：1.调整失速条2.加装涡流发生器3.改变桨距角
第一步调整失速条一般应该由专业的施工队伍，在空中对已经安装完毕的叶片进行调整。或者由叶片厂家进行调整，失速条位于叶片前端。主要作用是改变风机的失速特性。尤其是在大风天气时作用明显。通过观察并且分析数据发现，试验机组调整失速条之后风机的出力有较明显的提升，相同风速下，发电量提升了15%左右。在额定满发的风速下即15m/s的时候，试验机组调整失速条之后的功率达到额定功率的70%左右，而未调整失速条的大部分风机在相同风速下只能是额定功率的55%左右。而在风速较小的区间内，这样的情况也基本相近。由此可以认为大部分风机还是应该尽快对失速条进行必要的调整。但是要达到理想的效果，仅此不能够。
第二步加装涡流发生器，定桨距风电机组叶片的失速特性是关键所在，而加装涡流发生器主要目的是在低风速区间（一般是在9m/s-15m/s）使得叶轮能够更好的吸收风能。从而让功率曲线由现在的平缓变的接近于设计标准。涡流发生器是一种小的三角形的金属翘片，通常安装在叶根部位。一般拼装长度根据风机的实际情况决定，通常为5-8m。国内已有定桨失速型风机加装涡流发生器的先例。加装之后效果明显，功率曲线呈现大幅上升趋势，按照天和目前情况预测，在加装涡流发生器之后功率曲线应该接近于所设计的功率曲线。总体达到额定出力的85%左右。
第三步改变叶片桨距角，定桨失速型风机桨叶角度的安装最为重要，因为这关系着风机的失速特性，从而直接影响着风机的出力。这就要求现场安装的安装环境以及专业人员的指导，天和风场所安装风机桨叶角按标准对应的是-1°的位置，但是有多数风机出力不够，多数原因是由于角度不够准确，再则厂家出厂时对于角度的安装很大一部分程度都比较保守，以至于角度不能够到达最佳位置，但根据现场的实际情况看来，桨叶角度安装到-1.5°的位置还是有必要的。可以在个别风机做一下可行性试验，预计调整完桨距角之后，出力可以达到额定出力的95%以上，基本符合设计功率曲线。综上所述，在完成以上工作之后天和的发电能力会大幅提高，完成公司既定的发电任务，增进公司的效益也指日可待。
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2、风机可利用率问题
提高风机可利用率，保证风机安全、稳定、长时间运行。是风电场面临的主要问题。也是保证发电量的重要环节。风机的可利用率要保证在97%以上才算是达到了一个正常的水平。而天和风场19台风机因为长时间故障，使得整个风场的可利用率较低，单个风机甚至为零。定桨失速型风机所具备的一个优点便是能够实现长时间稳定运行，电控系统偏少，液压控制较多。而实际情况也说明了，只要是能够有效克服风机动载荷的影响，两叶片运行的风机比较稳定，故障简单形式单一，消缺率较高。而长时间故障的风机，其实出现的故障类型很单一，大体是两个典型故障。
2.1高速轴窜动
目前调查全国在运的两叶片风机。发现因为齿轮箱高速轴串动的故障多大14台，在此之前已经有5台完成过修复工作，已恢复运行的5台风机目前运行良好。现场检查损坏的高速轴多数轴承均已烧毁，这是导致故障的主要原因。还有个别高速轴在与齿箱内齿轮啮合处有烧毁现象，并且出现了轻微的点蚀，表面有轻微的锈蚀。由于此故障出现多台次，根据现场的实际情况简单分析后认为。
2.1.1制造过程中存在一定的问题，同一批次的高速轴在齿面以及滚动轴承的刚度不够，而故障的主要原因是由于高速轴与齿箱端盖间隙不够，在高速运行时，产生了摩擦导致发热烧毁。这有很大一部分原因是由于装配工艺上没有达到相应的技术标准。
2.1.2出厂闲置的时间较长，齿轮箱长时间不运行，齿轮油长时间不能够浸没到齿轮箱上部，导致部分齿面出现锈蚀。
2.1.3定桨失速型风机的静动载荷非常大，尤其在阵风时候对整个机组会产生一个破坏性的力，轴向的推力最后有一部分会作用在高速轴上，从而由机械能转化为热能。
2.1.4由于风机的设计结构，所以对中工作在出厂做过之后就不在定期进行校正了，而厂家检测对中的误差大于行业内的普遍要求。所以高速轴窜动不能完全认为和对中没有关系。
分析认为，高速轴的窜动问题主要原因应该是前两条。所以不能够保证运行着的风机不存在此类隐患，但是再有出现就是个例了，不会成规模出现。但是由于后两方面的原因，在风机长时间运行之后，齿轮箱会出现一个疲劳期。在疲劳期内会再次出现此类故障。
2.2锥套异响
锥套是安装在轮毂内部，很大一部分作用是减缓冲击，保持风轮整体的平衡性，锥套出现问题会使得叶轮有异音，机组产生振动，引发振动极限故障，从而导致安全链的断开。锥套问题累计出现过十台次，现在长时间故障停机的四台。之前的锥套问题多数是因为锥套垫片损坏，更换后恢复。而现在四台是因为锥套损坏，更换锥套对天气要求较严格，所以没能够及时处理。
2.2.1锥套问题的出现，最主要原因是由于，在气温较低的情况下，机组进行冷启动，而锥套表面是金属材料，中间是橡胶材料。在低温下橡胶材料很容易失效，也就是它本身具有的延展性和收缩性受到很大程度的消弱，再加上风能对叶轮巨大的作用力，最终使得锥套出现不同程度的损坏，这样的问题在风机持续运行后可以避免。
2.3其他问题：
现在风机所面临的其他故障，形式比较单一，故障处理相对简单。风机处于调试期，而这些也基本正常，电气类及机械类的故障消缺率接近100%。风机的通讯直接影响到后台的监控，而近期采取的在信号回路上加装放大器的方法实现了一部分风机的通讯，但是还不够稳定，具体方法有待于进一步研究。天和的机组在安装过程中有许多地方不够合理，这就间接的遗留了许多安全隐患，包括人身以及设备。希望此类安全隐患能够引起重视，避免出现异常或障碍。
参考文献：
[1]李景银，武兴民. 大型动叶可调轴流通风机性能计算[J]. 风机技术，2004（2）： 16-19.
[2]陈魏巍，李景银，黄靓，等. 减少动叶数目对动叶可调轴流通风机性能的影响[J]. 风机技术，2008（1）：3-6.
论文作者:许广渊
论文发表刊物:《电力设备》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/21
标签：风机论文; 叶片论文; 功率论文; 风速论文; 故障论文; 桨叶论文; 长时间论文; 《电力设备》2018年第15期论文;