论丹麦Bonus公司风力机制造业的发展及其风力机的技术特点
日期：2009-5-3 23:36:04 来源：中国工控网
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内容提要
本文通过几年来对Bonus公司风力机的运行维护及对该厂家的实地考察论述了丹麦Bonus公司风力机制造业的发展及其产品的技术特点。同时对我国国产化风力机制造业的发展提出了自己的看法。
前 言
我国是最早利用风能造福人类的国家之一，但是目前我们却与发达国家风力机制造业的发展水平有着较大的差距，可以这样说，风力发电技术是现代工业发展的产物，它是多门学科技术的综合体，在一定程度上反映了一个国家的工业发展水平，因此，尽快的发展我国的风力机制造业不仅对我国的工业发展是一个促进，而且对于减少污染保护人类环境都将起到积极的作用。
纵观国际风电事业发展的历程，每前进一步都付出了巨大的代价，因此虚心学习国外风力机制造业发展的经验，对加快我国风力机制造业的发展有重要的现实意义Bonus公司的发展历史.
Bonus公司是一个集制造与销售为一体的具有25年生产钢制品历史的公司，它的前身是以生产喷灌设备为主的。它的第一台风力机诞生生于1979年，自八十年代起便以生产经营风力机为主，单机容量呈直线上升，其发展进程见表1。
表1
由表1我们可以看出；在lo年的时间内Bonus公司将风力机的单机容量由20kw提高到了450kw，几乎每种机型都在运行中得到了改进。而且每kw的投资逐渐下降，目前Bonus公司风力机以300kw和450kw风力机的售价／kw为最低，它们分别为6 333KL/k和6 222KL／kw(此为1991年价格，KL为丹麦克朗)。
其发电效率较高的机型目前仍为150kw，在标准气象参数下，如轮毂高度年平均风速为7m／s，150kw风力机全年约能发电464 000kw·h(设风力机利用系数为100％)。
从产量上来看Bonus公司目前共销售风力机2 186台，其中出口l 687台，主要分布在美国、中国、印度、德国及其它地区，在国内售{1 499台其中不同容量的装机台数见表2。
近年来该公司在发展中比较注意两方面的问题：一是产品质蛰：二是技术的更新，因此在国保竞争中有较为稳固的地位，除了为自己公司的风力机进行维护外，还为其它倒闭公司的700多台风力机进行了改型与维护工作。今年又首次将ll台450kw的风力机安装在海域中。
二、Bonus公司风力机的主要技术特点
1．确定了一个适合乎于发展的机型——水平轴、三叶片、定浆距失速调节风力机80年代初期，涌现了各种结构的能用于发电的风力机，其中以水平轴结构的风力机最为流行。水平轴风力机有三叶片和二叶片、也有固定桨距失速调节和变桨距，那种机型最佳当时众说不一，Bonus公司最终选择了上风向三叶片、定桨距失速调节机型作为今后的发展方向，这有以下几个原因：
(1)三叶片的结构同二叶片相比效率高，疲劳负荷较平稳，而且可以避免摆动不定的轮毂的复合动态效应。
(2)失速调节风力机结构简单、部件少，在旋转的叶片报部不需要消耗功率来改变叶片的角度，因而整机造价低》有利于市场的竞争及自身的发展。
(3)该机型在高风速下具有较小的暂态功率峰值和较为平滑的动态负荷。而变桨距风力机在高风速下暂态功率负荷变化非常大，这种变化比周期小变化幅植大的情况是非常不利于叶片轮毂、主轴及轴承、联轴器～齿轮箱及塔架的运行，这也正是Boaus公司选择失速调节风力机的重要原因之一。
(4)失速调节风力机具有较高的整机安全系数，而变桨距风力机在风速变化时，叶片总是处在动态卞，调节机构增加了整机的复杂性，由于运行状况复杂、运行部件多降低了整机的安全性。
2．具有良好的结构设计、整机可靠性高
机舱构造是整个风力机结构设计的核心，Bonus公司90kw、150kw、300kw等几种风力机均具有基本相似的结构。机舱主要由主轴及轴承、增速箱联轴器、发电机、液压系统及偏航系统组成，机舱底座为焊接钢结构，主轴经过轴承进入齿轮箱经增速后用橡皮联轴器与发电机相连。归纳起来有以下几个特点：
(1)发电机与主轴在齿轮箱同侧平行排列，缩短了整个机舱的长度，加上发电机高位上层排布使得机舱在宽度上亦十分紧凑，整个机舱重心集中，体积小，增加了稳定性。
(2)来自于风轮的轴向推力及由轮毂、叶片重量产生的重力及弯矩由前主轴承吸收、它是一个被收缩在主轴上的自对I申双球面滚动轴承，轴承的密封采用了迷宫式的密封。
(3)在传动系统中为了减轻载荷变化时对齿轮箱的冲击，在低速轴与齿轮箱的联接处采用了收缩盘技术，既可缓和风轮对齿轮箱的冲击分散应力，叉为齿轮箱的拆卸提供了方便，在齿轮箱高速轴侧采用了橡皮联轴器的柔性联接法与发电机相联。以缓和相互间的冲击及减少传输噪声，同时还能承受适度的不同心度。
5．刹车系统性能稳定可靠
Bonds公司风力机的刹车系统由叶尖扰流器和圆盘闸两部分组成。它们的动作可以相互独立互不影响，刹车时叶尖扰流器泄压后在弹簧力的作用下被弹出，风力机减速后圆盘闸动作刹车，上述过程均在微处理机的控制下通过电磁阀的动作来实现，归纳起来有如下特点。
(1)这种风力机的刹车力矩分别来自于叶尖阻尼制动、发电机电磁力矩制动和圆盘闸刹车制动．。均匀分布的三支叶片的叶尖阻尼板动作是逐渐转成90。的(通过泄压速度控制来实现)，待风力机转速低于同步转速后，发电机被切除、圆盘闸开始动作，加速刹车过程的完成，整个刹车过程既迅速又平稳。
(2)两个刹车环节既互相联系又能相互独立，不会造成一个刹车环节的失灵而引起另一套亦失去作用。例如在运行中如液压系统因故建立不起压力，圆盘闸失去作用，而叶尖挠流器恰好因压力建不起来而在弹簧力的作用下弹出，从而起到保护作用。
(3)设有失速保护机构，失速会给风力机带来灾难性的破坏，该风力机除设有过速传感器外，还在叶根部装有一个液压缸，当风力机失去控制飞车对，由于叶尖部分的离心力作用。使液压缸内压力上升到预先整定的值，并推动泄压阀，将叶根液压缸压力泄掉，叶尖弹出，风力机刹车。
(4)该刹车系统布置在风力机低速轴承上,对机舱及齿轮箱的冲击力小。
4．采用改进型异步发电机。
风办机的发电机采用改进了的异步电机使之在部分负荷时也能获得较高的效率，同时为了避免并网时所引超的冲击，采用了双向可控硅的软投入电路，使得并网过程十分平滑。
5：偏靛系统的特点
(1)该偏航系统中设有偏航调节系统软件，可以对整个偏航系统的灵敏度进行调节，即可通过实践选择其最佳的芏作灵敏度。
(2)该偏航系统的偏航速度选择很低约为O．45。／s，从而减少了风力机在运行中偏航时所引起的振动(尤其是对叶片)，提高了整机的安全性。
(3)较佳的扭缆保护方案2该风力机设有三道扭缆保护l方案，其特点是不但安全可靠，而且还尽量减少运行中停机解缆的机会，提高了设备的利用率。
(4)、偏航系统的定位除了靠偏航马达上设置的闸盘外，还有五个分布在底盘上的摩擦滑块，在找准风向后可将风力机稳固的定在风向上，以避免大风时引起的摆动。
6．先进的控制系统
该系统主要特点有：
(1)．设有微机保护系统，所有保护定值均可通过键盘整定或修改，十分方便。
(2)带有故障自我诊断功能，能自我诊断故障部件的部位。
(3）较丰富的就地和中央显示记录功能，为积累运行数据及总结运行经验创造了条件。
(4)有各种试验功能，方便了维护和检修。
三、Bonus公司的经营特点
1、掣握技术上的主动，但在制造上以组装为主
在Bonus生产的风力机里只有机舱壳体是自己制造的，因为它是风力机结构布置的关键所在，其它元件如叶片、发电机、控制箱、齿轮箱等全部买其它公司的产品然后进行组装。
这样做的原因是：
(1)可以大大缩小固定资产的投资数额，减少职员人数。Bonus在丹麦的工厂仅宥约2000m。的面积和不足百人的职工，这样它们就可以轻装上阵，集中全力抓质量和技术。
(2)它们可以在全世界范围内选择最优秀的元件及最低的价格来组装风力机，选择的范围十分宽广，以达到“优化组合”。
2．重视售后服务
Bonus公司的风力机一律实行保修两年，不管风力机装在国内还是装在国外，保修期内的检修均要亲自参加，其目的有二：
(1)可以收集到风力机在不同气候环境下的运行数据及出现的问题，以便研究和改进，还可观察到改进后的效果，促进风力机的完善化。
(2)对用户进行维护方面的直接培训，提高维护质量。
（3）极进行技术改造，力争在技术上保持领先地位 厂家在已售出的产品中进行技术改造，有些会给厂家带来直接的经济损失，但是却会带来长远的经济效益。新疆达坂城风电场引进的十三台风力机在两年运行期间先后得到过厂家的五次改进，全部费用由厂家负担。这五次改进是：
(1)液压系统提高油仓位置。
(2)塔外安全绳的固定方式。
(3)改进叶片前沿粗糙度，提高风力机在失速点后的功率值。
(4)设置新的发电机电缆保护圈，确保电缆寿命。
(5)改进软投入电路。
通过这五次改进使风力机的安全性及性能有了一定的提高。
在该公司的发展中始终力图在同行中保持技术的领先，在l 50kw风力机投产后，它们发现有的厂家已计划研制450kw风力机，为了不失去在这个大容量等级风力机的技术领先，它们继150kw之后又率先研制出了450kw风力机，并将其运到美国安装。此后又推出了组合型的300kW风力机，它可以根据当地的实际风速情况，采用相同结构设计的风力机，通过选择不同的风轮直径、齿轮箱和发电机来获得在150kw～300kw之间用户所需要的容量等级的风力机。
四、对发展我国风力机制造业的看法
风力机的制造无论在其理论研究上，还是在设计制造工艺上都体现了现代工业的特点，是一件非常复杂的工作，仅靠一两次攻关是难以走向世界的，应该有长期的思想准备和措施。
（1)根据目前国外成功的经验，设计制造、总结研究、测试试验应该是一个有机的整体，如我国能建立两支或者更多的研究、设计，制造和测试试验队伍并由一个部门统一协调管理将会有利于我国风电事业的发展。
(2)根据目前我国的国情，在发展风力机制造业的同时，应该促进元器件的攻关改进，为风力机制造业乃至整个工业腾飞创造一个良好的基础与环境，元器件质量的提高不仅可以简化设计方案，而且会大大提高整机的安全可靠性与寿命，从而降低成本。
(3)风力机中的许多理论都要在实践中进行验证，而风力机本身也要经得起各种气候环境的考验，从这点来看它是一件长期的工作，建议在我国南北两地各选一点进行长期的数据观测采集工作，为我国风力机的研究制造提供依据。
(4)风力机制造业不仅仅是以追求直接经济利益为唯一目的，它的发展也是为了保护环境，为此，世界各国政府对发展风电均给予了一定的扶植政策，我们希望这种政策在我国不仅是单纯的给予，而是要去刺激投身于这个领域的单位或个人，从而形成一个良性的循环。
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我国是最早利用风能造福人类的国家之一，但是目前我们却与发达国家风力机制造业的发展水平有着较大的差距，可以这样说，风力发电技术是现代工业发展的产物，它是多门学科技术的综合体，在一定程度上反映了一个国家的工业发展水平，因此，尽快的发展我国的风力机制造业不仅对我国的工业发展是一个促进，而且对于减少污染保护人类环境都将起到积极的作用。
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纵观国际风电事业发展的历程，每前进一步都付出了巨大的代价，因此虚心学习国外风力机制造业发展的经验，对加快我国风力机制造业的发展有重要的现实意义Bonus公司的发展历史.
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Bonus公司是一个集制造与销售为一体的具有25年生产钢制品历史的公司，它的前身是以生产喷灌设备为主的。它的第一台风力机诞生生于1979年，自八十年代起便以生产经营风力机为主，单机容量呈直线上升，其发展进程见表1。
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由表1我们可以看出；在lo年的时间内Bonus公司将风力机的单机容量由20kw提高到了450kw，几乎每种机型都在运行中得到了改进。而且每kw的投资逐渐下降，目前Bonus公司风力机以300kw和450kw风力机的售价／kw为最低，它们分别为6 333KL/k和6 222KL／kw(此为1991年价格，KL为丹麦克朗)。
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二、Bonus公司风力机的主要技术特点
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1．确定了一个适合乎于发展的机型——水平轴、三叶片、定浆距失速调节风力机80年代初期，涌现了各种结构的能用于发电的风力机，其中以水平轴结构的风力机最为流行。水平轴风力机有三叶片和二叶片、也有固定桨距失速调节和变桨距，那种机型最佳当时众说不一，Bonus公司最终选择了上风向三叶片、定桨距失速调节机型作为今后的发展方向，这有以下几个原因：
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(1)三叶片的结构同二叶片相比效率高，疲劳负荷较平稳，而且可以避免摆动不定的轮毂的复合动态效应。
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(2)失速调节风力机结构简单、部件少，在旋转的叶片报部不需要消耗功率来改变叶片的角度，因而整机造价低》有利于市场的竞争及自身的发展。
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(3)该机型在高风速下具有较小的暂态功率峰值和较为平滑的动态负荷。而变桨距风力机在高风速下暂态功率负荷变化非常大，这种变化比周期小变化幅植大的情况是非常不利于叶片轮毂、主轴及轴承、联轴器～齿轮箱及塔架的运行，这也正是Boaus公司选择失速调节风力机的重要原因之一。
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(4)失速调节风力机具有较高的整机安全系数，而变桨距风力机在风速变化时，叶片总是处在动态卞，调节机构增加了整机的复杂性，由于运行状况复杂、运行部件多降低了整机的安全性。
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2．具有良好的结构设计、整机可靠性高
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机舱构造是整个风力机结构设计的核心，Bonus公司90kw、150kw、300kw等几种风力机均具有基本相似的结构。机舱主要由主轴及轴承、增速箱联轴器、发电机、液压系统及偏航系统组成，机舱底座为焊接钢结构，主轴经过轴承进入齿轮箱经增速后用橡皮联轴器与发电机相连。归纳起来有以下几个特点：
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(1)发电机与主轴在齿轮箱同侧平行排列，缩短了整个机舱的长度，加上发电机高位上层排布使得机舱在宽度上亦十分紧凑，整个机舱重心集中，体积小，增加了稳定性。
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(2)来自于风轮的轴向推力及由轮毂、叶片重量产生的重力及弯矩由前主轴承吸收、它是一个被收缩在主轴上的自对I申双球面滚动轴承，轴承的密封采用了迷宫式的密封。
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(3)在传动系统中为了减轻载荷变化时对齿轮箱的冲击，在低速轴与齿轮箱的联接处采用了收缩盘技术，既可缓和风轮对齿轮箱的冲击分散应力，叉为齿轮箱的拆卸提供了方便，在齿轮箱高速轴侧采用了橡皮联轴器的柔性联接法与发电机相联。以缓和相互间的冲击及减少传输噪声，同时还能承受适度的不同心度。
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5．刹车系统性能稳定可靠
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Bonds公司风力机的刹车系统由叶尖扰流器和圆盘闸两部分组成。它们的动作可以相互独立互不影响，刹车时叶尖扰流器泄压后在弹簧力的作用下被弹出，风力机减速后圆盘闸动作刹车，上述过程均在微处理机的控制下通过电磁阀的动作来实现，归纳起来有如下特点。
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(1)这种风力机的刹车力矩分别来自于叶尖阻尼制动、发电机电磁力矩制动和圆盘闸刹车制动．。均匀分布的三支叶片的叶尖阻尼板动作是逐渐转成90。的(通过泄压速度控制来实现)，待风力机转速低于同步转速后，发电机被切除、圆盘闸开始动作，加速刹车过程的完成，整个刹车过程既迅速又平稳。
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(2)两个刹车环节既互相联系又能相互独立，不会造成一个刹车环节的失灵而引起另一套亦失去作用。例如在运行中如液压系统因故建立不起压力，圆盘闸失去作用，而叶尖挠流器恰好因压力建不起来而在弹簧力的作用下弹出，从而起到保护作用。
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(3)设有失速保护机构，失速会给风力机带来灾难性的破坏，该风力机除设有过速传感器外，还在叶根部装有一个液压缸，当风力机失去控制飞车对，由于叶尖部分的离心力作用。使液压缸内压力上升到预先整定的值，并推动泄压阀，将叶根液压缸压力泄掉，叶尖弹出，风力机刹车。
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(4)该刹车系统布置在风力机低速轴承上,对机舱及齿轮箱的冲击力小。
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4．采用改进型异步发电机。
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5：偏靛系统的特点
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(2)该偏航系统的偏航速度选择很低约为O．45。／s，从而减少了风力机在运行中偏航时所引起的振动(尤其是对叶片)，提高了整机的安全性。
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(3)较佳的扭缆保护方案2该风力机设有三道扭缆保护l方案，其特点是不但安全可靠，而且还尽量减少运行中停机解缆的机会，提高了设备的利用率。
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(4)、偏航系统的定位除了靠偏航马达上设置的闸盘外，还有五个分布在底盘上的摩擦滑块，在找准风向后可将风力机稳固的定在风向上，以避免大风时引起的摆动。
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三、Bonus公司的经营特点
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Bonus公司的风力机一律实行保修两年，不管风力机装在国内还是装在国外，保修期内的检修均要亲自参加，其目的有二：
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(1)可以收集到风力机在不同气候环境下的运行数据及出现的问题，以便研究和改进，还可观察到改进后的效果，促进风力机的完善化。
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(4)设置新的发电机电缆保护圈，确保电缆寿命。
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(5)改进软投入电路。
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四、对发展我国风力机制造业的看法
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风力机的制造无论在其理论研究上，还是在设计制造工艺上都体现了现代工业的特点，是一件非常复杂的工作，仅靠一两次攻关是难以走向世界的，应该有长期的思想准备和措施。
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（1)根据目前国外成功的经验，设计制造、总结研究、测试试验应该是一个有机的整体，如我国能建立两支或者更多的研究、设计，制造和测试试验队伍并由一个部门统一协调管理将会有利于我国风电事业的发展。
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(2)根据目前我国的国情，在发展风力机制造业的同时，应该促进元器件的攻关改进，为风力机制造业乃至整个工业腾飞创造一个良好的基础与环境，元器件质量的提高不仅可以简化设计方案，而且会大大提高整机的安全可靠性与寿命，从而降低成本。
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(3)风力机中的许多理论都要在实践中进行验证，而风力机本身也要经得起各种气候环境的考验，从这点来看它是一件长期的工作，建议在我国南北两地各选一点进行长期的数据观测采集工作，为我国风力机的研究制造提供依据。
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(4)风力机制造业不仅仅是以追求直接经济利益为唯一目的，它的发展也是为了保护环境，为此，世界各国政府对发展风电均给予了一定的扶植政策，我们希望这种政策在我国不仅是单纯的给予，而是要去刺激投身于这个领域的单位或个人，从而形成一个良性的循环。
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