风机外部维修起重平台设计与分析

发布时间：2020-05-31 05:18

【摘要】：近几十年,能源与环境的问题已经引起越来越多社会人士的广泛关注,也已经成为全球可持续发展所面临的主要问题,大力开发利用风能发电已经成为世界各国政府的重要选择。随着国内风电装机总量的迅猛增长,风能已经开始逐渐接管电力领域,但风机相关的日常维修保养、主要零部件维修更换等配套产业都没有跟上。目前,国内风电工程的施工方法缺乏相对独立的专用维修平台,主要依靠引进国外大型起重平台完成,但引进平台的价格相当昂贵,平台损坏维修服务同样得不到专业技术保障,给用户带来了很大的不便。因此,设计研发出一类新型的风机维修起重平台是推进国内大型风机维修工程进一步发展的必要途径。为此,本文以现有形式的维修起重平台及汽车式起重机械为研究基础,以数字化设计技术为主要手段,设计一台牵引式风机外部维修起重平台,对该风机维修起重平台进行分析研究。首先,基于汽车式起重机的工作原理,结合风力发电机组机舱、塔筒结构特点与特殊工况,分析对比了现有风机维修起重平台中的两种设计方案,即牵引式风机维修起重平台和自爬升式风机维修起重机平台,通过综合分析比较,确定了牵引式风机外部维修起重平台的整体方案;其次,对风机维修起重平台的主要零部件进行了初步设计选型,建立风机维修起重平台的数字化样机模型,基于平台作业的实际工况,确定两种最危险的工况,建立ANSYS Workbench有限元模型,进而针对平台主要结构部件进行静力学分析,确保各主要受力部件能够满足强度和刚度设计要求;为了进一步分析该平台的动力学特性,在有限元静力学分析的基础上,运用ANSYS Workbench软件的模态分析模块得到平台框架及起重吊臂两个部分的前十阶固有频率与振型,从而在实际操作过程中,避免与提升机的振动频率产生共振,以减少这些因素带来的不良影响;对起重吊臂进行瞬态动力学分析,通过对风机维修起重平台起重吊臂突然加载和卸载的情况下的四种工况进行瞬态动力学分析,得到了起重吊臂吊点处的位移、速度和加速度响应曲线,完成了风机维修起重平台整机的力学仿真分析过程。最后,为验证风机维修起重平台在工作状态下能够安全的对风机机舱内部零件进行吊装更换,本文采用力矩平衡法对风机维修起重平台进行了整机稳定性的分析。本文完成了风机维修起重平台整体样机的设计工作,并对平台在塔筒顶端工作时的整机稳定性做了进一步研究,推动了风机维修起重平台在风电行业的进程。
【图文】：

吊装机械,风力发电机,塔筒

１．２．２国内外现有的工作基础逡逑为了解决风机维修平台笨重、维修成本昂贵的难题，丹麦的“维斯塔斯”中国有限公逡逑司研发了一种新型的风电机组专用的“悬臂式起重机”，如图１．６所示。该维修起重平台正逡逑处在调试阶段，平台全长约为１０ｍ、高度约为２．９ｍ、宽度约为３．３ｍ，总重高达５３吨。该逡逑平台的设计原理是：将顶舱提升机构中垂下的钢丝绳系在维修起重平台上，钢丝绳另一端逡逑与绞盘连接形成牵引方案。通过这样的钢丝绳，悬臂式起重机可以被送至风力发电机塔筒逡逑顶部。该维修起重平台的具体爬升过程如下：首先，顶舱内的钢丝绳垂至地面，与平台上逡逑的排绳系统相连，进而启动提升机，形成“顶舱牵引系统”（ＮＡＳ）。到达塔筒顶部后，其上逡逑下两排抱钳收紧，抱住塔筒从而将其固定在机舱下面。利用塔筒的锥度与抱钳的力让平台逡逑在离地面１００米、风速高达每秒１５米的高空完成风机机舱内部零部件的吊装更换工作［３２］。逡逑作为风电产业重要支撑基础——必备的配套施工服务业，近几年也得到了快速的发展，逡逑２００９年全国为风场建设提供配套施工装备的企业超过２００家。对国内风电产业的发展提供逡逑了强有利的支持

模型图,塔式起重机,模型

逦硕士研宄生学位论文逡逑图１．６邋“维斯塔斯”塔式起重机模型逦图１．７三一重工ＳＣＣ６５００ＷＥ型履带起重机逡逑Ｆｉｇ．邋１．６邋Ｔｈｅ邋３Ｄ－ＳＯＬＩＤ邋ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋Ｖｅｓｔａｓ’ｃｒａｎｅ逦Ｆｉｇ．邋１．７邋Ｔｈｅ邋ＳＣＣ６５００ＷＥ邋ｃｒａｗｌｅｒ邋ｃｒａｎｅ逡逑１．２．３风机维修起重平台发展趋势逡逑从安全问题来看，基于２０１４年风能发展数据进行推测，到２０２０年我国风电事业新增逡逑装机总量预计将超过１．５亿ＫＷ。但风电产业的快速发展，导致与其配套的维修服务行业逡逑并没有及时跟上发展脚步，风机维修吊装过程中一系列安全问题令人不敢恭维。提高风机逡逑维修吊装过程中的安全保障问题早己引起相关专业人士的关注，同时也是风场中非常注重逡逑的问题。逡逑从风力发电本身的技术出发，这种发电方式的可靠性氋，安全性能好，随着相关技术逡逑的成熟和科技的发展，产品逐步商业化，成本较低，，能耗较小，使得风力发电在发电领域逡逑具有了相当大的竞争力
【学位授予单位】：沈阳建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK83

【参考文献】