風電機組變槳系統限位撞桿在軸承上的定位計算

王景博

東方電氣風電有限公司 四川德陽 618000

現階段，我國風電機組變槳類型主要為電動變槳類型[1]。電動變槳系統驅動電機帶動變槳減速器輸出小齒轉動，從而帶動與葉片相連的變槳軸承旋轉[2]，通過改變槳距角改變葉片的升阻比，從而使風電機組功率達到最佳[3]。當風機一旦發生危險故障，變槳系統會迅速控制葉片由正常工作角度回到安全停止位置（槳距角91°位置），該位置下風輪幾乎不捕獲風能，風電機組進入停機狀態。

1 限位撞桿的功能

限位撞桿安裝在變槳軸承內圈上，限位開關所在的支架安裝在輪轂變槳面的凸臺上，如圖1所示，它們都屬于變槳系統的一部分。

在變槳軸承內、外圈上劃零度線，其外圈零度線與輪轂零刻度標記對齊，內圈零度線與葉片前緣零刻度線對齊。當軸承內、外圈零度線對齊時，葉片槳距角即為0°狀態。變槳電機通過變槳減速器驅動軸承內圈轉動，當撞桿觸發限位開關1時軸承停止轉動，此時葉片槳距角應恰好為θ±0.1°（θ為變槳安全停止位置的槳距角）。

機組一般設計有兩個限位開關，第2個為冗余設計。本文中，限位開關的觸發條件確定為：限位開關的滾輪所在搖臂旋轉30°。

圖1 撞桿與限位開關

圖2 計算轉化模型

2 撞桿在變槳軸承上的位置計算

2.1 計算模型轉化

如圖2所示，設有圓面A（軸線為a，厚度為0）、圓柱B（軸線為b）和平面M，a∥b且，。A和B的接觸點（也是切點）為O。保持不變，將圓面A繞點O旋轉至圓面A＇。從圓面A變化至A＇或反向變化過程中，A與B的接觸點始終不變。

2.2 計算觸發信號時限位開關滾輪和撞桿的接觸點位置

如圖三所示，設平面N平行于輪轂變槳面，變槳軸承的軸線為H。軸線C1∥N，軸線B1∥N。平面W為兩個限位開關安裝位置（輪轂凸臺）的中分面，W⊥N，。平面V為撞桿的中分面，V⊥N，。實際上C1和B1并不平行，為計算滾輪和撞桿的接觸點，此處利用2.1的結論，轉化為C1∥B1、W∥V的狀態。另外，限位開關滾輪厚度為5mm，此處取滾輪的中分面進行計算。

計算尺寸提供如下：①對于限位開關，L1=30，r=11，L2=40，α=30°（觸發角度）；②對于撞桿，L3=10，L4=30，R=20，L5=35；③限位開關未觸發時，設定L6=L4÷2=15，這也是撞桿在軸承的軸線方向定位的依據，其軸向定位比較簡單，此處不再計算。

β==16.914°；

L8 ＝ r×cosβ=10.524；L9=R×cosβ=19.135。

接觸點位置確定后，再將撞桿和限位開關轉回實際狀態計算。

圖3 撞桿與滾輪接觸點計算

2.3 限位撞桿在變槳軸承內圈上的周向定位

（1）計算平面V與平面W的夾角。如圖4所示，設平面P，A∈P且，則P⊥N。L12根據凸臺位置、支架和限位開關的尺寸計算，此處直接確定L12＝1584.5。

夾角 δ = arctan{}=1.284°；

夾 角 ε=arcsin（）=arcsin[（L5+L9）÷（L10÷cosδ）]=1.957°；

計算得平面V與平面W的夾角η=δ+ε=3.21°。

圖4 計算周向定位

圖5 實際驗證

（2）以變槳軸承內圈零度線為基準對撞桿的周向位置進行定位。如圖4所示，ω為輪轂凸臺中分面W與輪轂零刻度標記（即軸承外圈零度線）的夾角，通常由輪轂圖紙給出。

撞桿中分面V與軸承內圈零度線的夾角σ=ω-η-θ；

（3）通過撞桿本身尺寸確定其安裝孔在軸承內圈上的具體位置。軸承供貨商上可根據此位置加工安裝孔。

3 結語

經過多種機型驗證，根據上述方法確定的限位撞桿在變槳軸承上的定位能夠滿足變槳系統裝配調試的需求，如圖5所示。

計算定位前，撞桿的安裝方法為變槳系統調試時配裝，由風電裝配車間在軸承上加工安裝螺紋孔。在機組大批量生產中，通過計算對撞桿定位并由軸承供貨商加工安裝孔，在降低裝配車間的工作量和減少裝配時間、降低裝配風險方面具有比較明顯的意義。