作者：风力发电职业技能鉴定教材编写委员会
出版社：知识产权出版社
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风力发电机组机械装调工：中级试读：
前言
为促进风力发电行业职业技能鉴定点的规范化运作，推动风力发电行业职业培训与职业技能鉴定工作的有效开展，大力培养更多的专业风力发电人才，中国电器工业协会风力发电电器设备分会与金风大学在合作筹建风力发电行业职业技能鉴定点的基础上，共同组织完成了风力发电机组维修保养工、风力发电机组电器装调工和风力发电机组机械装调工，三个工种不同级别的风力发电行业职业技能鉴定系列培训教材。
本套教材是以“以职业活动为导向，以职业技能为核心”为指导思想，突出职业培训特色，以鉴定人员能够“易懂、易学、易用”为基本原则，力求通俗易懂、理论联系实际，体现了实用性和可操作性。在结构上，教材针对风力发电行业三个特有职业领域，分为初级、中级和高级三个级别，按照模块化的方式进行编写。《风力发电机组维修保养工》涵盖风力发电机组维修保养中各种维修工具的辨识、使用方法、风机零部件结构、运行原理、故障检查，故障维修，以及安全事项等内容。《风力发电机组电气装调工》涵盖风力发电机电器装配工具辨识、工具使用方法、偏航变桨系统装配、冷却控制系统装配，以及装配注意事项和安全等内容。《风力发电机组机械装调工》涵盖风力发电机组各机械结构部件的辨识与装配，如机舱、轮毂、变桨系统、传动链、联轴器、制动器、液压站、齿轮箱等部件。每本教材的编写涵盖了风力发电行业相关职业标准的基本要求，各职业技能部分的章对应该职业标准中的“职业功能”，节对应标准中的“工作内容”，节中阐述的内容对应标准中的“技能要求”和“相关知识”。本套教材既注重理论又充分联系实际，应用了大量真实的操作图片及操作流程案例，方便读者直观学习，快速辨识各个部件，掌握风机相关工种的操作流程及操作方法，解决实际工作中的问题。本套教材可作为风力发电行业相关从业人员参加等级培训、职业技能鉴定使用，也可作为有关技术人员自学的参考用书。
本套教材的编写得到了风力发电行业骨干企业金风科技的大力支持。金风科技内部各相关岗位技术专家承担了整体教材的编写工作，金风科技相关技术专家对全书进行了审阅。中国电器协会风力发电电器设备分会的专家对全书组织了集中审稿，并提供了大量的帮助，知识产权出版社策划编辑对书籍编写、组稿给予了极大的支持。借此一隅，向所有为本书的编写、审核、编辑、出版提供帮助与支持的工作人员表示感谢！
本书《风力发电机组机械装调工——中级》系本套教材中的一本。第一章和第五章由王旭负责编写；第二章、第六章和第七章由乔鑫负责编写；第三章、第四章和第八章由潘振云负责编写。
由于时间仓促，编写过程中难免有疏漏和不足之处，欢迎广大读者和专家提出宝贵意见和建议。《风力发电职业技能鉴定教材》编写委员会 第一章机舱的装配
学习目的：
1. 掌握装配机舱底座的调整方法。
2. 掌握装配机舱罩的调整方法。
3. 掌握胶衣修复的方法。
机舱主要由底座、机舱罩等部件组成。机舱底座上布置有叶轮系统、轴承座、齿轮箱、发电机、偏航驱动、液压系统、润滑系统、机舱罩等部件，机舱罩后部的上方安装测风系统，机舱壁上有通风装置、逃生装置、照明装置、小型起重设备（提升机装置）等，底部与塔架相连。第一节 机舱底座的安装
机舱底座起着定位和承载的作用，机组载荷都通过机舱底座传递给塔架。机舱底座具有较高的强度和刚度，还具有良好的减震特性。
为了高效准确地将叶轮系统、轴承座、齿轮箱、发电机、偏航驱动、液压系统、润滑系统、机舱罩等部件装配至底座上，首先需要了解一下机舱底座的生产工艺。一、底座的生产工艺（一）底座的材料
一个大型风力发电机的底座重量在20 t左右，它所需要支撑的重量在100 t左右。为满足对底盘的强度和刚度要求，底盘一般采用铸造或焊接成型，见图1-1。图1-1 一种异步机组的机舱底座
使用齿轮箱的异步机组底座因纵向尺寸较长，一般采用焊接结构，或前部铸造后部焊接的混合结构。直驱同步机组的底座尺寸和重量相对小一些，一般都采用铸造成型，见图1-2。图1-2 一种齿轮箱型“半直驱”机组的机舱底座（二）底座的机械加工（1）不管是铸造底座还是焊接底座，有几个与整机装配有关的关键部位必须进行机械加工，以保证其位置精度及平面贴合。由于底板的尺寸太大，在通用设备上很难加工，一般都采用专用制造的专用设备进行加工。（2）首先要加工偏航轴承的安装面，这个平面是整个底座的加工基准平面。加工后的安装面既消除了焊接变形，同时又保证了偏航轴承安装时的贴合要求。水平轴风力发电机的主轴支座安装平面、齿轮箱安装平面和发电机安装平面都与偏航轴承安装平面平行，加工时只要满足这一要求就可以了。（3）仰头主轴风力发电机的主轴支座安装平面、齿轮箱安装平面和发电机安装平面都与偏航轴承安装平面有5°或6°的夹角，它保证了这几个安装平面与偏航轴承安装平面夹角的一致性及在一个平面内。这是对仰头主轴风力发电机的主轴支座安装平面、齿轮箱安装平面和发电机安装平面加工的基本要求，加工时应保证各安装面的平整度，以满足安装时的贴合要求。（三）底座的检查与验收
1. 对钢结构的检查要求（1）目视检测、外观检验及断口宏观检验时，使用放大镜的放大倍数应以5倍为限。焊件与母材之间在25 mm范围内，应无污渍、油迹、焊皮、焊迹和其他影响检测的杂质。底座的各个非装配表面和检修孔不得有毛刺、飞边和尖锐的棱角，以免对人造成伤害。（2）对钢结构焊缝应进行无损检测，无损检测的操作人员应具有相应的资格证书。对底座钢结构焊缝等级要求及采用何种无损检测方法，应按设计施工图样上的要求执行，并对所有焊缝进行100％的外观测试。施工图样上没有注明时，无损检测方法的选择按应以下要求执行。
①对接焊缝，钢板厚度小于8 mm时，采用射线探伤，执行《金属熔化焊焊接接头射线照像》GB/T 3323。
②对接焊缝，钢板厚度大于8 mm时，采用射线探伤或渗透检测。
③T型对接焊缝，应采用渗透检测，执行《焊缝渗透检测》JB/T 6062标准。
④角焊缝，应采用磁粉探伤，执行《焊缝磁粉检验方法和缺陷磁痕的分级》JB/T 6061标准。
⑤超声波探伤，执行《焊缝无损检测超声检测技术、检测等级和评定》GB/T 11345标准。
2. 对装配表面的检测（1）偏航轴承安装表面及圆孔表面、偏航驱动电动机减速器安装表面、偏航制动器安装表面、水平主轴支座安装表面、水平安装齿轮箱或浮动安装齿轮箱托架安装表面、发电机安装表面的相互平行度及各平面的平直度、表面粗糙度和各平面上孔的螺孔的相互位置精度，均应符合图样的要求。（2）仰头主轴支架安装面、仰头齿轮箱安装面或齿轮箱托架安装面和仰头发电机安装面与水平面（即领航轴承安装面）间的夹角必须一致且在同一平面上，且应符合图样要求。（3）液压系统、润滑系统、冷却系统、控制系统和机舱等的安装孔或安装螺纹孔的位置精度应符合图样要求，保证装配不存在困难。
3. 评定零件的质量因素
这些因素是是多方面的，不仅尺寸影响零件的质量，零件的几何形状和结构的位置也大大影响质量。下面了解一下形状和位置公差《产品几何技术规范》GB/T 1182。（1）形状和位置公差的基本概念。
图1-3a所示为一理想形状的销轴，而加工后的实际形状则是轴线变弯了，如图1-3b，因而产生了直线度误差。
又如，图1-4a所示为一要求严格的四棱柱，加工后的实际位置却是上表面倾斜了，如图1-4b，因而产生了平行度误差。图1-3 形状误差图1-4 位置误差
如果零件存在严重的形状和位置误差，将造成装配困难，影响机器的质量。因此，对于精度要求较高的零件，除给出尺寸公差外，还应根据设计要求，合理地确定出形状和位置误差的最大允许值，如图1-5b中的ϕ0.08（即销轴轴线必须位于直径为公差值ϕ0.08的圆柱面内，如图1-5a所示）、图1-6b中的0.1（即上表面必须位于距离为公差值0.1且平行于基准表面A的两平行平面之间，见图1-6a）。图1-5 直线度公差图1-6 平行度公差（2）形状公差和位置公差的有关术语。
①要素——指组成零件的点、线、面。
②形状公差——指实际要素的形状所允许的变动量。
③位置公差——允许的变动量，它包括定向公差、定位公差和跳动公差。
④被测要素——给出了形状或（和）位置公差的要素。
⑤基准要素——用来确定理想被测要素方向或（和）位置的要素。（3）形位公差的项目、符号及公差带。
①形状公差。形位公差的分类、项目资料和符号，见表1-1。表1-1 形位公差的分类、项目资料和符号
注：国家标准《产品几何技术规范》GB/T 1182规定项目特征符号线型为h/10，符号高度为h（同字高），其中，平面度、圆柱度、平行度、跳动等符号的倾斜角度为75°。（4）形位公差的标注。
①公差框格。公差框格用细实线画出，可画成水平的或垂直的。框格高度是图样中尺寸数字高度的两倍，它的长度视实际需要而定。框格中的数字、字母、符号与图样中的数字等高。图1-7给出了形状公差和位置公差的框格形式。用带箭头的指引线将被测要素与公差框格一端相连。图1-7 形位公差代号及基准符号
②被测要素。用带箭头的指引线将被测要素与公差框格一端相连，指引线箭头指向公差带的宽度方向或直径方面。
当被测要素为整体轴线或公共中心平面时，指引线箭头可直接指在轴线或中心线上，见图1-8a。
当被测要素为轴线、球心或中心平面时，指引线箭头应与该要素的尺寸线对齐，见图1-8b。
当被测要素为线或表面时，指引线箭头应指该要素的轮廓线或其引出线上，并应明显地与尺寸线错开，见图1-8c。图1-8 被测要素标注示例
③基准要素。基准符号的画法见图1-9所示，无论基准符号在图中的方向如何，细实线圆内的字母一律水平书写。
当基准要素为素线或表面时，基准符号应靠近该要素的轮廓线或引出线标注，并应明显地与尺寸线箭头错开，见图1-9a。
当基准要素为轴线、球心或中心平面时，基准符号应与该要素的尺寸线箭头对齐，见图1-9b。
当基准要素为整体轴线或公共中心面时，基准符号可直接靠近公共轴线（或公共中心线）标注，见图1-9c。图1-9 基准要素标注示例（5）零件图上标注形状公差和位置公差的实例。图1-10 零件图上标注形位公差的实例图1-11 零件图上标注形位公差的实例
4. 检测机舱底座装配表面的平面度等形位公差的方法（1）平面度。在机械几何形状误差测量中，平面度是指基片具有的宏观凹凸高度相对理想平面的偏差。（2）平面度测量。被测实际表面对其理想平面变动量，理想平面的位置应符合最小条件，平面度误差属于形位误差中的形状误差。（3）平面度误差测量的常用方法有以下几种。
①平晶干涉法。用光学平晶的工作面体现理想平面，直接以干涉条纹的弯曲程度确定被测表面的平面度误差值。这种方法主要用于测量小平面，如量规的工作面和千分尺测头测量面的平面度误差。
②打表测量法。打表测量法是将被测零件和测微计放在标准平板上，以标准平板作为测量基准面，用测微计沿实际表面逐点或沿几条直线方向进行测量。
③液平面法。液平面法是用液平面作为测量基准面，液平面由“连通罐”内的液面构成，然后用传感器进行测量。此法主要用于测量大平面的平面度误差。
④光束平面法。光束平面法是采用准值望远镜和瞄准靶镜进行测量，选择实际表面上相距最远的三个点形成的光束平面作为平面度误差的测量基准面。
⑤激光平面度测量仪。激光平面度测量仪用于测量大型平面的平面度误差。
5. 检测机舱底座装配表面的平面度等形位公差的测量仪器
由于底座结构复杂、尺寸和重量较大，使用激光平面度测量仪或激光跟踪仪对底座上几个关键部位的安装平面或表面的平面度等形位公差进行测量，以保证其位置精度及平面贴合。下面了解一下激光跟踪测量系统。（1）激光跟踪测量系统。
激光跟踪测量系统是工业测量系统中一种高精度的大尺寸测量仪器。它集合了激光干涉测距技术、光电探测技术、精密机械技术、计算机及控制技术、现代数值计算理论等各种先进技术，对空间运动目标进行跟踪并实时测量目标的空间三维坐标。它具有高精度、高效率、实时跟踪测量、安装快捷、操作简便等特点，适合于大尺寸工件配装测量。
激光跟踪测量系统基本都是由激光跟踪头（跟踪仪）、控制器、用户计算机、反射器（靶镜）及测量附件等组成。激光跟踪仪，见图1-12和图1-13。图1-12 激光跟踪仪一图1-13 激光跟踪仪二（2）激光跟踪测量系统的工作基本原理。
在目标点上安置一个反射器，跟踪头发出的激光射到反射器上，又返回到跟踪头。当目标移动时，跟踪头调整光束方向来对准目标。同时，返回光束为检测系统所接收，用来测算目标的空间位置。简单地说，激光跟踪测量系统所要解决的问题是静态或动态地跟踪一个在空间中运动的点，同时确定目标点的空间坐标。（3）FARO激光跟踪仪的概述。
①激光器要放在激光器的主机体内，其特点是：全封闭，平衡设计，光束通过光纤传送，无反射镜（避免反射镜因经过运输而产生微小的位移而需要长的校准时间）。光纤具有稳定性好，制造精度高，激光光路部分全程完全密封，可靠性好，响应速度快等特点。
②内置综合气象站，能够测量环境温度、湿度和气压，并自动补偿环境误差，保证设备的精度及稳定性。控制器还可外接8个温度传感器（控制器上带8个接口），可对测量现场或大工件附近温度的变化误差进行自动补偿。
③强强组合。对于大型零件中的局部复杂测量，可结合测量臂来对跟踪仪进行隐藏点的补充测量，完全脱离激光束真正意义上的六自由度测量，并且能实现在同一坐标系下生成测量数据。
④能实现干涉仪测量、干涉与绝对相辅测量和真正绝对测量的选择，独立的两路激光系统。在ADM（绝对测量）模式下，能够实现高精度、高效率的扫描测量。
⑤为了保证机器的热稳定性，光学仪器、电子仪器和激光源不得集成在同一空间，在激光头部还要有散热孔。
⑥主机配备3个跟踪器安装复位器TMR，可同时放置3个（1.5″，0.875″，0.5″）反射镜标靶。为了提高稳定性，此复位器必须是跟踪仪主要构件的一部分，不得使用螺栓固定。
⑦具有内置电子水平仪，可以自动进行水平面的测量，也可以实现对工件的调平。二、装配机舱底座（一）装配前准备（1）按照装配工艺规程，准备好装配底座所需的工装、吊索具、工具、生产辅料等工艺装备。（2）应按照图样的要求检查底座与相配合零件的加工质量、规格、型号及数量，包括尺寸精度、形状与位置公差以及表面粗糙度等。不符合要求的零件不允许装配。（3）按《机械设备安装工程施工及验收通用规范》GB 50231机械设备安装工程施工及验收通用规范5.1和本系列教材初级第一章的要求，装配前应清理和清洗零部件，确保装配质量。（4）清理底座各孔。按装配工艺规程的要求用指定规格的丝锥和螺纹清理刷对相应的螺纹孔进行过丝和清理。同时，用压缩空气将螺纹孔内的污物清理干净，用吸尘器将清出的污物清理干净。（5）根据《非校准起重圆环链和吊链使用和维护》GB/T 22166非校准起重圆环链和吊链使用和维护以及LD 48—1993起重机械吊具与索具安全规程等国家标准的要求，安全选用、使用和维护吊索具、吊具等。（二）装配底座（1）放置底座。用专用工装、吊具等吊放底座至装配工装平台或运输工装上，并用指定的螺栓等紧固件进行连接，按装配工艺规程要求的力矩紧固，见图1-14。图1-14 底座与运输工装的连接（2）装配机舱各平台。一般直驱发电机组的机舱底座需要安装平台，机舱平台分为三部分，分别是内平台、主平台、上平台，见图1-15～图1-17。内平台安装在底座内部的平台，布置液压站、润滑站以及动力电缆和滑环电缆护圈，进出发电机的平台门等组件。主平台安装在底座外机舱罩内的平台，主要是支撑固定机舱罩，机组维护时方便操作人员放置、运送维修工具等。上平台安装在底座顶部，主要是支撑固定各种控制系统（控制柜、开关柜、滤波器等）及电缆架等，同时方便维护人员安装和维修测风系统（本系列教材初级已经详细叙述过，本章节不再赘述）。图1-15 主平台总成图1-16 内平台总成图1-17 上平台总成第二节 机舱罩的装配方法
风力发电机组常年在户外运行，处于比较恶劣的环境下。为了保护机舱内关键部件及其附件，如齿轮箱、传动系统、发电机、控制系统和安全系统等免受风沙、雨雪、冰雹、烟雾和紫外线的直接侵害，保证机组的正常运行，延长机组使用寿命，减少风机运行阻力，同时也为安装与维护人员提供必要的操作空间，必须通过机舱罩和导流罩把这些关键部件保护起来。
机舱罩具有美观、轻巧、对风阻力小的流线型外形；同时满足一定的强度和刚度要求，在极限风速下不会被破坏；采用成本低、重量轻、强度高、耐腐蚀能力强、加工性能好的材料制作；在舱壁上设有百叶窗式的通风孔，解决机组通风散热的问题；机舱罩底部有通风孔及吊重物用的孔，便于维修时运送零部件和工具等；机舱罩顶部设有通风口，便于人员安装、维修机舱顶部风速风向检测仪。
目前，大型风力发电机组的机舱罩与导流罩普遍采用玻璃纤维增强复合材料作为主要材料，辅以其他材料制作。也有个别机型的机舱罩采用金属材料（铝合金或不锈钢），但制作成流线型工艺很复杂，成本较高。
兆瓦级以上的风力发电机组玻璃纤维增强复合材料机舱的厚度一般在7～10 mm，加强肋及法兰面的厚度在20～25 mm。玻璃纤维增强复合材料机舱的制作最常用的方法是手糊法和真空浸渗法。下面了解一下玻璃钢机舱罩的生产工艺。一、玻璃钢机舱罩的生产工艺
1. 手糊法
手糊法机舱罩的制造工艺流程：
手糊法是利用敞开式模具在接触压力的作用下，使增强纤维浸胶、脱泡成型，在常温或中温固化，整个过程用手工操作生产复合材料制品的成型方法。
手糊法的第一步是机舱部件模具的制作。根据机舱部件的形状和结构特点、操作难易程度及脱模是否方便，确定模具采用凸模还是凹模。在决定模具制造方案后，根据机舱图样画出模具图。一般凸模模具的制作比较容易，采用较多。
对于玻璃纤维增强复合材料机舱部件这样的大型模具，模芯的制作必须考虑到制作成本和重量。一般采用轻质泡沫塑料板或轻钢骨架镶木条作为模型，再在模架上手糊上一定厚度的可加工树脂。之后，经过打磨修整，用样板检验合格后即可用于生产。
机舱部件的加强肋是在糊制过程中，在该部位加入高强度硬质泡沫塑料板制成的。这种泡沫塑料板的特点是，它是闭孔结构使树脂无法渗入其中。机舱部件中需要预埋的螺栓、螺母及其他构件较多，应在糊制过程中准确安放，不要遗漏和放错。
手糊法的生产效率低，产品一致性较差，只有一面光滑，修整工作量大，不适用于批量生产，所使用的树脂对人的健康和安全不利。手糊法生产制品因树脂固化收缩，形状易产生变化，而产生原因又很复杂，目前无法进行定量的分析和控制。
2. 真空浸渗法
真空浸渗法生产的产品一致性好、两面光滑、尺寸准确，适宜批量生产。但生产的一次性投入大，需要使用真空泵等设备。真空浸渗法属于闭模成型，一套模具由模芯和模壳两部分组成。
真空浸渗法机舱罩的制造工艺流程：
真空浸渗法是在真空袋型法的基础上，发展起来的一种改进的RTM工艺。应用封闭模具，在模具型腔中铺放好按性能和结构要求设计的增强材料预成型体。合模后使用真空泵对模腔抽真空，借助于大气压力和铺放在结构层表面的高渗透率的介质引导树脂注入到结构层中。
真空浸渗法生产的机舱罩优点是机舱罩两面光滑、尺寸准确、尤其是厚度尺寸。由于压力的作用，树脂流经结构纤维，纤维浸润性好，比手糊法孔隙率低。纤维含量高，强度和刚度好。与手糊法相比减少了固化时逸出的挥发性物质，有利于操作人员的健康和安全。方便采用加热固化，提高生产效率。
真空浸渗法生产的机舱罩的弱点是树脂混合和含量控制依赖操作人员技术，要求操作人员有较高的技术水平。树脂的灌注压力只有一个大气压，灌注浸渗需要时间较长，效率不高。二、机舱罩的检查与验收
机舱罩的安装质量取决于机舱罩的加工质量，检查机舱罩时应注意以下方面。（1）每个机舱罩均应进行外观质量检查。目视检验，机舱罩外表面应光滑、无飞边和毛刺。还应特别注意出现气泡、夹杂起层、变形、变白、损伤、积胶等现象，对表面涂层也要进行外观目视检验。（2）对机舱罩内部缺陷应进行敲击或无损检验。自动超声波检查非常适合机舱罩的内部质量检验。利用自动超生波检验方法可以有效地检测层的厚度变化，显示隐藏的产品故障，例如分层、内含物、气孔（干燥地区）、缺少粘合剂和粘结不牢。（3）每个机舱罩均要求检验机舱罩与底座连接尺寸，机舱罩各部件之间的连接尺寸。（4）每个机舱罩均要求检验预埋件的位置是否符合图样要求，是否有遗漏、歪斜、错放等问题。（5）每个机舱罩均要求检验重量和重心位置，并在非外露面做出标记，以方便吊装。（6）每个机舱罩均应进行随件试件纤维增强塑料固化度和树脂含量检验。（7）制造商与用户商定的其他检验项目。三、机舱罩胶衣的修复
机舱罩的胶衣若有破损或缺陷，安装前就需要修复，具体修复的方法如下。（一）准备好修复胶衣的材料、工具和个人防护用品（二）机舱罩胶衣的修复过程
1. 机舱罩表面修复（1）当缺陷深度≤1.5 mm时，可以直接用胶衣进行涂抹修复。
①用≤80目砂纸对损坏部位进行打磨（抛光），用浸润清洗剂的抹布清除灰尘和异物，以免减弱粘结效果。
②使用热风枪烘干打磨区域，保证修补区域内部干燥。
③将添加固化剂的胶衣搅拌均匀后涂抹在损坏部位，用光亮部件进行感光处理（如粘贴上亮光薄膜），等待固化（若操作环境温度低于16℃，可使用热风枪进行加热）。
④固化后，去掉薄膜。如有氧化层难以打磨，可先用铲刀清理或丙酮擦拭，再用1000～1200目砂纸进行蘸水打磨抛光。（2）当缺陷深度≥2 mm且面积≤40 mm×40 mm时，可依据以下步骤进行修补。
①用≤80目砂纸对损坏部位进行打磨（抛光）、清洁，保证没有灰尘和异物，以免减弱粘结效果。
②使用热风枪烘干打磨区域，保证修补区域内部干燥。
③将加入玻纤丝与固化剂的树脂搅拌均匀后涂抹在损坏部位，用光亮部件进行刮平随型，等待固化（若操作环境温度低于16℃，可使用热风枪进行加热）。
④固化后，使用≤80目砂纸对其进行打磨抛光。
⑤清理干燥后，表面涂刷面漆。
⑥用1000～1200目砂纸进行蘸水打磨抛光。（3）缺陷深度>3 mm并深入材料内，可依据以下步骤进行修补。
①先用记号笔标识出打磨区域，用角向磨光机对损坏处进行斜坡状打磨，在宽度和长度方向按1:5的倒角进行打磨。若为穿透性裂纹，需先在内部进行补强后再将损伤层全部打磨去除，打磨面积需比损坏面积大80～100 mm。
②使用丙酮（或清洗液）进行清洁，保证表面没有灰尘和异物，以免减弱粘接效果。
③使用热风枪烘干打磨区域，保证修补区域内部干燥。
④在打磨区域均匀涂一层加入固化剂的树脂，再铺覆一层玻璃纤维（经纬布或纤维毡），铺覆时要按错层要求进行，如此反复阶梯铺覆操作，达到表面平整，整体铺设层数至少为原来的N+1层。保证玻璃纤维铺覆面积比损坏面积大50～80 mm。如此重复操作达到表面平整，然后等待固化（若操作环境温度低于16℃，可使用热风枪或其他加热设备进行加热）。
⑤固化后，使用80～120目砂纸打磨修复区。打磨区域应比修复区大（沿修复区边扩展20 mm），以保证修复区与本体平滑过渡。
⑥在打磨平滑的修复区涂刷胶衣，使修复区的表面达到和周边区域相同的表面效果（可参照上述机舱罩表面修复缺陷深度≤1.5 mm的方法修复）。
2. 机舱罩里面修补（1）当损坏面积≤20 mm以内时，可以用树脂腻子直接进行修补。
①首先用加固化剂的树脂腻子进行填平。
②固化后用80～120目砂纸进行打磨平滑。
③涂刷面漆。（2）损坏面积≥20 mm并深入材料内时，可以参照上述机舱罩表面修复缺陷深度>3 mm的方法修复。四、机舱罩的装配
1. 机舱罩的结构
机舱罩是一种大型壳体结构，为了便于制造、安装和运输，多采用分体设计。机舱罩一般由厚度为8～10 mm的玻璃钢制造，机舱罩采用内法兰连接，用不锈钢螺栓连接成整体。机舱罩均带有空心金属加强筋，对体积大的机舱罩多采用网状结构。加强筋排布位置需考虑部件的装配影响和舱内美观。另外，还要求机舱罩结构紧凑、外形美观。用玻璃钢制造的大型风力发电机的机舱罩一般采用拼装结构，如图1-18和图1-19。图1-18 一种风力发电机的机舱罩图1-19 一种风力发电机的机舱罩
2. 机舱罩与主体结构的连接
其连接原则为安全可靠、配合紧凑、密封防水、外形美观和便于操作。
3. 机舱罩的装配（1）按工艺规程技术要求，用一组螺栓将机舱罩（金属预埋连接支座）与底座主体结构进行连接；用一组螺栓通过机舱罩（金属预埋法兰）将分体机舱罩进行连接。因为玻璃钢件制造误差较大，所以设计时已留出足够的安装调整余量。按图样要求调整好安装位置尺寸后，安装螺栓并按要求紧固力矩。安装机舱罩的具体要求在本系列教材的初级教材中已做详细叙述，本章节不再赘述。（2）机舱罩的密封。
①机舱罩片体间的密封形式为静密封，装配后各机舱罩片体间对接面合缝间隙小于图样规定值，并用机械密封胶对缝隙进行密封。
②机舱罩片体与塔筒间的密封形式为动密封，密封材料通常采用尼龙毛刷或动密封胶条。尼龙毛刷技术要求应保证防尘功能，刷毛载体为铝合金或不锈钢载体。刷毛材料为黑色PA6尼龙刷丝，丝径应为ϕ0.3 mm，刷毛高度≥55 mm，刷毛压紧厚度≥3 mm，刷稍自然厚度约为4 mm，每100 mm刷丝含量≥2380根。毛刷安装要求为整圆结构、无间隙。整条毛刷在一段毛束上往返拨动7次，无刷毛掉落现象。（3）机舱罩与发电机定子间的密封形式为静密封，密封形式多采用尼龙毛刷，尼龙毛刷技术要求同②要求。五、机舱罩的调整
为了便于制造、安装和运输，机舱罩采用分块设计。在组对机舱罩时，用专用工装和工量具按工艺规程的技术要求调整好机舱罩的安装位置尺寸与同轴度（机舱罩前端与底座前端安装法兰面的同轴度）。
调整的方法：用尺子对称测量机舱罩上壳体圆弧法兰上1、2两点到专用工装中心的距离，差值（同轴度）满足工艺规程的要求即为合格。用尺子对称测量机舱罩下壳体圆弧法兰上3、4两点到专用工装中心的距离，差值（同轴度）满足工艺规程的要求即为合格。若同轴度不符合要求时，可用工装调整预埋连接支座与底座的安装孔位置，也可通过在机舱罩预埋连接支座处增加和减少调整垫来调整。调整完毕后进行螺栓的连接和紧固，以保证机舱罩的安装质量，避免影响机舱罩与风力发电机组间的配合。见图1-20。图1-20 调整机舱罩复习思考题
1. 底座装配面的检测有哪些内容？
2. 简述激光跟踪测量系统的基本工作原理。
3. 机舱罩的检查与验收包括哪些内容？
4. 简述机舱罩胶衣的修复过程。
5. 机舱罩的制造工艺有几种？试述它们的优缺点。 第二章轮毂、变桨控制系统的装配与调整
学习目的：
1. 了解变桨控制系统的作用、分类和结构。
2. 掌握变桨驱动系统的装配要求。
3. 掌握罩壳与轮毂的调整方法。第一节 变桨驱动、编码器的分类与特性一、变桨驱动的分类与特性
1. 变桨驱动的分类
变桨驱动的常用方式有：电机通过齿形皮带驱动，油缸推动四连杆驱动，电机齿轮减速器齿轮驱动。
2. 变桨驱动的特性（1）齿形皮带驱动兼顾齿轮和皮带传动的优点，具有远距离传动、振动小、传动精确和过载保护等优点。（2）液压变桨驱动具有传动力矩大、重量轻、定位准确、执行机构动态响应速度快等特点。（3）齿轮变桨驱动相对简单，不会发生非线性、漏油和卡塞等现象，比较容易实现远程控制。二、编码器的分类与特性
1. 编码器的分类
编码器为一种传感器，主要用于侦测机械运动的速度、位置、角度、距离或计数。除了应用于产业机械外，许多的电机控制如伺服电机、BLDC伺服电机均需配备编码器以供电机控制器作为换相、速度及位置的检出，它的应用范围相当广泛。从20世纪50年代开始，编码器就应用于机床和计算仪器，因其结构简单、计量精度高、寿命长等优点，在国内外受到重视和推广。它在精密定位、速度、长度、加速度、振动等方面得到广泛的应用。编码器外形图，见图2-1。图2-1 一种编码器外形图
编码器可以分为以下几种方式。（1）按码盘的刻孔方式分类：
①增量型。这种方式即每转过单位的角度就发出一个脉冲信号（也有发正余弦信号，然后对其进行细分，斩波出频率更高的脉冲），通常为A相、B相、Z相输出，A相、B相为相互延迟1/4周期的脉冲输出，根据延迟关系可以区别正反转，而且通过取A相、B相的上升和下降沿可以进行2或4倍频；Z相为单圈脉冲，即每圈发出一个脉冲。
②绝对值型。这种方式即对应一圈，每个基准的角度发出一个唯一与该角度对应二进制的数值，通过外部记圈器件可以进行多个位置的记录和测量。（2）按信号的输出类型分类。
①电压输出。
②集电极开路输出。
③推拉互补输出。
④长线驱动输出。（3）以编码器机械安装形式分类。
①有轴型。有轴型又可分为夹紧法兰型、同步法兰型和伺服安装型等。
②轴套型。轴套型又可分为半空型、全空型和大口径型等。（4）以编码器工作原理可分为：光电式、磁电式和触点电刷式。
2. 编码器的特性（1）增量型编码器。
增量型编码器由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，由光电发射和接收器件读取。获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D，每个正弦波相差90°相位差（相对于一个周波为360°），将C、D信号反向，叠加在A、B两相上，可增强稳定信号；另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。由于A、B两相相差90°，可通过比较A相在前还是B相在前，以判别编码器的正转与反转。通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。
编码器码盘的材料有玻璃、金属和塑料。玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性好，精度高。金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制，其热稳定性就要比玻璃码盘差一个数量级。塑料码盘是经济型的，其成本低，但精度、热稳定性和寿命均要差一些。（2）绝对值型编码器。
绝对值型编码器光码盘上有许多道光通道刻线，每道刻线依次以2线、4线、8线、16线等编排。这样，在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线的通、暗，获得一组从2°～2n-1唯一的2进制编码（格雷码），称为n位绝对编码器。这样的编码器是由光电码盘的机械位置决定的，它不受停电和其他干扰的影响。
绝对编码器由机械位置决定了每个位置是唯一的，它既不需要记忆，也不需要找参考点，而且不用一直计数。什么时候需要知道位置，什么时候就去读取。这样，编码器的抗干扰特性和数据的可靠性都大大提高了。
3. 编码器在变桨驱动系统中的应用
每个变桨驱动系统都配有一个绝对值编码器，安装在电机的非驱动端（电机尾部），还配有一个冗余的绝对值编码器，安装在叶片根部变桨轴承内齿旁。它通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动记录变桨角度。
风机主控接收所有编码器的信号，而变桨系统只应用电机尾部编码器的信号。只有当电机尾部编码器失效时，风机主控才会控制变桨系统应用冗余编码器的信号。三、变桨驱动编码器的安装与检查
编码器属于精密部件，因此必须严格按照相关要求进行安装和检查。一种编码器的安装，见图2-2。图2-2 一种冗余编码器的安装（1）安装编码器时，不允许对轴直接施加冲击。（2）避免编码器的外壳特别是轴受到碰撞。编码器与齿轮结合时，避免轴的径向和轴向受力过载。（3）不允许非专业人员随意拆解编码器，否则会损坏编码器防油和防滴的性能。（4）安装配线时，应注意防止误配线而损坏内部回路。（5）固定编码器时，勿用力拉扯导线。（6）不许敲打、碰撞编码器。（7）若编码器上有灰尘，安装之前需进行清灰除尘。第二节 轮毂、变桨系统装配一、变桨系统装配
1. 变桨系统的装配要求（1）装配变桨系统时，必须严格按照设计、工艺要求和相关标准进行装配。（2）装配环境必须保持清洁。高精度零部件的装配环境、温度、湿度、防尘量、照明和防震等要求，必须符合相关规定。（3）所有零部件必须检验合格后方能进行装配。（4）零部件在装配前，必须对其进行清理并将其清洗干净，不得有毛刺、飞边、氧化皮、锈蚀、切屑、砂粒、灰尘和油污等，并应符合相关清洁度要求。（5）在装配过程中，零部件不得磕碰、划伤和出现锈蚀。（6）油漆未干的零部件不得进行装配。（7）各零部件装配后相对位置应准确。
2. 变桨电机类型与性能
常用变桨电机分为直流电机、交流电机和液压马达。电机与液压马达的外形图，见图2-3和图2-4。图2-3 一种变桨电机外形图图2-4 一种液压马达外形图（1）直流电机的优点在于启动力矩大，短时过载能力强，启动平稳，并有良好的控制性能，适合风速变化快、叶片负载大的风机应用。（2）交流电机不需要换向器和电刷，减少了维护的成本。其可靠性高、使用寿命长、结构紧凑。交流电机非常适合在恶劣环境应用。（3）有的机组采用液压马达替代电机驱动。此时，机组要配置相应的液压阀组和管路。
3. 变桨控制系统原理知识与结构
根据各个厂家的不同设计，变桨系统分为电动变桨和液压变桨两种方式。电动变桨分为直流和交流供电两种形式，在系统的组成上，也分为三柜、四柜、七柜等形式。下面以一种直流七柜变桨系统为例进行解释。
变桨系统安装在风电机组的轮毂内，主要包括主控制柜、三个轴控制柜、三个电池柜、三个直流电机、连接电缆和传感器等部件。
变桨系统和速度控制系统一起保持叶轮有一个稳定的能量输出。阵风会导致叶轮有加速，但叶片的调整可以平滑地减缓叶轮速度上升，这对于风电机组的载荷也有很大的缓解，同时也可以保持电能质量的高水平输出。
为了保持变桨系统在电网失电、供电故障或控制电源故障下正常工作，每个叶片都有后备电池作为紧急电源。除了控制电源输出外，变桨系统的机械装置还可作为简单的、安全可靠的刹车装置，它对每个叶片的机械操作都是独立的。这样在刮大风的时候，每个叶片都可以独立转动到安全位置以保持叶轮的转速在安全的范围内。
每个叶片都有独立的变桨传动机构、电机、轴控制器和备用电池。这三个独立的轴控制器由一个安装在轮毂里的轮毂控制器控制。轮毂控制器通过现场总线，从安装在塔架底部的风电机组控制器中获取叶片节距角的给定信号。
每个叶片还各自配备有两个直接与轮毂控制器连接的桨距角传感器。轴控制器有自己的传感器，包括变桨电机速度传感器、变桨电机位置传感器和变桨电机电流传感器。每个变桨电机还配备有一个电磁铁工作的变桨刹车。
4. 变桨执行机构原理与要求
变桨执行机构是安装在轮毂内，作为空气制动或者通过改变叶片角度对机组运行进行功率控制的装置。它的主要功能是：变桨功能，即通过精细的角度变化，使叶片向顺桨方向转动，改变叶轮转速，实现机组的功率控制。这一过程往往是在机组达到其额定功率后开始执行。此外，变桨执行机构还有制动功能，这是通过变桨系统将叶片转动到顺桨位置以产生空气制动效果，与轴系的机械制动装置共同使机组安全停机。
目前变桨执行机构主要有两种：液压变桨和电动变桨，按其控制方式可分为统一变桨和独立变桨两种。在统一变桨基础上发展起来的独立变桨技术，即每支叶片根据自己的控制规律独立地变化桨距角，这样可以有效地解决叶片和塔架等部件的载荷不均匀的问题。独立变桨技术具有结构紧凑简单、易于施加各种控制、可靠性高等优势，因此越来越受到风电市场的欢迎。二、装配变桨润滑系统
1. 变桨润滑系统的类型与要求
变桨润滑系统分为手动润滑和自动润滑两种。手动润滑一般由风场的工作人员定期对轴承进行润滑，易出现单次注脂量大，润滑部位内部压力过大而使润滑脂顶开密封圈的现象。同时，手动润滑还存在单个加油点进行注脂的现象，这将大大降低润滑脂的均匀性，导致润滑不均，降低润滑效果。
因此，在变桨系统的维护中，建议使用自动润滑，通过均布的多个油孔同时注脂，保证润滑脂分布的均匀性。另外，自动润滑的注脂量经过了计算和分配，不易出现过多注脂造成浪费和过少注脂量造成润滑不畅的情况，有效保证了润滑部位的使用寿命。自动润滑系统多配备有集油装置，通过排油孔收集废旧润滑脂。因此，在维护时，还应及时清理或更换集油装置。
2. 变桨润滑油品的要求
正确选用润滑油品是保证风力发电机组可靠运行的重要条件之一。在风力发电机组的设计文件中，设备厂家都提供了机组所有润滑油品的型号和用量等内容。安装人员一般只需要按照要求加注润滑油品即可。
变桨驱动机构不论是液压驱动还是电动驱动，都要通过机械结构执行变桨动作。因此，变桨机组的变桨执行机构是重点润滑部位。第三节 变桨系统调整
1. 变桨系统组成与结构（1）电机齿轮减速器齿轮驱动系统组成与结构。
电机齿轮减速器齿轮驱动系统一般由交流伺服系统、伺服电机、后备电源、轮毂主控制器和执行机构等构成，见图2-5。图2-5 一种电机齿轮减速器齿轮驱动系统
由变桨电机驱动多级行星齿轮减速器，见图2-6。动力输出由最末级的小齿轮传递至与叶片根部连接的变桨轴承的大齿圈上，直接对叶片角度进行控制，其减速比按照机组设计参数确定。部分厂家的机组采用液压电机替代电机驱动器，此时机组要配置相应的液压阀组和管路。与变桨轴承齿圈啮合的小齿轮应采用优质低碳合金钢渗碳淬火，齿面硬度值应达到HRC58～62。图2-6 一种带伺服电机的变桨减速器（2）电机通过齿形皮带驱动系统。
电机通过齿形皮带驱动系统一般由交流伺服系统、伺服电机、后备电源、轮毂主控制器和执行机构等构成。
由变桨电机驱动多级行星齿轮减速器，动力输出至与齿轮减速器连接的变桨驱动装置内传动皮带轮上。由最末级的皮带轮带动齿形皮
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