金风科技王丁会：直驱机组冷却系统创新设计与实现

　　2020年10月14日-16日，2020北京国际风能大会暨展览会（CWP 2020）在北京新国展隆重召开。作为全球风电行业年度最大的盛会之一，这场由百余名演讲嘉宾和数千名国内外参会代表共同参与的风能盛会，再次登陆北京，本届大会以“引领绿色复苏，构筑更好未来”为主题，聚焦中国能源革命的未来。能见App全程直播本次大会。

　　

　　在15日上午召开的关键部件技术创新分论坛上，新疆金风科技股份有限公司研发中心高级热能与环境控制工程师王丁会发表《直驱机组冷却系统创新设计与实现》主题演讲。

　　以下为发言实录：

王丁会：下面我来讲直驱机组冷却系统创新新设计与实现，我们的目标很宏伟，我们今天拿一些创新设计出来，其中一阀一个密封一个管路能不能上这个大台面，创新技术如何去实现，如何支撑大的目标，其实在昨天的大咖指点江山的时候，我觉得背后所能支撑这个目标的，其实是我们这些零部件，我们作为供方整机厂家，或者业主在其中所遇到的问题，源于哪儿我们心里都非常清楚。对于大兆瓦机组的在冷却系统实现，我们怎么做的，给大家做一个分享，金风科技对于关键部件以应用一代，研发一代和储备一代为指导精神，今天我所讲的其实就是针对我们大兆瓦机组所应用一代进行的介绍，同时我们所研发的一代和储备的一代也在不断的进行和推进。

　　

　　我从这几个方面给大家做一个整体的介绍。我们先看一下风力发电机组的冷却形式，传热学理论，冷却技术理论发展到今天，我们的创新在哪儿，我们的创新是在系统、在结构、在零部件的应用，这些是我们整个专业系统创新真正的方向，如果冷却技术实现基础理论突破的时候，我们讲解和分享的时候就不是站在这个论坛上进行了。我们采用发电机冷却技术过程中，运用到了多少技术呢？空冷，水冷却，空水空冷却等等，在这些应用过程中我们积累了大量的经验，而这几种技术我们是想追求简单的、合理的，因为一个技术一个零部件，一个结构，越简单的、越可靠的才是越科学的，这才是我们所追求的真谛。

　　

　　所以局限于哪儿？我们可以局限于造价性价比，以及我们整机的布局整个结构的要求，这个是最终造成我们冷却形式的选择的关键因素。

　　

　　现在看看大兆瓦机组直驱机组发展过程中我们的需求是什么，我们以什么开发主线实现我冷却和大机组的匹配性。

　　

　　第一个散热量需求，这是我们最基本的要求，部件的有效散热是部件可靠运行的一个基础，然后在这个过程中除了散热量的增加，大的机组，损耗量不断的增加，这个损耗不仅需要进行服务的对象，同时损耗部件数量也不断的在增加，第二个可靠性的需求，这个尤其对于海上机组尤为明显，一次运维成本，所产生的费用，我们大家心理都清楚，它所产生的费用在我们整个占比上非常大，在可靠性上金风科技做了大量的工作，来确保零部件可靠的运行。

　　

　　第三个能效的需求，在大兆瓦冷却机组容量增加的同时，我们做的目的不想随着容量的增加，能耗线性的增加，所以我们引入能效比，能效比就是一千瓦的电产生多大冷量来服务我的机组，所以通过能效的一个对比，结合性价比的合理分析，选择一个中间我们能够接受的一个点。

　　

　　第三个紧凑型需求，大兆瓦机组发展过程中，我们看到整个机组个头不断增加，重量不断增加，在冷却上面，选型上面，冷却选型影响机结构的尺寸，我们实现紧凑型的设计，实现这个集成的设计，这是一个很高的设计水平要求。

　　

　　我们怎么去响应和怎么去附和大兆瓦机组冷却的要求。

　　

　　第一个我们要讲方法论，第一个方法论凡事必有章程，我们一定要有清晰的思路和方向，源于多年的技术积累和多年遇到的问题，在这个过程中我们方法论采用两个方向，两条主线，第一个全链条的信息贯通，整机厂加工环节比较多，信息流的贯通是保证这个新型的技术往下推进的一个重要措施，这个研发主线能够保证我们可以按部就班并合理的调整我们步伐，保证我们系统的可靠性和系统的完整性；第二个采用需求分析到后评估的闭环流程，实现系统的优化及迭代。多方案设计：包括结构、系统以及关键部位的型式，这些设计过程中，金风科技全部采用多方案设计，集成公司的所有技术力量，通过技术评审进行一个对标迭代，然后达到我们一个最优的一个形式。系统及部件的验证：这个验证过程中，金风科技付出很多精力，所有的测试标准高于行业里面的指标，在这个过程中确保我们机组长治久安的运行，在这个过程中我们不仅仅对金风科技技术的推进，对于整个行业在零部件上应用也是一个巨大的推进。

　　

　　再有我们先介绍我所说的开发主线，金风科技以一次做对为我们的主导精神，所以开发之前要有一个清晰的一个思路和清晰的理念，我们在整个流程中包括几大关键的环节，从需求分析，概念分析，详细设计到零部件的验证，系统的验证，以及到最后的现场数据迭代，和数据进行再分析和系统的再优化，在整个过程中我们调研了大量的资料，调研大量不同行业不仅仅风电行业其他行业所有行业技术的应用，第一个我们首先要保证的对知识产权的尊重，我们会避开知识产权纠纷，这是第一步；第二个从概念设计采用多方案的体系到最终运行数据的后评估，我们得到了很好的结果，其实在地面进行验证过程中出现了许多的问题，正是因为我们敢于面对问题，敢于解决问题，后续保证我们大兆瓦机组正常运行可靠的运行。

　　

　　全链条的贯通，我们知道我们作为整机厂家，我们包括了大量的专业人员和不同方向的人员，包括质量、工艺、可靠性、检测、实验中心、总装、客服等等，这个环节我们采用新的技术，在这个过程中如何把这个信息传递下去，这就是我们所做的全链条贯通的一个体系，在这个过程中，我们会做什么？我们会把我需要哪个部门参与与开发主线相结合对各方向提出要求与规定，我们规定什么？会规定你的交付物是什么？你需要了解什么？你的任务在这个环节是什么？整个商务质量等全部参与过程中，我们想做到一个最终的目标和结论是什么？我们新系统放到这儿以后大兆瓦机组相关的人员都能知道，也就是说问到你相应的这个人员，你应该知道这个关键环节需要注意什么需要做什么，你给我交付的是什么，达到了没有，保证系统到最后能够最终传到现场运维人员手里对这个系统的要求，同时在这个过程中，我的设计人员全程参与，每一个环节都要把控和参与，这个是我讲的两个重要的主线。在我们整体的开发过程中发挥了重大的作用。

　　

　　再有一个，我详细讲一下大兆瓦基础设计系统中的一些细节，整机型自冷却，因为大家知道对于不同零部件，第一温度的敏感性不一样，然后它在整个系统中的逻辑控制不一样，以及在整个整机布局不一样，这个时候我们就分析，哪些结构的布局能实现更紧凑的设计，所以在我这六个需要散热的零部件过程中，我们形成三大系统，外冷散热的集成系统，形成一个环供系统，在这三个系统中，不同的逻辑和不同的运行模式，来保证整个机组散热合理。

　　

　　大家看一下我们在大兆瓦机组整体设计过程中，多方案系统设计，我们在系统设计中，这个系统中我们进行了一个容错运行的对比，以及知识产权上的一个对比，然后选择了我们里边最优的形式。多方案结构设计过程中，我们形成七种方案，在这七种方案中我们进行不同方案的对比和方案的实验可行性，对运维人员影响，安装的影响，我们选择最优的结果。比如说我们在集成设计中实现了大环管，与定轴的密切结合，直径达到4米，加工过程中精度的保证有很大的要求，定轴的设计，也有很大的要求，由于在发电机机组运行过程中所产生的振动，对于刚性连接有一个什么样的影响，对于系统运营的可靠性都有很大的一个影响和障碍。在这个布局过程中咱们知道有很多零部件涉及到二十轮的迭代，绕偏航的外齿，在这个过程中我们最终实现结构形式，保证间距是5毫米，实际上在我们装备过程中和实际运用过程中这个数据非常非常的精确，其实真正的距离也就是5毫米，实现管路布局美观可靠性上的最佳结果。

　　

　　在结构紧凑型布局过程中，我们对于散热器它本身会产生一些异形，异形的结果，会产生一个整体气流组织的变化，所以在这个过程中我们为了确保我们整个气流组织和散热的有效性进行一个仿真，仿真过程中我们从理论基础上支撑我这个设计是有效的，同时以所产生的结果作为我零部件迭代和零部件选型的一个输入进行相互的迭代，达到最终的一个完美结果。

　　

　　其实在工程建设中，最主要目的是保证质量，保证工期，保证成本，然后在这个过程中我们也做了一个简单的人机料法环，原料可以应用的。第一个系统性能的测试，我们系统测试进行了一年的时间，在产品出来之前，我们通过成本上考虑，我们创新性的采用了结构平台来模拟发电机整体结构的模式，在这个过程中我们把整个系统设计出的系统，一比一的完全体现，在这个过程中我们进行系统的运行测试。排气排液注液有效性测试，还有对流体均匀的测试，在整个系统布局中，我们所做的就是通过结构形式的变化，来保证我整个流体均匀性的分布，而不是同动电动阀和电池阀的调节，整个过程中我们追求的是简单简化，尽量减少电空间，和这些电空间的存在，以此提高整个系统的可靠性有效性，这个系统测试中我们所有的设计人员，可以说是风餐露宿，在整个户外，为什么把所有的设计人员拉过去，在整个系统安装过程中，全部是让我们设计人员来安装，设计人员来安装，让设计人员来拆一解，安装和拆解在设计中体现人性化的设计，你在设计过程中你知道安装人员在哪个地方安装困难性最大，你去安装，你安装你回来以后改进，在运维过程中哪个地方难拆哪个地方问题大，也是由我们设计人员来完成，这个过程对设计人员水平的提高和对设计人员本身一个设计的眼界和潜移默化的设计过程中一个意识的提高是非常非常有作用的。

　　

　　系统设计完成以后我们让系统连续运行半年的时间，系统在地面可靠性运行，比天上运行的意义还要重大，因为这是我在地面运行所有的问题全部可以发现，在整个安装在整个拆解包括整个测试过程中，会存在一些问题，有些问题是核心观念的，通过这个系统的测试，我们把这些问题在地面全部解决，保证机组可靠性运行。第二个我们看振动测试，对于整机的发展对于整机的可靠性影响特别大，但是整个冷冻系统振动测试不可实现。

　　

　　我们创新性的实现了这个模卡结构的测试，通过模卡结构措施散热器进行振动测试，而且这个振动测试情况非常恶劣，我们得到很多意想不到的结果，这对于整个零部件发挥了巨大的作用。

　　

　　一个芯体的测试，是我们核心部件，有些测试我就不再介绍了，在这个过程中清洁度，脉冲焊缝金相分析，所有标准全部超越行业标准。新零部件的应用，水浸及电容液位传感器性能测试。对冷却液的测试，我们形成自由的标准和，理化性泡沫倾向，压力冲击等等，这些大量的实验来保证我整个系统构成的关键零部件的可靠性。

　　

　　再有一个是人的因素，在全链条人员培训过程中，我们把各个部门各个人员，以及我们的供方全部拉到一起，在整个培训过程中，不厌其烦进行了十几轮的安装培训，以及系统的理论培训，因为我们坚信有一条，三分设备七分安装，安装影响，对后期运营有很大很大的作用，我们对于设计人员天天跟工人在一起，天天交流，天天做培训，保证我们设备在安装过程中一个问题最小化。

　　

　　我们设计过程中试验过程中，集合我们总工团队的力量，进行多次问题汇报问题反馈，在这个过程中我们可以说是把金风科技多年的技术积累全部应用到了大兆瓦过程中，进行了多次的迭代，实现了系统的最优化，再有一个我们在整个过程中的方法论，在这个过程中我们概念设计，等等一系列文件在一个系统上形成147分报告。

　　

　　我最终的一个把控环节，金风科技凭借自己实验台的巨大优势，新型基础中进行全面的实验，这是最后一道把关点，前期一系列积累和一系列计算，保证了在卫生结果中的合理值所有的结果全部达标。

　　

　　再说几个创新点，我和大家分享一下。

　　

　　我们系统设计中，第一个全系统的自动排气设计，这个出于人性化考虑，大大减轻人员工作的负担，整个系统的安装作业时间的节省和工作量的减少；第二个结构减震的设计，在这个设计过程中我们通过材料紧密结合；第三个没有风管没有变径，我们把发电机自身的定的结构，作为了我们自承的风道，实现了结构的共用；第四个部件的容错和系统的容错的设计，系统功能的不同，我们进行了不同的部件和系统的一个设计，刚才说的三个系统，其实三个系统，我们的部件方式完全都是不同的，这个结合了我们每一个部件自身的特点来进行的；第五个，电容传感器的应用，首次纳入行业内来应用一系列协同策略关键运维过程中，都是在我们整个全部把这些工作提前全部完成和实现的设计过程中我们有20多项创新和设计。金风科技对于整个技术的尊重性非常强，我们进行知识产权的同时，我们也注重知识产权的保护，部分创新点，实行二十多项的专利的一个申请。

　　

　　（根据速记整理，未经本人审核）