风力涡轮机时光机器

随着风能行业在全球逐年增长，业界期待使用更少的材料来生产大型风力涡轮机部件。而德国的一个项目正在测试一种新的建造方法，可以在很短时间内模拟出长达二十年的磨损状况。

风能持续发展，面对成本压力，业界正在密集试验，探索新路。为了使风能成为一种不需要补贴的长期替代能源，业界还需要不懈研究如何削减成本。

德国弗劳恩霍夫风能及能源系统技术研究所（Fraunhofer Institute for Wind Energy and Energy System Technology, IWES）提供行业相关的研究服务与合作，帮助风力涡轮发电机制造商、风电场运营商、供应商和能源公司等客户，解决广泛的风能技术问题。

Hans Kyling 是BeBen XXL 项目的副研究员，他说：「IWES 是一个专注于风电产业领域的行业研究机构。」BeBen XXL 项目的研究课题，是可否使用更少的材料来满足商业安全要求。

项目合作方包括弗劳恩霍夫IWES、风力涡轮机制造商Suzlon Energy GmbH（项目发起者）和汉堡应用科学大学（HAW），时间从2012年到2017年，由德国联邦经济事务部为项目提供资助。

在德语中，「BeBen」这个缩写词的意思是「对使用样本主轴的大型风力涡轮机部件加快进行实验性耐用强度认证」。

Kyling 指出：「『轻质结构』这个词略显夸张，因为我们并不是真的建造轻盈的东西，而是使原来的东西更轻一些。」

这个项目的成果可能会让风能行业的所有原始设备制造商获益。如果认证指引能够相应调整，就能改善成本效益，因为这意味着今后不必再使用庞大的风力涡轮发电机部件。

除了主要目标外，项目还会研究和论证用高强度铸铁替代昂贵的锻造材料的适合性。Kyling表示：「我们正在进行一项使用寿命测试，为了加快速度，我们修改了一些参数，比如采用比风力涡轮发电机正常运行更快的转速，这样就通过更重的转子让主轴承受更大的压力。」

项目的另一创新之处是建立一个「Wöhler 曲线」，用于确定材料或部件（尤其是大型部件）的抗振性。在汽车行业，抗振性测试通常用于小型部件。出于成本原因，即便是航空航天工业也只是把测试用在小得多的部件上。

尽管风力涡轮发电机有着巨大的主轴，但是螺栓连接件的作业空间却相当局促，使得安装和维护十分困难，甚至会有危险。

Kyling 说：「我们建造了分体式试验台。它包括一个连接到基座的钢结构，还有一个连接试样的上部钢结构。」

通常来说，这样的应用都是很难得的。这种结构是为负载流优化而设计，所以螺栓的位置有时难以企及，可供操作工具的空间非常狭小。除了空间局限，Kyling 还指出了其他挑战：「预紧力的损失应当尽可能低，此外还要应对极高的作用力。」

这些挑战正是他们选用Nord-Lock 洛帝牢集团产品的主要原因。Superbolt 超级螺栓有利于项目的安全，因为它既适合狭窄空间作业，又为使用更轻盈的工具创造了条件。在这种环境下使用液压装置会危及工人的安全。

Superbolt 超级螺栓被用于两个上部钢构件之间，以及钢结构与基座之间。该项目使用八个M80 超级螺栓，还有28个较小的M56 超级螺栓。即便使用大号的M80 Superbolt 超级螺栓，仍要面对2.8MN（兆牛顿）的力，而Superbolt 超级螺栓完全有能力应付。

除了优良的产品质量，Nord-Lock 洛帝牢集团所拥有的风能行业的丰富经验也让BeBen XXL 项目获益匪浅。在这个市场，找准定位是成功的关键，「因为成本压力无处不在」，Kyling 道。

洛帝牢集团的销售工程师Tobias Klanck 表示：「作为风能行业的高素质供应商，我们很高兴看到这个领域保持增长之势。弱风力区域的涡轮机前景尤为光明，若能充分利用现有的风力，那么世界上的许多地方都非常适合安装这种涡轮机。」

展望未来，Kyling 说风力涡轮机的建造「仍有许多需要克服的挑战」。其中一个挑战就是涡轮机使用的转子叶片越来越大。至于动力传动系统，则要考虑用铸铁轴替代锻造轴，以降低大量生产的成本。因为没有通行的动力传动系统概念，为了提高竞争力，轴承是风力涡轮发电机制造商所面临的又一挑战。

技术洞察：全能产品

洛帝牢集团的Premium 产品系列对风能行业极具吸引力，它能满足风力涡轮机运营商的苛刻要求。Nord-Lock 产品能够完美固定风力涡轮机的螺栓连接，使它们能在极端条件下承受巨大压力，而这些产品还具有几乎免维护的实用特性。

Nord-Lock 防松垫圈依靠张力而非摩擦力来防止螺栓因振动和动态载荷而导致的松动，从而减少生产故障或财产损失的风险。X 系列防松垫圈既有楔形制锁垫圈的楔形制锁效果，更能弥补沉降和松弛引起的松劲，带来更出色的安全性能。它们还能可靠应对动力负载，尤其适合高性能的新型涡轮机使用。

Superbolt 超级螺栓是风力涡轮机的上佳选择。它们取代了传统的螺栓和螺母，增加了螺栓连接的寿命，而且只需手动工具就能紧固连接。它们适用于持续大量受力的动力传动系统、齿轮箱前后以及外壳和底座螺钉。

Boltight 液压拉伸工具为建造和维护领域的所有关键螺栓连接提供可靠、精确的预紧力，具体应用包括塔地连接、机架、轴承、基座、转子叶片等。

M80 超级螺栓

资料： BEBEN XXL 研究项目
客户： 弗劳恩霍夫IWES 工业研究所
地点： 德国不莱梅
项目： BeBen XXL 研究项目（2012 年－2017年）
项目目标： 确定可否少用或改用大型风力 涡轮机的主轴材料
NORD-LOCK 集团产品： Superbolt M56和M80 超级螺栓

好处：

• 非常适合在狭窄空间作业。
• 无预紧力损失。
• 可承受极高应力。
• 工具轻巧。