三菱重工開發(fā)出了可使風(fēng)力發(fā)電設(shè)備加快實(shí)現(xiàn)大型化的技術(shù)。這就是該公司的液壓式動力傳輸機(jī)構(gòu)（圖1、2）。主要用于海上風(fēng)力發(fā)電設(shè)備。
圖1：三菱重工正在開發(fā)的7000kW級風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的示意圖
7000kW級是全球Z大級別的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備。風(fēng)車的葉輪直徑實(shí)際達(dá)到165m。
圖2：液壓式動力傳輸機(jī)構(gòu)的示意圖
工作原理是通過液壓泵驅(qū)動液壓馬達(dá)，并轉(zhuǎn)動發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。此處只有一臺液壓泵，而液壓馬達(dá)和發(fā)電機(jī)卻各自組合使用了兩臺。
伴隨著風(fēng)力發(fā)電越來越多地在陸地上設(shè)置，可設(shè)置的空間逐漸減少，因此海上發(fā)電引起了人們的關(guān)注。三菱重工正在開發(fā)的海上風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，是在海底建造的底座上設(shè)置風(fēng)車的方式。雖說設(shè)置地點(diǎn)是在海上，但能夠利用在陸地設(shè)施中積累的多項(xiàng)技術(shù)。不過，海上設(shè)置與陸地設(shè)置有一個很大的不同。這就是海上設(shè)置可實(shí)現(xiàn)大型化，因此電力輸出功率可以高出許多。
海上設(shè)置時，提高輸出功率不可缺少
與陸地設(shè)置相比，海上設(shè)置自然成本較高。不過，通過裝置大型化提高輸出效率后，便可以抵消成本的漲幅。
在陸地上設(shè)置的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，在設(shè)置時對于搬運(yùn)設(shè)備的運(yùn)輸工具存在限制，設(shè)置后存在噪聲問題，輸出功率以2000k～3000kW級為上限。而采用船舶運(yùn)輸、在沒有居民的海上設(shè)置時，則不存在此類問題，因此可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)裝置的大型化。
但是，實(shí)現(xiàn)裝置大型化存在一個較大的技術(shù)課題。這就是動力傳輸機(jī)構(gòu)的耐久性。在普通的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中，以10～15rpm轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動的風(fēng)車，一般經(jīng)由三級齒輪動力傳輸機(jī)構(gòu)來提高轉(zhuǎn)數(shù)，從而轉(zhuǎn)動發(fā)電機(jī)。這種齒輪機(jī)構(gòu)的重量在2000kW級設(shè)備中達(dá)到約40噸。
提高輸出功率就必須增大齒輪，而且齒輪負(fù)荷也會增加。三菱重工原動機(jī)業(yè)務(wù)本部風(fēng)車業(yè)務(wù)部海上風(fēng)車開發(fā)項(xiàng)目室室長宇魔谷雅英表示，“雖然可以采用分散負(fù)荷的設(shè)計，但這必須大幅提高加工精度。目前風(fēng)車故障的原因多來自動力傳輸機(jī)構(gòu)，因此裝置大型化后風(fēng)險會更高”。為避免出現(xiàn)該問題，該公司選擇了液壓式動力傳輸機(jī)構(gòu)。
英國風(fēng)險企業(yè)Artemis開發(fā)出了液壓式動力傳輸機(jī)構(gòu)的基本構(gòu)造。為了將該機(jī)構(gòu)用于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，三菱重工在2010年11月收購了Artemis。
精密控制活塞
三菱重工的動力傳輸機(jī)構(gòu)由液壓泵和液壓馬達(dá)構(gòu)成（圖3）。幾十個活塞按照環(huán)形沿著液壓泵外周配置，位于活塞底部的軌輥與波形部件連接在一起（圖4）。由于內(nèi)層部分與風(fēng)車的轉(zhuǎn)動軸相連，因此隨著風(fēng)車的轉(zhuǎn)動，波形部件也會轉(zhuǎn)動。結(jié)果，活塞在與波形部件的凹陷部接觸時向下轉(zhuǎn)動，與波形部件的突起部接觸時向上轉(zhuǎn)動。
圖3：液壓式動力傳輸機(jī)構(gòu)的的構(gòu)成
通過液壓泵將隨風(fēng)而變的風(fēng)車旋轉(zhuǎn)能轉(zhuǎn)換成油壓，然后利用其轉(zhuǎn)動液壓馬達(dá)，Z后再次回到旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。在這個過程中，原本經(jīng)常變化的轉(zhuǎn)動速度保持在固定水平上。
圖4：液壓泵的構(gòu)造示意圖
環(huán)形中嵌入了幾十個活塞，通過其上下運(yùn)動可產(chǎn)生35MPa的壓力。
當(dāng)活塞下降時，會打開低壓閥（電磁閥）讓油進(jìn)入，在下死點(diǎn)附近關(guān)閉后，油壓會隨著活塞的上升而增大。在上死點(diǎn)附近會打開高壓閥（電磁閥）獲得高壓。通過配管將各個活塞產(chǎn)生的油壓聚集起來，由此可產(chǎn)生35MPa的壓力�？赏ㄟ^該壓力驅(qū)動液壓馬達(dá)。
液壓馬達(dá)中嵌入了六個活塞（圖5）。這里也通過控制高壓閥和低壓閥的開關(guān)來上下活動活塞。通過控制六個活塞的上下移動時間，可將凸輪軸的轉(zhuǎn)動保持在一定水平，因此可產(chǎn)生電力的交流電頻率也能夠保持在一定水平上＊1。
圖5：液壓馬達(dá)的構(gòu)造示意圖
每隔一小段時間，六個活塞就會按下凸輪軸，由此可產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。
�。�1：以目前的主流——齒輪式為例，頻率會根據(jù)風(fēng)力強(qiáng)度發(fā)生變化，頻率也會波動，一旦轉(zhuǎn)換成直流，要想再回到指定的頻率，就需要組合使用逆變器和轉(zhuǎn)換器。
這種液壓泵和馬達(dá)的構(gòu)造以前就廣為人知，但能量傳輸效率僅為80％左右，無法用于風(fēng)力發(fā)電。不過此次開發(fā)的技術(shù)可以精密控制用于調(diào)整活塞油壓的電磁閥，由此將傳輸效率提高了十幾個百分點(diǎn)，達(dá)到了與齒輪式同等的水平。三菱重工表示由于沒有齒輪，因此耐久性更高。
三菱重工認(rèn)為，可以通過無需齒輪的液壓式動力傳輸機(jī)構(gòu)，來減小風(fēng)力發(fā)電設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)的風(fēng)險。對于海上設(shè)備故障，在波濤洶涌的冬天無法修理，即便能修理也需要配備起重機(jī)船，因此設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)的時間會變長。為此，提高動力傳輸機(jī)構(gòu)的耐久性就變得尤為重要。
三菱重工計劃開發(fā)出配備該液壓式動力傳輸機(jī)構(gòu)、輸出功率為7000kW級的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，并參與將從2015年開始在英國北海沿岸建設(shè)的大規(guī)模風(fēng)力田項(xiàng)目“Round3”＊2。因此該公司將力爭獲得相當(dāng)于700座以上風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的500萬kW訂單。為此，該公司預(yù)定2012年在目前配備齒輪式的2400kW級風(fēng)力發(fā)電設(shè)備（地點(diǎn)選在橫濱市）中配備液壓式動力傳輸機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)證試驗(yàn)，并于2013年在海上設(shè)置7000kW級實(shí)證機(jī)。三菱重工將通過此類實(shí)證試驗(yàn)，驗(yàn)證該機(jī)構(gòu)的耐久性水平。
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