高玉霞，程朗，王璐

（国电联合动力技术（连云港）有限公司，江苏 连云港 222001）

0 引言

目前，在各种新能源中，风力发电的技术相对成熟，产业化程度较高，风能资源的总量取决于风能的密度和1年可利用的风能小时总数。受地理区域影响，我国的风能资源分布具有明显的地域特性，主要分布在两个地域：一个是东北、华北、西北区域，另一个是东南沿海区域。我国的人口分布和经济发展受地理、社会、政治等多方面影响，整体上呈现出东南优于西北的局面。“十四五”围绕助力“碳达峰、碳中和”目标实现，东南各沿海省市对新能源的需求更加迫切。从行业发展来看，海上风电机组的技术随整个风电行业的发展已经成熟，过去影响海上风电发展的技术、施工、维护等问题已经得到逐步改善。因此，大力发展海上风电机组对我国的经济社会发展有着重大意义。针对现有海上风电发展遇到的防腐问题，本文提供了一种海上型风力发电机组增压除湿装置。

1 海上风机的防腐形式

海上风力发电机组在机组运行时受特殊环境气候影响遇到的腐蚀问题比较严重，主要会受到海上高浓度、高湿度盐雾的侵蚀。盐雾的主要腐蚀成分是海水中的氯化钠，其中氯离子具有较强的活跃性，易与金属材料产生电化学反应并形成金属盐，而其中的金属离子遇到氧气后又反应生成性质比较稳定的金属氧化物（如氧化铁等）[1]。形成的金属氧化物容易对风机内的金属部件造成损坏，海上型风机的发展必须做好海上盐雾侵蚀的防治措施。同时潮湿的海上空气容易造成金属件的锈蚀及电气部件使用寿命的明显降低。

现有的防腐手段主要通过部件防腐使用的防护涂料的选择、表面预处理的方式、特定的工艺程序、涂层的检验和验收要求来提高零部件的防腐等级[2]。根据最新的ISO 12944标准中的要求，结合海上风机的实际寿命要求，防腐涂层的系统寿命需要达到15～25 a。这对海上风机零部件的防腐工艺、零部件的材料提出了更高要求，一味地提高海上风机的防腐等级并不可行，同时可能会带来风电机组成本的大幅度提高。

2 海上型风力发电机组机舱增压除湿装置概述

综合考虑防腐效果、机组运行状态及设备成本等各方面因素，我们考虑在海上风电机组机舱内部增加一套增压除湿装置。该装置的整个机舱罩体使用玻璃钢材质，罩体玻璃钢材质本身具有优异的耐腐蚀性能，能够满足海上机组的长期运行。整个机舱采取密封处理，能最大限度地减少海上外部空气的流入，以减少盐雾的进入。

如图1所示，密闭的机舱内部安装有空气压力传感器和湿度传感器，传感器信号直接接入机舱内部的控制系统，当机舱内压力过低或者湿度较大超过设定数值时，能自动启动除湿增压机。首先对机舱内部的控制进行除湿干燥处理，通过机舱内部循环进行盐雾过滤与干燥。当内部压力低于设定值时，通过机舱罩进风口吸入海上空气并经过盐雾过滤与除湿后就能将干燥空气不断地释放到机舱内部。保证机舱内部的空气压力大于机舱外的压力，这样就能隔绝外部潮湿空气的进入，保障风机的长期安全运行[3]。

图1 增压除湿系统基本概况

3 封闭的机舱环境

该海上型风力发电机组机舱增压除湿系统需要在相对封闭的机舱内实现，相对封闭的机舱能最大程度地保障机舱内部空气干燥，免受海上盐雾的侵扰。

机舱罩整体为玻璃钢材质，有优异的耐腐蚀性能，罩体材质易于成型，能够与塔筒、叶轮、机架等部件良好配合，减小部件间的间隙。罩体通过螺栓装配完成后，左右罩体及上下罩体之间都采用改性硅烷密封胶进行密封，有效地保证各安装面的密封效果。

在风机运行时，叶轮转动的过程中，机舱罩与轮毂罩之间就会产生相对转动；风机在偏航时，机舱罩底部与塔筒之间也会产生相对转动。影响机舱密封的主要因素集中在机舱与叶轮连接的前部结合面及机舱与塔筒连接的下部结合面。如图2所示，常见的密封方式是采用密封橡胶圈进行密封，但上述的两处影响密封效果的部位存在频繁的相对转动，受橡胶材料本身耐候性及经常性磨损的影响，不适宜使用橡胶圈进行密封。

图2 机舱外部密封结构

系统采用在机舱前部叶轮配合面处及机舱底部塔筒配合面处增加一圈致密尼龙毛刷的方式来提高机舱的密封效果。通过尼龙毛刷来填充机舱罩与叶轮之间、机舱罩与塔筒之间的间隙，由于尼龙材料稳定的化学性质及耐磨性能，即使长时间磨损，也能保证密封效果的可靠性。

图3 机舱密封实例

4 增压除湿装置及管路系统

除湿系统的一般工作原理是通过风扇将潮湿空气抽入机体内，在压缩机、蒸发器、冷凝器等制冷系统的相互作用下凝结成水，再通过管路排出水分，产生出的干燥空气通过管路排出，如此不断循环就使得室内的湿度不断降低，封闭空间内逐步达到干燥的效果。

在该机舱增压除湿系统内部安装有多个湿度传感器（如图1），可以监测空气中的湿度并自动开启除湿功能[4]。传感器持续反馈给机舱柜的控制系统，当湿度值达到一定数值后，机舱柜的控制系统自动开启除湿机进行工作。通过系统的持续运转就能保持机舱内部的空气干燥。由于除湿系统风机结构的限制，我们将其放置在机舱尾部。考虑到机舱内的空间较大，在机舱罩内壁同时布置有多路干燥空气出风管路，包括机舱底部，干燥的空气能够均匀地散布到整个机舱内部，以保证整个机舱的同步除湿效果。

图4 除湿冷冻基本原理

在除湿系统进行机舱内部循环除湿的同时，为了保证机舱内的一定压力，系统会从机舱单向进气口吸入少量的空气，经除湿机干燥后排入机舱内部。这样就能保证机舱内部的压力稍微高于外部，形成微正压空间，此时机舱内部的压力高于机舱外部，能减少机舱内外部空气进入，提高除湿的效果。此时，密封的机舱罩空间就能保证增压除湿的时效性，避免机舱内的干燥空气很快逸出。

系统产生的冷凝水由机舱尾部直接排入海水中，冷凝水为空气中的自含水分，直接排放不会给环境带来污染。

5 海上风电机组日常防腐检查

本文所述的风电机组增压除湿系统能有效减少机舱内的盐雾腐蚀，但无法百分之百地做到完全杜绝，定期的海上机组上机检查还是十分必要的。检查的周期一般为3～4个月，检查的项目主要包括机组内电气柜体、驱动齿面、轴承齿面、螺栓等部件的腐蚀情况，一般通过目视检查即可。定期检查能够及时发现设备运行中的不安全因素及隐患，发现问题后及时采取有效措施，避免问题扩大化。

同时除湿系统本身也需要定期进行检查维护，需要定期对空气过滤器滤芯进行检查、清理及更换工作，通过日常的维护能有效保证除湿系统的使用效果和提高使用寿命。

6 结语

海上型风力发电机组机舱增压除湿系统能实时监控机舱内的状态，控制系统自动运转。在封闭的机舱内部，通过传感器采集机舱内部的压力与湿度信号来控制增压除湿装置，控制机舱内部的空气湿度。同时外部空气经过过滤与干燥后进入机舱，使机舱内的空气压力升高。机舱内的空气压力高于机舱外的空气外力，这样就能有效避免外部潮湿空气进入机舱内部。系统的应用推广将有效减少盐雾对海上风力发电机组的侵扰，提高机组运行的安全性、可靠性。