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風(fēng)力發(fā)電機(jī)認(rèn)識(shí)報(bào)告 1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)概述 風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng) 偏航系統(tǒng) 變槳系統(tǒng) 4 1 2 3 目錄 2 主要部件 風(fēng)力機(jī)主要部件 3 按風(fēng)輪結(jié)構(gòu)劃分 垂直軸風(fēng)力機(jī) 風(fēng)輪圍繞一個(gè)垂直軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn) 水平軸風(fēng)力機(jī) 葉片圍繞一個(gè)水平軸旋轉(zhuǎn) 旋轉(zhuǎn)平面與風(fēng)向垂直 風(fēng)力發(fā)電機(jī)分類 4 按照風(fēng)輪與塔架相對(duì)位置劃分 順風(fēng)式風(fēng)力機(jī) 風(fēng)輪在塔架的下風(fēng)位置旋轉(zhuǎn)的風(fēng)力機(jī) 能夠自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向 不需要調(diào)向裝置 缺點(diǎn) 空氣流先通過(guò)塔架然后再流向風(fēng)輪 會(huì)造成塔影效應(yīng) 風(fēng)力機(jī)性能降低 以空氣流向作為參考 風(fēng)輪在塔架前迎風(fēng)旋轉(zhuǎn)的風(fēng)力機(jī)為逆風(fēng)式風(fēng)力機(jī) 需要調(diào)風(fēng)裝置 使風(fēng)輪迎風(fēng)面正對(duì)風(fēng)向 逆風(fēng)式風(fēng)力機(jī) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)分類 5 葉片固定在輪轂上 槳距角不變 風(fēng)力機(jī)的功率調(diào)節(jié)完全依靠葉片的失速性能 當(dāng)風(fēng)速超過(guò)額定風(fēng)速時(shí) 在葉片后端將形成邊界層分離 使升力系數(shù)下降 阻力系數(shù)增加 從而限制了機(jī)組功率的進(jìn)一步增加 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 不能保證功率恒定 并且由于阻力增大 導(dǎo)致葉片和塔架等部件承受的載荷相應(yīng)增大 定槳距風(fēng)力機(jī) 按功率調(diào)節(jié)方式劃分 定槳距與變槳距 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)分類 6 葉片和輪轂不是固定連接 葉片槳距角可調(diào) 在超過(guò)額定風(fēng)速范圍時(shí) 通過(guò)增大葉片槳距角 使攻角減小 以改變?nèi)~片升力與阻力的比例 達(dá)到限制風(fēng)輪功率的目的 使機(jī)組能夠在額定功率附近輸出電能 變槳距風(fēng)力機(jī) 高于額定風(fēng)速區(qū)域可以獲得穩(wěn)定的功率輸出 需要變槳距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 目前的大型兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組普遍采用變槳距控制技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)分類 7 水平軸風(fēng)力機(jī)構(gòu)造 8 傳動(dòng)系統(tǒng)用來(lái)連接風(fēng)輪與發(fā)電機(jī) 將風(fēng)輪產(chǎn)生的機(jī)械轉(zhuǎn)矩傳遞給發(fā)電機(jī) 同時(shí)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的變換 圖為一種目前風(fēng)電機(jī)組較多采用的帶齒輪箱風(fēng)電機(jī)組的傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 包括風(fēng)輪主軸 低速軸 主軸軸承 增速齒輪箱 高速軸 齒輪箱輸出軸 聯(lián)軸器 及機(jī)械剎車制動(dòng)裝置等部件 作用在風(fēng)輪上的各種氣動(dòng)載荷和重力載荷通過(guò)主機(jī)架及偏航系統(tǒng)傳遞給塔架 風(fēng)力機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng) 9 3 1主軸 主軸是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的重要零件之一 用來(lái)支持旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件 主軸 10 目前 主軸軸承主要有圓錐滾子軸承 調(diào)心滾子軸承 2 3列圓柱滾子軸承等形式 為使軸承有更長(zhǎng)的使用壽命和更強(qiáng)的承載能力 往往采用多列滾子軸承排布 主軸起支承輪轂及葉片 傳遞扭矩到增速器的作用 主軸軸承主要承受徑向力 其性能的好壞不僅對(duì)傳遞效率有影響 而且也決定了主傳動(dòng)鏈的維護(hù)成本 所以要求具有良好的調(diào)心性能 抗振性能和運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性 主軸軸承 11 齒輪箱是風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)中的主要部件 需要承受來(lái)自風(fēng)輪的載荷 同時(shí)要承受齒輪傳動(dòng)過(guò)程產(chǎn)生的各種載荷 需要根據(jù)機(jī)組總體布局設(shè)計(jì)要求 為風(fēng)輪主軸 齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)系統(tǒng)中的其他構(gòu)件提供可靠的支撐與連接 同時(shí)將載荷平穩(wěn)傳遞到主機(jī)架 由于要求的增速比往往很大 風(fēng)電齒輪箱通常需要多級(jí)齒輪傳動(dòng) 大型風(fēng)電機(jī)組的增速齒輪箱的典型設(shè)計(jì) 多采用行星齒輪與定軸齒輪組成混合輪系的傳動(dòng)方案 結(jié)構(gòu)形式 風(fēng)電機(jī)組齒輪箱 12 圖為一種一級(jí)行星 兩級(jí)定軸齒輪傳動(dòng)的齒輪箱結(jié)構(gòu) 低速軸為行星齒輪傳動(dòng)后兩級(jí)為平行軸圓柱齒輪傳動(dòng) 可合理分配傳動(dòng)比 提高傳動(dòng)效率 風(fēng)電機(jī)組齒輪箱結(jié)構(gòu)形式 13 圖為二級(jí)行星 平行軸齒輪傳動(dòng)的齒輪箱結(jié)構(gòu) 風(fēng)電機(jī)組齒輪箱結(jié)構(gòu)形式 14 有些齒輪箱采用多級(jí)行星輪系的傳動(dòng)形式 如圖三級(jí)行星輪加一級(jí)平行軸齒輪的傳動(dòng)結(jié)構(gòu) 多級(jí)行星輪結(jié)構(gòu)殼可以獲得更加緊湊的結(jié)構(gòu) 但也使齒輪箱的設(shè)計(jì) 制造與維護(hù)難度和成本大大增加 因此 齒輪箱的設(shè)計(jì)和選型過(guò)程 應(yīng)綜合考慮設(shè)計(jì)要求 齒輪箱總體結(jié)構(gòu) 制造能力 以及與機(jī)組總體成本平衡等因素間的關(guān)系 盡可能選擇相對(duì)合理的傳動(dòng)形式 風(fēng)電機(jī)組齒輪箱結(jié)構(gòu)形式 15 優(yōu)點(diǎn) 發(fā)電機(jī) 齒輪箱等大部件易拆卸 可維護(hù)性較好 技術(shù)成熟 設(shè)計(jì)制造難度低 發(fā)電機(jī)由于極對(duì)數(shù)小 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 體積小 缺點(diǎn) 傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜 齒輪箱增速比高 存在齒輪磨損 潤(rùn)滑油更換頻繁 機(jī)械噪聲 振動(dòng)等問(wèn)題 高傳動(dòng)比齒輪箱 高傳動(dòng)比齒輪箱 16 直驅(qū)型 優(yōu)點(diǎn) 沒(méi)有了齒輪箱所帶來(lái)的噪聲 故障率高等問(wèn)題 提高了運(yùn)行可靠性 減少了傳動(dòng)鏈能量損失 能量利用率高 發(fā)電質(zhì)量好 缺點(diǎn) 發(fā)電機(jī)極對(duì)數(shù)高 體積比較大 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 同時(shí)增加了制造難度與成本 需要全功率變頻器 成本高 損耗大 直接驅(qū)動(dòng)型 采用多級(jí)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī) 讓風(fēng)輪直接帶動(dòng)發(fā)電機(jī)低速旋轉(zhuǎn) 直驅(qū)型 17 齒輪箱高速軸與發(fā)電機(jī)軸的連接構(gòu)件一般采用柔性聯(lián)軸器 以彌補(bǔ)機(jī)組運(yùn)行過(guò)程軸系的安裝誤差 解決主傳動(dòng)鏈的軸系不對(duì)中問(wèn)題 同時(shí) 柔性聯(lián)軸器還可以增加傳動(dòng)鏈的系統(tǒng)阻尼 減少振動(dòng)的傳遞 聯(lián)軸器必須有大于等于100M 的阻抗 并且承受2kV的電壓 這將防止寄生電流通過(guò)聯(lián)軸器從發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子流向齒輪箱 這可能帶給齒輪箱極大的危害 聯(lián)軸器 18 一 根據(jù)風(fēng)向的變化 偏航操作裝置按系統(tǒng)控制單元發(fā)出指令 使風(fēng)輪處于迎風(fēng)狀態(tài) 以提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效率 二 同時(shí)還應(yīng)提供必要的鎖緊力矩 以保證機(jī)組的安全運(yùn)行和停機(jī)狀態(tài)的需要 偏航系統(tǒng)功能 偏航系統(tǒng)構(gòu)成 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航系統(tǒng)主要由風(fēng)向標(biāo) 偏航軸承 偏航驅(qū)動(dòng)器 偏航制動(dòng)器 偏航計(jì)數(shù)器 潤(rùn)滑泵 偏航位置傳感器組成 偏航系統(tǒng) 19 風(fēng)向標(biāo) 風(fēng)向標(biāo)目的 風(fēng)向 風(fēng)向標(biāo)是偏航系統(tǒng)風(fēng)向信號(hào)的采集裝置 正常工作時(shí)能根據(jù)風(fēng)向的變化傳遞不同的電壓信號(hào)給主控 主控通過(guò)接收到的電壓信號(hào)的不同能夠分析外界風(fēng)向情況 然后通過(guò)比較 決定是否發(fā)出偏航指令 為了減少突變風(fēng)對(duì)風(fēng)機(jī)偏航系統(tǒng)的影響 主控接收的一分鐘內(nèi)的平均風(fēng)向 偏航系統(tǒng)相關(guān)部件 20 偏航驅(qū)動(dòng)部件一般由電動(dòng)機(jī) 大速比減速機(jī)和開(kāi)式齒輪傳動(dòng)副組成 通過(guò)法蘭連接安裝在主機(jī)架上 根據(jù)傳動(dòng)比要求 偏航減速器通常需要采用3 4級(jí)行星輪傳動(dòng)方案 繼承了行星齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn) 偏航驅(qū)動(dòng)裝置 偏航驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)一般選用轉(zhuǎn)速較高體積小的電動(dòng)機(jī)但由于偏航驅(qū)動(dòng)所要求的輸出轉(zhuǎn)速又很低 多采用多級(jí)行星輪系傳動(dòng) 以實(shí)現(xiàn)大速比 緊湊型傳動(dòng)的要求 以滿足偏航動(dòng)作要求 偏航驅(qū)動(dòng)電機(jī) 偏航減速器 偏航系統(tǒng)相關(guān)部件 21 偏航制動(dòng)裝置 風(fēng)機(jī)機(jī)械液壓系統(tǒng)對(duì)偏航剎車的控制 偏航系統(tǒng)未工作時(shí)剎車片全部抱閘 機(jī)艙不轉(zhuǎn)動(dòng) 機(jī)艙對(duì)風(fēng)偏航時(shí) 所有剎車片半松開(kāi) 設(shè)置足夠的阻尼 保持機(jī)艙平穩(wěn)偏航 自動(dòng)解纜時(shí) 偏航剎車片全松開(kāi) 偏航系統(tǒng)相關(guān)部件 22 風(fēng)向標(biāo)作為感應(yīng)元件將風(fēng)向的變化用電信號(hào)傳遞到偏航電機(jī)的控制回路的處理器里 經(jīng)過(guò)比較后處理器給偏航電機(jī)發(fā)出順時(shí)針或逆時(shí)針的偏航命令 電機(jī)轉(zhuǎn)速將通過(guò)同軸聯(lián)接的減速器減速后 通過(guò)安裝在驅(qū)動(dòng)部件上的小齒輪與大齒圈嚙合 帶動(dòng)主機(jī)架和機(jī)艙旋轉(zhuǎn)使風(fēng)輪對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向 工作原理 偏航系統(tǒng)工作原理 23 禁止偏航條件 以下情況不會(huì)自動(dòng)偏航 產(chǎn)生偏航故障 偏航解纜動(dòng)作 風(fēng)機(jī)處于維護(hù)模式 30s平均風(fēng)速 2 5m s 緊急停機(jī)過(guò)程 發(fā)生液壓故障 禁止偏航條件 24 通過(guò)改變風(fēng)機(jī)的槳葉角度來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率以適應(yīng)隨時(shí)變化的風(fēng)速 保障風(fēng)機(jī)機(jī)組安全停機(jī) 在額定風(fēng)速以下時(shí) 槳葉全開(kāi) 最大限度捕獲風(fēng)能 額定風(fēng)速之上時(shí) 根據(jù)主控器指令調(diào)節(jié)葉片角度 保證機(jī)組的輸出功率 超過(guò)安全風(fēng)速時(shí)或故障停機(jī) 緊急情況下 旋轉(zhuǎn)槳葉到安全位置 保護(hù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 實(shí)現(xiàn)安全停車功能 調(diào)節(jié)功率 氣動(dòng)剎車 變槳系統(tǒng)功能 變槳系統(tǒng) 25 變槳系統(tǒng)相關(guān)部件 26 變槳軸承安裝在輪轂上 通過(guò)外圈螺栓把緊 其內(nèi)齒圈與變槳驅(qū)動(dòng)裝置嚙合運(yùn)動(dòng) 并與葉片聯(lián)接 外圈 內(nèi)圈 變槳軸承 27 變槳驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)螺柱與輪轂連接 變槳齒輪箱前的小齒輪與變槳軸承內(nèi)圈嚙合 并要保證嚙合間隙 間隙由加工精度保證 無(wú)法調(diào)整 變槳驅(qū)動(dòng)電機(jī) 變槳齒輪箱 安裝位置 變槳驅(qū)動(dòng)裝置 28 當(dāng)風(fēng)機(jī)正常停機(jī) 在風(fēng)電機(jī)組斷開(kāi)電網(wǎng)前先將葉片順槳到89 利用葉片的氣動(dòng)剎車將葉輪轉(zhuǎn)速降低至功率為0 當(dāng)風(fēng)機(jī)緊急停機(jī)時(shí) 葉片會(huì)順槳到91 限位置 最后風(fēng)機(jī)采用機(jī)械剎車系統(tǒng)使葉輪停止轉(zhuǎn)動(dòng) 此外還需要一個(gè)冗余限位開(kāi)關(guān) 用于95 限位 在主限位開(kāi)關(guān) 用于91 限位 失效時(shí)確保變槳電機(jī)的安全制動(dòng) 91 限位開(kāi)關(guān) 95 限位開(kāi)關(guān) 限位開(kāi)關(guān) 29 絕對(duì)式編碼器 特點(diǎn)是 可以直接讀出角度坐標(biāo)的絕對(duì)值 沒(méi)有累積誤差 電源切除后位置信息不會(huì)丟失 因此 測(cè)位置多采用絕對(duì)編碼器 抗干擾特性強(qiáng) 數(shù)據(jù)的可靠性大 增量式編碼器 偏轉(zhuǎn)角度 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速 編碼器 30 雷電保護(hù)爪主要由三部分組成 按照安裝順序從上到下依次是墊片壓板 碳纖維刷和集電爪 雷電保護(hù)裝置 31 雷電保護(hù)裝置在變槳裝置中的具體位置見(jiàn)右圖 在大齒圈下方偏左一個(gè)螺栓孔的位置裝第一個(gè)保護(hù)爪 然后120度等分安裝另外兩個(gè)雷電保護(hù)爪 工作原理 雷電保護(hù)裝置可以有效的將作用在輪轂和葉片上的電流通過(guò)集電爪導(dǎo)到地面 避免雷擊使風(fēng)機(jī)線路損壞 炭纖維刷是為了補(bǔ)償靜電的不平衡 雷擊通過(guò)風(fēng)機(jī)的金屬部分傳導(dǎo) 安裝位置 雷電保護(hù)裝置 32 風(fēng)向 順槳位置 變槳電機(jī) 工作位置 90度的調(diào)節(jié)范圍 當(dāng)風(fēng)速發(fā)生變化時(shí) 通過(guò)變槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)變槳軸承轉(zhuǎn)動(dòng) 從而改變?nèi)~片對(duì)風(fēng)向地迎角 使葉片保持最佳的迎風(fēng)狀態(tài) 由此控制葉片的升力 以達(dá)到控制作用在葉片上的扭矩和功率的目的 變槳系統(tǒng)的工作原理 33 將該葉片的角度值反饋至主控系統(tǒng) 工作流程 1 機(jī)組主控系統(tǒng)通過(guò)滑環(huán)傳輸控制指令 將變槳命令分配至三個(gè)軸柜 軸柜通過(guò)各自獨(dú)立的整流裝置同步變換直流來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī) 通過(guò)減速齒輪箱傳遞扭矩至變槳齒輪帶動(dòng)每個(gè)葉片旋轉(zhuǎn)至精確的角度 2 4 3 5 變槳系統(tǒng)的工作流程 34 Thankyou 35