偏航制動盤渦流柱模型

1、新疆大學(xué)電氣工程學(xué)院課程作業(yè)題目：偏航制動盤渦流柱模型講課老師:張新燕學(xué)生姓名：學(xué)號：所屬院系：電氣工程學(xué)院專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：電氣09_4班日期：2013年5月 偏航制動盤渦流柱模型摘要：風(fēng)能是綠色能源。我國在風(fēng)力發(fā)電上的投入和研究也正進(jìn)入一個快速發(fā)展的時期。偏航控制一直未能取得有效的發(fā)展。根據(jù)水平軸風(fēng)力機的特征參數(shù)建立了偏航致動盤的渦流柱面模型，用穩(wěn)態(tài)偏航狀態(tài)下的葉素動量理論計算出周向誘導(dǎo)流動因數(shù)。考慮了風(fēng)輪的偏航角參數(shù)，建立計算水平軸風(fēng)力機軸向誘導(dǎo)流動因數(shù)的計算模型。關(guān)鍵詞：穩(wěn)態(tài)偏航葉素動量理論水平軸風(fēng)力機渦流柱面模型0、前言風(fēng)能是當(dāng)前技術(shù)較好的、最具備規(guī)模開發(fā)條件的可再生潔凈

2、能源。風(fēng)能發(fā)電為人與自然和諧發(fā)展提供了基礎(chǔ)。能源是人類生存的基本要素，國民經(jīng)濟發(fā)展的主要物質(zhì)基礎(chǔ)。由于化石資源的日益枯竭和人類對全球環(huán)境惡化的倍加關(guān)注，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也隨之得到迅猛發(fā)展。偏航控制機構(gòu)是風(fēng)力機特有的伺服系統(tǒng)，用于控制風(fēng)電機組跟蹤變化的風(fēng)向，并且當(dāng)電纜發(fā)生纏繞時，能夠自動解纜的功能，并能夠定時潤滑偏航機械機構(gòu)。1、渦流制動器渦流制動器，它是利用渦流損耗的原理來吸收功率的。由電渦流制動器、控制器及傳感器組成的成套測功，可以測取被測機械的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，從而得出功率,某種場合可以取代磁粉、水力測功機、直流發(fā)電機組等，用來測量各種電動機、柴油機、齒輪箱等動力機械的性能，成為型式試驗的必要設(shè)

3、備，與其它測功裝置相比,電渦流制動器具有更高的可靠性、實用性和穩(wěn)定性。2、渦流制動器主要特點、轉(zhuǎn)矩與激磁電流線性關(guān)系良好，適合于自動控制；、結(jié)構(gòu)簡單，運行穩(wěn)定、價格低廉、使用維護(hù)方便；、采用水冷卻，噪音低、振動小；、輸入轉(zhuǎn)速范圍寬，可用于變頻調(diào)速等各類電動機及動力機械的型式試驗；、控制器采用直流電源，控制功率小。3、渦流制動器的結(jié)構(gòu)渦流制動器主要由制動器外殼、鐵芯、勵磁線圈等構(gòu)成。、制動器外殼：由鐵磁材料制成，也叫渦流圓筒，系由電動機帶動旋轉(zhuǎn)并和電動機同軸。、勵磁線圈：固定在電動機端蓋的磁極上，磁擻交錯排列，勵磁線圈的引出線在電動機的接線盒內(nèi)，工作時勵磁線圈通直流電流。4、渦流制動器的工作原理

4、勵磁線圈工作時由于通入直流電流，在鐵芯、磁極中便產(chǎn)生了方向恒定的磁場。磁場的大小隨勵磁電流的大小而變化。當(dāng)電動機帶動渦流圓筒旋轉(zhuǎn)時，渦流圓筒便以相應(yīng)的轉(zhuǎn)速切割勵磁繞組所建立的磁場。這時在渦流圓筒和繞組間便有磁通相鏈,于是渦流圓筒上各點的磁通處在不斷重復(fù)的變化之中，根據(jù)電磁感應(yīng)定律可知，渦流圓筒上將出現(xiàn)感應(yīng)電勢，渦流圓筒在此感應(yīng)電勢的作用下將出現(xiàn)渦流。由渦流產(chǎn)生的制動轉(zhuǎn)矩方向總是與電動機的轉(zhuǎn)動方向相反，并且阻尼了電動機的轉(zhuǎn)速，其值為轉(zhuǎn)速的1/5至到/10之間渦流制動器的制動轉(zhuǎn)矩隨勵磁電流和電動機轉(zhuǎn)速的增加而增加。但是當(dāng)勵磁電流過高以致鐵芯磁路飽和后。制動轉(zhuǎn)矩將不再有明顯的增加。同樣，當(dāng)轉(zhuǎn)速增加到

5、一定值以后，由于電樞反應(yīng)的去磁作用增加，制動轉(zhuǎn)矩增加的速度也不再有明顯的增加。此外，當(dāng)拖動電動機轉(zhuǎn)速為零時，渦流制動器制動力矩亦為零。因此，渦流制動器實質(zhì)上可看作是一臺電樞短路的制動發(fā)電機，它以與拖動電動機的合成機械特性進(jìn)行速度控制。5、風(fēng)力發(fā)電機偏航制動器的結(jié)構(gòu)設(shè)計形式目前，風(fēng)力發(fā)電機偏航制動器的結(jié)構(gòu)主要有兩種形式。5.1、整體式它的摩擦片底座是一體的，摩擦片直接放置在周邊封閉的凹槽中。整體式的形式圖1中。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)緊湊，制作工藝簡單，成本低。這種結(jié)構(gòu)的缺點是：(1)、在更換摩擦片時，需要將整個制動器全部拆下，摩擦片更換之后，再重新安裝，很不方便。尤其是1.5MW以上的風(fēng)機，安裝

6、的是大規(guī)格的偏航制動器，通常重達(dá)二百多公斤，共有12個安裝螺栓，每個安裝螺栓的緊固扭矩高達(dá)兩千多牛米。加之風(fēng)機機艙內(nèi)的空間又很狹小，更換難度很大(如果拆卸或緊固一個螺栓的時間按56分鐘計算，那么光是拆卸和緊固十幾個螺栓的時間就需要兩三個小時)。業(yè)主的維護(hù)工作量和維護(hù)成本都大為增加。(2)、摩擦片與制動體之間的間隙不可調(diào)。隨著摩擦片的磨損，時間長了摩擦片與制動體之間間隙就會逐漸增大。這時，活塞密封圈將會受到切向力，從而影響密封圈的壽命，增大了漏油的可能。圖1整體式圖2分體式結(jié)構(gòu)5.2、分體式結(jié)構(gòu)是法國西姆公司的偏航制動器采用的。分體式結(jié)構(gòu)形式圖2中。這種結(jié)構(gòu)在摩擦片的兩側(cè)設(shè)置了可拆卸、可調(diào)整的楔

7、形擋塊。與整體式結(jié)構(gòu)相比,它的制作工藝復(fù)雜，成本高。但它卻成功地解決了整體式結(jié)構(gòu)所固有的上述兩個問題：、更換摩擦片時，只要拆卸摩擦片兩側(cè)的楔形擋塊即可，無需拆裝整個制動器，即方便又省時省力。大大降低了維護(hù)工作量，減少了維護(hù)成本。、在摩擦片兩側(cè)的楔形擋塊上還設(shè)置有調(diào)節(jié)螺絲，通過調(diào)節(jié)螺絲可以消除摩擦片與制動體之間的間隙，提高了活塞密封圈的壽命。風(fēng)力發(fā)電機上制動器的壽命通常在20年，每臺風(fēng)機上配置的偏航制動器少則4至6臺，多則8到10臺。日常維護(hù)的工作量和成本、風(fēng)機關(guān)鍵部件的壽命是不容忽視的問題。隨著風(fēng)電行業(yè)的日益發(fā)展和成熟，越來越多的主機制造廠和業(yè)主都意識到了這一問題的重要性。6.制動系統(tǒng)的描述風(fēng)

8、力機的偏航系統(tǒng)也稱為對風(fēng)裝置，其作用在于當(dāng)風(fēng)速矢量的方向變化時，能夠快速平穩(wěn)地對準(zhǔn)風(fēng)向，以便風(fēng)輪獲得最大的風(fēng)能。偏航系統(tǒng)小微型風(fēng)力機常用尾舵對風(fēng)，它主要有兩部分組成，一是尾翼，裝在尾桿上與風(fēng)輪軸平行或成一定的角度。為了避免尾流的影響，也可將尾翼上翹，裝在較高的位置。其工作原理如下：風(fēng)向標(biāo)作為感應(yīng)元件將風(fēng)向的變化用電信號傳遞到偏航電機的控制回路的處理器里，經(jīng)過比較后處理器給偏航電機發(fā)出順時針或逆時針的偏航命令,為了減少偏航時的陀螺力矩，電機轉(zhuǎn)速將通過同軸聯(lián)接的減速器減速后，將偏航力矩作用在回轉(zhuǎn)體大齒輪上，帶動風(fēng)輪偏航對風(fēng)，當(dāng)對風(fēng)完成后，風(fēng)向標(biāo)失去電信號,電機停止工作，偏航過程結(jié)束.隨著偏航制動盤

9、放置在偏航軸承的外環(huán)合塔頂法蘭間，制動盤的主動側(cè)在塔內(nèi)側(cè)，制動鉗放在塔內(nèi)側(cè)。主動式制動器系統(tǒng)包括四個以上的制動鉗，制動鉗安裝在鑄架底部件上，傳送他們的夾緊力到制動盤。每個制動鉗中的摩擦制動襯墊把接觸點建立在制動，轉(zhuǎn)換夾緊力到制動力矩。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機不偏航時，全系統(tǒng)壓力必須用在所有制動鉗。圖3偏航系統(tǒng)圖圖4偏航在風(fēng)力機的的位置7、偏航制動盤渦流柱模型因為作用在風(fēng)輪盤上垂直于風(fēng)輪盤平面的推力F使偏航風(fēng)輪的尾流偏向一側(cè)，所以總有一個分量垂直于氣流方向。因此，作用在氣流上的力與F風(fēng)向相反，使氣流在逆風(fēng)向和側(cè)向被加速。尾流的中心線與旋轉(zhuǎn)軸有一個角度稱作尾流偏斜角。2 圖5沒有尾流膨脹時的偏航風(fēng)輪尾流圖6二

10、葉片偏航風(fēng)輪偏轉(zhuǎn)渦尾流奧-薩伐爾定律，推導(dǎo)出風(fēng)輪盤上誘導(dǎo)平均速度為，方向在偏航角和中心轉(zhuǎn)軸家教的平分線上，如圖。垂直于風(fēng)輪平面的平均軸向誘導(dǎo)速度為與沒有偏航的情況一樣。在完全形成的尾流中，誘導(dǎo)速度是在風(fēng)輪盤上的2倍。圓盤上的平均誘導(dǎo)速度不在風(fēng)輪的軸向上，所以在軸向方向作用在圓盤上的力F不是單獨造成整個氣流動量變化率的原因；在垂直于轉(zhuǎn)軸的方向上，存在動量變化。在風(fēng)輪盤上的速度分量定義的偏斜角為U(siny-atan2tanATOC o 1-5 h z亠J22tany=U(cosy-a)y2J1-tan 近似表達(dá)式：X=(0.6a+1)Y根據(jù)右圖和伯努利方程TOC o 1-5 h z在上游1 HY

11、PERLINK l bookmark14 o Current Document P+_pU2=P+g2gd在下游(Ud為圓盤中的合速度：1P-+pU2=P+d2dg因此,tan-PdXin、21=pU24a(cosY21Y-asec2?)在圓盤上的推力系數(shù)為X=4a(cosY+tansin2CT風(fēng)能利用系數(shù)為Y-asec22)C=4a(cosPXY+tanTsinY-asec2X)(cos2圖3為比較動量推導(dǎo)、Glauert定理及制動盤渦流柱推導(dǎo)可知Cp最大值隨偏航角的變化的比較結(jié)語我們要研究偏航盤，是由于化石資源的日益枯竭和人類對全球環(huán)境惡化的倍加關(guān)注，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也隨之得到迅猛發(fā)展。偏航控制機構(gòu)是風(fēng)力機特有的伺服系統(tǒng)，用于控制風(fēng)電機組跟蹤變化的風(fēng)向，并且當(dāng)電纜發(fā)生纏繞時，能夠自動解纜的功能，并能夠定時潤滑偏航機械機構(gòu)。所以我們要積極選用風(fēng)能發(fā)電來給負(fù)荷供電，9、參考文獻(xiàn)