任務大型風力發(fā)電機組結構認知

任務1.2大型風電機組結構認知山東職業(yè)學院機電裝備系新能源應用技術教研室

《風力機組安裝與調試》

主講教師：張為賓項目一風電機組結構認知任務描述：了解大型風電機組工作原理，認識1.5MW風電機組組成，能夠說出1.5MW風電機組的各組成結構及作用，并列出1.5MW風電機組的零部件明細表。提交成果：1.5MW風電機組的零部件明細表項目課程過程性表格文件1、能夠根據(jù)風機技術要求，進行風電機組的結構選型，并能夠列出風電機組的零部件清單；2、在進行風機裝配工作之前，學會查閱安裝工藝書，并識讀安裝零部件清單及裝配圖。1、了解大型風電機組的工作原理；2、掌握風電機組的各組成部分結構及作用。1、形成質量意識、團隊意識和創(chuàng)新意識；2、養(yǎng)成良好的勞動習慣和衛(wèi)生習慣；3、具有愛崗敬業(yè)、誠實守信等良好品質。知識目標素質目標能力目標大型風電機組結構組成典型風電機組結構認知操作指導子任務1大型風電機組結構組成一、工作原理

風力發(fā)電機組（簡稱風電機組、機組）是將風的動能轉換為電能的系統(tǒng)。在風力發(fā)電機組中，存在兩種物質流，一種能量流，另一種是信息流。兩者的相互作用，使機組完成發(fā)電功能。一、工作原理1、能量流

當風以一定的速度吹向風力機時，在風輪上產生的力矩驅動風輪轉動。將風的動能變成風輪轉動的動能，兩者屬于機械能。1）風能的輸出功率為：P1=M1Ω1式中，P1——風輪的輸出功率，單位為W；

M1——風輪的輸出轉矩，單位為Nm；Ω1——風輪的角速度，單位為rad/s。一、工作原理

2）主傳動系統(tǒng)的輸出功率

風輪的輸出功率通過主傳動系統(tǒng)傳遞。主傳動系統(tǒng)可使轉矩和轉速發(fā)生變化，于是有P2=M2Ω2=M1Ω1η1式中，P2——主傳動系統(tǒng)的輸出功率，單位為W；

M2——主傳動系統(tǒng)的輸出轉矩，單位為Nm；

Ω2——主傳動系統(tǒng)的輸出角速度，單位為rad/s；η1——主傳動系統(tǒng)總效率。一、工作原理

一、工作原理2、信息流

信息流的傳遞是圍繞控制系統(tǒng)進行的。控制系統(tǒng)的功能是過程控制和安全保護。過程控制包括起動、運行、暫停、停止等。在出現(xiàn)惡劣的外部環(huán)境和機組零部件突然失效時應該緊急關機。風速、風向、風力發(fā)電機的轉速、發(fā)電功率等物理量通過傳感器變成電信號傳給控制系統(tǒng)，他們是控制系統(tǒng)的輸入信息?？刂葡到y(tǒng)隨時對輸入信息進行加工和比較，及時地發(fā)出控制指令，這是控制系統(tǒng)的輸出信息。對于變槳距機組，檔風速大于額定風速時，控制系統(tǒng)發(fā)出變槳距指令，通過變槳距系統(tǒng)改變風輪葉片的槳距角，從而控制風電機組輸出功率。在起動和停止的過程中，也需要改變葉片的槳距角。一、工作原理對于變速型機組，當風速小于額定風速時，控制系統(tǒng)可以根據(jù)風的大小發(fā)出改變發(fā)電機轉速的指令，以便使風力發(fā)電機最大限度地捕獲風能。當風輪的軸向與風向偏離時，控制系統(tǒng)發(fā)出偏航指令，通過偏航系統(tǒng)校正風輪軸的指向，使風輪始終對準來風方向。當需要停機時，控制系統(tǒng)發(fā)出關機指令，除了借助變槳距制動職務，還可以通過安裝在傳動軸上的制動裝置實現(xiàn)制動。實際上，風電機組中，能量流和信息流組成了閉環(huán)控制系統(tǒng)。同時，變槳距系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)等組成了若干閉環(huán)的子系統(tǒng)，實現(xiàn)相應的控制功能。二、風電機組構成1、風電機組的構成風輪——葉片和輪轂組成。葉片具有空氣動力外形，在氣流作用下產生力矩驅動風輪轉動，通過輪轂將轉動輸入到主傳動系統(tǒng)。機艙——由底盤、整流罩和機艙罩組成，底盤上安裝除主控制器以外的主要部件。機艙罩后部的上方裝有風速和風向傳感器，艙壁上有隔音和通風裝置等，底部與塔架連接。塔架——支撐機艙達到所需要的高度，其上安置發(fā)電機和主控制器之間的動力電纜、控制和通信電纜，還裝有供操作人員上下機艙的扶梯，大型機組還設有升降梯?；A——鋼筋混凝土結構，根據(jù)當?shù)氐刭|情況設計成不同的形式。其中心預置與塔架連接的基礎部件，保證將風電機組牢牢地固定在基礎上，基礎周圍還要設置預防雷擊的接地裝置。二、風電機組構成

變槳距、變速型的風電機組內部結構二、風電機組構成基本部分組成：1）變槳距系統(tǒng)

——設在輪轂之中。對于電力變槳距系統(tǒng)來說，包括變槳電動機、變槳控制器、電池盒等。2）發(fā)電系統(tǒng)——包括發(fā)電機、變流器等。3）主傳動系統(tǒng)

——包括主軸及主軸承、齒輪箱、高速軸和聯(lián)軸器等。4）偏航系統(tǒng)——包括偏航電動機、減速器、變距軸承、制動機構等。5）控制系統(tǒng)——包括傳感器、電氣設備、計算機控制系統(tǒng)和相應軟件。6）液壓制動系統(tǒng)——主要為高速軸上的制動裝置、偏航制動裝置提供液壓動力。包括液壓站、輸油管和執(zhí)行機構。7）冷卻系統(tǒng)

——為了實現(xiàn)齒輪箱、發(fā)電機、變流器的溫度控制，設有循環(huán)油冷卻風扇和加熱器。8）潤滑系統(tǒng)

——實現(xiàn)傳動部件的潤滑。子任務2典型風電機組結構1、北車1.5MW風機結構簡圖一、風電機組參數(shù)2、北車風電風機的技術參數(shù)額定功率（千瓦）

1500額定風速（m/s）

10.5/11葉片直徑（m）

82/77葉片長度(m)

40.3/37.5葉片轉速(r/min)17.4/18.6葉片材料

玻璃纖維增強樹脂輪轂高度(m)

75/70機艙重量(t)

57風輪重量(t)

35機艙寬度（m）

9.5X3.5X3.5變流器的位置

塔底變壓器的位置

外塔機艙底座

鑄造設計齒輪箱原理

一級行星兩級平行軸/兩級行星一級平行軸變槳距控制系統(tǒng)

3個獨立的電動變槳葉偏航系統(tǒng)

2個偏航電力驅動第一安全系統(tǒng)

槳葉全順槳第二安全系統(tǒng)

機械制動一、風電機組參數(shù)發(fā)電機總的額定輸出功率..............1567KW控制轉速范圍................1097rpm–1945rpm軟件控制的超速值（并網(wǎng)情況下）..1945rpm硬件控制的超速值（并網(wǎng)情況下）...2030rpm額定轉速........................................1735rpm極對數(shù)................................................4轉子功率.......................................約600KW相數(shù).......................................................3定子電壓...................................690V±10%正常轉子電壓....................................690V設備具有低電壓穿越功能一、風電機組參數(shù)二、葉輪結構葉輪：由葉片和輪轂組成的。葉片：具有空氣動力學形狀，使葉輪轉動，將風能轉化為機械能的主要構件。同時，葉片是決定風力發(fā)電機的風能轉換效率、安全可靠運行的關鍵部件。輪轂：固定葉片位置，并能將葉片組件安裝在葉輪軸上的裝置。由于葉片尺寸較大，為了便于運輸，葉輪葉片一般在風電場現(xiàn)場進行組裝。而輪轂一般在總裝車間進行裝配。葉輪1二、葉輪結構葉片是風力機最重要的部件之一。它的平面形狀與剖面幾何形狀和風力機空氣動力特性密切相關,特別是剖面幾何形狀即翼型氣動特性的好壞,將直接影響風力機的捕風效率。制造葉片的材料有玻璃纖維增強塑料（GFRP）、碳纖維增強塑料（CFRP）、木材、鋼和鋁。目前，水平軸風力發(fā)電機組的葉輪葉片數(shù)一般是2片或3片，其中3片占多數(shù)。葉片2二、葉輪結構輪轂系統(tǒng)主要組成包括：輪轂變槳軸承變槳控制系統(tǒng)變槳潤滑系統(tǒng)輪轂罩輪轂3二、葉輪結構輪轂總成主要零部件二、偏航系統(tǒng)1、偏航系統(tǒng)功能主要功能：1）迎風功能：與風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)相互配合，使風力發(fā)電機組的風輪始終處于迎風狀態(tài)，充分利用風能，提高風力發(fā)電機組的發(fā)電效率；2）鎖緊功能：提供必要鎖緊力矩，以保障風力發(fā)電機組的安全運行；3）解纜功能：機艙在反復調整方向的過程中，有可能發(fā)生沿著同一方向累計轉了許多圈，造成機艙與塔底之間的電纜扭絞，因此偏航系統(tǒng)應具備解纜功能。二、偏航系統(tǒng)2、偏航系統(tǒng)分類偏航系統(tǒng)一般分為主動偏航系統(tǒng)和被動偏航系統(tǒng)。

1）被動偏航——指的是依靠風力通過相關機構完成機組風輪對風動作的偏航方式，常見的有尾舵、舵輪和下風向三種；

2）主動偏航——指的是采用電力或液壓拖動來完成對風動作的偏航方式，常見的有齒輪驅動和滑動兩種形式。對于并網(wǎng)型風力發(fā)電機組來說，通常都采用主動偏航的齒輪驅動形式。二、偏航系統(tǒng)3、偏航系統(tǒng)安裝圖風力發(fā)電機組的機艙與偏航軸承內圈用螺栓緊固相連；偏航軸承的外齒圈與風力發(fā)電機組塔架固接；在機艙底板上裝有盤式制動裝置，以塔架頂部法蘭為制動盤。調向是通過兩組或多組偏航驅動機構完成的。外齒形式偏航系統(tǒng)安裝圖二、偏航系統(tǒng)二、偏航系統(tǒng)偏航系統(tǒng)執(zhí)行機構

偏航系統(tǒng)執(zhí)行機構一般由偏航軸承、偏航驅動裝置、偏航制動器、偏航液壓回路等部分組成。偏航軸承與齒圈是一體的，根據(jù)齒圈位置不同，可以分為外齒形式和內齒形式兩種。二、偏航系統(tǒng)三、傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)由旋轉部件組成，主要包括主軸、主軸承、齒輪箱和聯(lián)軸器。葉輪的轉速一般在10～30r/min范圍內，輪轂與主軸固定連接，將葉輪的扭矩傳遞給齒輪箱。通過齒輪箱增速到發(fā)電機的同步轉速1500r/min(或1000r/min)，經(jīng)高速軸、聯(lián)軸器驅動發(fā)電機旋轉。三、傳動系統(tǒng)主軸主軸軸承三、傳動系統(tǒng)三、傳動系統(tǒng)主軸承室三、傳動系統(tǒng)主軸總成與齒輪箱組裝齒輪箱三、傳動系統(tǒng)三、傳動系統(tǒng)高速制動器三、傳動系統(tǒng)高速軸聯(lián)軸器后機艙四、發(fā)電機發(fā)電機外形四、發(fā)電機四、發(fā)電機發(fā)電機發(fā)電機基本結構定子軸承轉子滑環(huán)編碼器軸承四、發(fā)電機四、發(fā)電機彈性支撐液壓系統(tǒng)液壓站液壓蓄能器風輪制動高速軸剎車液壓偏航制動器五、液壓系統(tǒng)子任務3操作指導小組分工組號分工人數(shù)姓名角色職責組長1XX班班長小組統(tǒng)籌規(guī)劃，負責組內活動組織，資料整理、成果匯報，完成本組終檢，并協(xié)助老師完成考核