情境一任務(wù)一風力發(fā)電機組傳動系統(tǒng)認知

《風電機組檢測與維護》劉什么要發(fā)展風力發(fā)電？

（1）化石能源有限，發(fā)展風電有利于提高中國能源供應的安全性（2）風能儲量大、廣泛，發(fā)展風電是解決中國能源供應不足的有效途徑（3）風電清潔，發(fā)展風電是減排溫室氣體排放的有效途徑.(京都議定書簽訂后，CDM機制）（4）發(fā)展風電可以促進地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展，并拉動機電制造業(yè)發(fā)展及解決就業(yè)。（如：丹麥）但到目前為止，風電市場仍然是政策主導的市場2003年5月27日，歐洲風能協(xié)會和綠色和平組織的環(huán)境組在布魯塞爾發(fā)布一項報告《風力12》，這個戰(zhàn)略性藍圖勾畫出目前價值70億歐元的風能工業(yè)如何能在2020年增值為750億歐元。到2020年，風力發(fā)電將在全球電力市場中占12%。全世界風力發(fā)電裝機容量將達到12.31億千瓦（123100萬千瓦），創(chuàng)造1.79億個就業(yè)機會，使發(fā)電成本降低40%，并累計減排二氧化碳1092.1萬噸。長達52頁的《風力12》研究報告詳細論證了如何實現(xiàn)風力發(fā)電的美好前景。中國風能資源豐富國家氣象局依據(jù)分布在中國各地10米高氣象測風儀數(shù)據(jù)統(tǒng)計：－陸地約有2.53億千瓦年電量5000億千瓦時海上初步估計可開發(fā)約7.5億千瓦合計約10億千瓦（2004年全國電力總裝機4.4億千瓦）其中內(nèi)蒙和新疆占中國風資源的約70－80％中國風資源分布風電項目箱式變電（升壓）變電站超高壓輸電風機（降壓）變電站用戶不包含升壓變電站的項目包含升壓站的項目風電項目成本構(gòu)成在中國，風電項目的固定資產(chǎn)投資構(gòu)成比例國際大型風機的發(fā)展趨勢

——技術(shù)水平不斷提高風力發(fā)電單機容量由1980年的30千瓦上升到2005年的5兆瓦風特性葉輪機械電機并網(wǎng)風力極限疲勞振動控制材料制造￥葉片設(shè)計部件制造COE風機(知識)體系結(jié)構(gòu)與邊界條件CostofEnergy頻率50Hz電壓690V或其他功率因數(shù)>0.98噪音－葉尖速－轉(zhuǎn)速材料強度控制能力運輸安裝部件共振耦合結(jié)構(gòu)風力發(fā)電機組組成

兆瓦級的大型風力發(fā)電機組包括四個部分：葉輪機艙塔架基礎(chǔ)葉片輪轂一.葉輪

葉輪又叫風輪，是獲取風中能量的關(guān)鍵部件，由葉片和輪轂組成。分變槳距風輪和定槳距風輪。葉輪的作用是將風能轉(zhuǎn)化為機械能。二.機艙小型風電機組：主要是發(fā)電機大型風電機組：齒輪箱、發(fā)電機、偏航、制動器聯(lián)軸器、風速風向儀等主要部件。小機型風電機組：塔桿大型風電機組：鋼結(jié)構(gòu)，有錐形筒體和桁架式結(jié)構(gòu)。三.塔架小型風電機組：用螺栓將底座固定于地面或其它地點。大型風電機組：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)置接地、排水系統(tǒng)

四.基礎(chǔ)風力發(fā)電機組機艙內(nèi)部簡圖吸收風能增加轉(zhuǎn)速減小扭矩產(chǎn)生電能補償軸向偏差風電機組主傳動一.葉片數(shù)量：三只作用：機組吸收風能的部件主要材料：玻璃鋼改變?nèi)~片迎角可實現(xiàn)功率調(diào)節(jié)——變槳系統(tǒng)葉片的工作位置：在90度迎角時現(xiàn)場照片車間照片風力發(fā)電機組的氣動基礎(chǔ)二維翼型氣體流動情況上翼面靜壓值小于下翼面靜壓值，形成了升力、阻力、力矩等氣動力。

A：葉片前緣B：葉片后緣

AB：翼弦，用t表示

α：沖角

δ：翼型厚度f：翼型的彎度葉片翼型幾何定義C點：壓力中心點R：葉片翼型剖面受到的合力Ry：垂直于來流方向的分力Rx：平行于來流方向的分力葉片受力分析Cl：升力系數(shù)Cd：阻力系數(shù)葉片升阻力系數(shù)與沖角的關(guān)系升阻力系數(shù)葉片的最大升阻比斜率=升力與阻力之比最大升阻比cotε=

Cl/

Cd葉片系數(shù)與阻力系數(shù)的關(guān)系風電機組對葉片的要求比重輕且具有最佳的疲勞強度和機械性能，能經(jīng)受暴風等極端惡劣條件和隨機負荷的考驗；葉片的彈性、旋轉(zhuǎn)時的慣性及其振動頻率特性曲線都正常，傳遞給整個發(fā)電系統(tǒng)的負荷穩(wěn)定性好；耐腐蝕、紫外線照射和雷擊的性能好；發(fā)電成本較低，維護費用最低。

葉片技術(shù)發(fā)展——材料木制葉片及布蒙皮葉片

鋼梁玻璃纖維蒙皮葉片

鋁合金等弦長擠壓成型葉片

玻璃鋼復合葉片

碳纖維復合葉片

葉片技術(shù)發(fā)展——尺寸葉片技術(shù)發(fā)展——數(shù)量三葉片外形美觀性輪轂所受力和力矩空氣動力平衡性噪聲振動價格雙葉片單葉片風輪幾何參數(shù)葉片數(shù)直徑輪轂中心高掃掠面積錐角仰角偏航角實度風輪物理參數(shù)風輪轉(zhuǎn)速Ω尖速比風能利用系數(shù)扭矩M，二.輪轂主要零部件：滑環(huán)雷電保護爪輪轂罩楔形盤導流帽加油嘴分隔壁變槳電機滑環(huán)變槳控制柜輪轂（鑄鋼件）變槳軸承各種限位開關(guān)、撞塊等功能：固定葉片，連接齒輪箱。葉片受力后，帶動輪轂順時針旋轉(zhuǎn)，即將風能轉(zhuǎn)化為機械能。輪轂變槳電機輪轂罩分隔壁導流帽輪轂主要結(jié)構(gòu)輪轂變槳控制柜變槳限位撞塊變槳接近開關(guān)緩沖器極限工作位置開關(guān)極限工作位置撞塊齒輪箱葉輪發(fā)電機低轉(zhuǎn)速需要高轉(zhuǎn)速將低轉(zhuǎn)速的動能轉(zhuǎn)化為高轉(zhuǎn)速的動能三齒輪箱裝配位置風電機組中齒輪箱的特點環(huán)境條件惡劣：風大、砂塵、鹽霧、潮濕、高溫、嚴寒工作條件復雜：風速風向多變、強陣風、高空無人值守要求高可靠性、高效率、高安全性要求工作壽命長：二十年（175200小時）輸入輸出速比大加工制造要求高風電機組中齒輪箱的結(jié)構(gòu)原理傳動比：為獲取更多風能希望風輪直徑大些，又受葉尖速度過大的制約；為減輕發(fā)電機重量又希望發(fā)電機轉(zhuǎn)速再高些。

——通常在50～100左右。齒輪：使用壽命長和高可靠性要求；運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、振動小、噪音低的要求

——要采用硬齒面斜齒輪傳動。遠程監(jiān)控配置：高空、無人值守

——必須有遠程監(jiān)控配置，如設(shè)置轉(zhuǎn)速、油溫等傳感器。風電機組齒輪箱結(jié)構(gòu)行星機構(gòu)行星機構(gòu)的幾種應用方式行星減速機構(gòu)結(jié)構(gòu)特點主軸內(nèi)置于齒輪箱的內(nèi)部，不需要現(xiàn)場主軸對中；主軸軸承采用稀油潤滑，效果更好；采用兩極行星、一級平行軸機構(gòu)傳動，提高了速比，降低了齒輪箱的體積；采用先進的潤滑與冷卻系統(tǒng)，使每個潤滑點都可以得到充分的潤滑，確保了齒輪箱的使用壽命。齒輪箱的減噪裝置齒輪箱的重量約占機艙重量的1/2，而且當風機運轉(zhuǎn)時，齒輪箱會產(chǎn)生振動。為減小振動對其它部件的不利影響，齒輪箱與主機架之間增加了減振元件。齒輪箱上的附件1.轉(zhuǎn)子鎖（葉輪鎖）：

數(shù)量：一套位置：齒輪箱的前端作用：鎖定風輪，確保機組處于安全狀態(tài)?？刂品绞剑菏謩?.雷電保護裝置：數(shù)量：三組位置：齒輪箱前端連接輪轂處作用：將葉輪上的電流傳導到齒輪箱的機體上，再通過接地線將電流倒入大地，以保護機組。控制方式：不需控制3.加熱器：數(shù)量：六個（兩組，每組一個備用）位置：齒輪箱的前部和后部作用：當齒輪箱工作環(huán)境溫度較低時，加熱器對齒輪箱潤滑油進行加熱，以確保齒輪箱內(nèi)部的潤滑油保持在一定的粘度范圍。控制方式：系統(tǒng)自動控制4.Pt100（溫度傳感器）：數(shù)量：三個（油溫、軸承各一個，備用一個）位置：齒輪箱后部右側(cè)和上方作用：監(jiān)控油溫和高速端軸承溫度，確保機組的安全控制方式：系統(tǒng)自動控制5.液位傳感器：數(shù)量：一組位置：齒輪箱左后方作用：監(jiān)控對齒輪箱內(nèi)部潤滑油的油位，當油位低于系統(tǒng)設(shè)定值時，系統(tǒng)會自動發(fā)出報警。通過觀油窗可以觀察潤滑油的狀態(tài)（如顏色、油位高度、油質(zhì)等情況）。控制方式：不需控制6.空氣過濾器：數(shù)量：一個位置：齒輪箱上部作用：它可以保證齒輪箱內(nèi)部的壓力穩(wěn)定，防止外部雜質(zhì)進入齒輪箱內(nèi)部控制方式：不需控制油冷系統(tǒng)齒輪箱的冷卻、潤滑——油冷系統(tǒng)功能：為齒輪箱潤滑冷卻齒輪油加熱齒輪油主要部件：齒輪箱油冷泵、過濾器溫度傳感器油冷風扇、加熱器連接管路及單向閥過濾器有兩級濾網(wǎng)：精濾和粗濾潤滑冷卻系統(tǒng)對齒輪和軸承的保護作用：減小摩擦和磨損，具有更高的承載能力，防止膠合。吸收沖擊和振動。防止疲勞點蝕。冷卻、防銹、抗腐蝕。

油冷系統(tǒng)工作原理油冷泵通過△/Ｙ連接方法的轉(zhuǎn)換，完成低速/高速的轉(zhuǎn)換；當油溫繼續(xù)升高時，啟動高速油冷泵的同時，啟動油冷風扇，使油溫達到更好的冷卻效果。齒輪油溫度大于5℃，風機運行

45℃以下，潤滑效果大于45℃，小于55℃，油冷泵冷卻效果大于55℃油冷風扇啟動，小于50℃油冷風扇停止齒輪油溫度高于75℃，則限制功率，高于80℃故障停機裝配位置四.聯(lián)軸器聯(lián)軸器作用：作為一個柔性軸，它補償齒輪箱輸出軸和發(fā)電機轉(zhuǎn)子的平行性偏差和角度誤差。為了減少傳動的振動，聯(lián)軸器需要有振動和阻尼。阻抗：≥100M承受電壓：2kV作用：這將防止寄生電流通過聯(lián)軸器從發(fā)電機轉(zhuǎn)子流向齒輪箱輸出軸。制動器作用：制動器是一個液壓動作的盤式制動器，用于機械剎車制動。五.制動器(機械剎車)制動器工作原理

制動器將作用于制動鉗上的夾緊力轉(zhuǎn)換成制動力矩施加在制動盤上，使制動盤停止轉(zhuǎn)動或在停機狀態(tài)下防止松動(停機制動)。1.應確保制動器已經(jīng)工作過5-10次。2.用塞尺檢測制動盤和閘墊之間間隙。制動器間隙檢測

制動器具有自動閘瓦調(diào)整功能，也就是說當閘瓦磨損時不需要手動調(diào)整制動器。用標尺檢查制動器襯墊的厚度，如果其磨損量超出5mm(閘瓦剩余厚度小于27mm)，則必須更換制動器閘墊。剎車系統(tǒng)位于齒輪箱高速端與低速端的比較（1）空氣動力制動

——葉片受力自動停機（2）機械制動

——葉輪鎖制動

——制動器制動制動系統(tǒng)六、典型風力發(fā)電機系統(tǒng)定速籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流受控的異步風力發(fā)電機系統(tǒng)雙饋異步風力發(fā)電機系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流混合控制的異步風力發(fā)電機系統(tǒng)變速籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)電勵磁直驅(qū)同步風力發(fā)電機系統(tǒng)永磁直驅(qū)同步風力發(fā)電機系統(tǒng)混合勵磁直驅(qū)同步風力發(fā)電機系統(tǒng)橫向磁通永磁同步風力發(fā)電機系統(tǒng)定速籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)三相籠型異步風力發(fā)電機籠型異步風力發(fā)電機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)定子鐵心轉(zhuǎn)子繞組（端環(huán)）機座轉(zhuǎn)子鐵心定子繞組風扇端蓋籠型異步風力發(fā)電機的工作原理向?qū)ΨQ的三相繞組中通入對稱三相交流電流，可以產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場。如果三相繞組分布在一個圓周上，則旋轉(zhuǎn)磁場作旋轉(zhuǎn)運動。旋轉(zhuǎn)磁場在一個圓周內(nèi)，呈現(xiàn)出的磁極（N、S極）數(shù)目稱為極數(shù)，用2P表示。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向取決于三相電流的相序，轉(zhuǎn)速n1取決于電流的頻率f和極對數(shù)P：

旋轉(zhuǎn)磁場——同步轉(zhuǎn)速籠型異步風力發(fā)電機的工作原理Sn1Nffne,

iT

f

產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T

定子三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，以同步轉(zhuǎn)速n1旋轉(zhuǎn)

在轉(zhuǎn)子導條中產(chǎn)生感應電動勢e

e在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應電流i

i在磁場中產(chǎn)生電磁力f

若轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n>n1,向n1的方向旋轉(zhuǎn)

n是否會等于

n1？要產(chǎn)生T，必須n≠n1——異步機械能

→電能，是發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大于定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速，發(fā)電！籠型異步風力發(fā)電機的工作原理

轉(zhuǎn)差率籠型異步發(fā)電機中轉(zhuǎn)差率S與運行狀態(tài)的關(guān)系?

把同步轉(zhuǎn)速n1與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n的差與同步轉(zhuǎn)速n1的比值，稱為轉(zhuǎn)差率，用s表示，即

異步電機的特點之一是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n和定子旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速n1不同。n＝(1－s)n1則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n可表示為：籠型異步風力發(fā)電機的工作原理

異步電機的運行狀態(tài)發(fā)電機狀態(tài)電動機狀態(tài)用轉(zhuǎn)差率s可以表示異步電機的運行狀態(tài)!n＞n1＞0s＜00＜n＜n10＜s＜101n10ns雙饋異步風力發(fā)電機系統(tǒng)系統(tǒng)主回路構(gòu)成：

雙饋異步發(fā)電機＋交直交雙向功率變換器雙饋異步風力發(fā)電機（風冷）雙饋異步風力發(fā)電機系統(tǒng)什么是雙饋電機？所謂雙饋電機,就是將電能分別饋入繞線轉(zhuǎn)子異步電機的定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組,一般將定子繞組接入電網(wǎng),而接入轉(zhuǎn)子繞組電源的頻率、電壓幅值和相位則需要按要求分別進行調(diào)節(jié)。雙饋電機的特點：（1）和異步電機區(qū)別：異步電機是通過定子從電網(wǎng)吸收勵磁電流,本身無勵磁繞組,而雙饋與同步機一樣有獨立的勵磁繞組;異步電機無法改變功率因數(shù);異步電機的轉(zhuǎn)速隨負荷變化而變化。（2）和同步機區(qū)別：同步機勵磁只可調(diào)節(jié)電流的幅值,因此只能對無功功率進行調(diào)節(jié),而雙饋電機可以調(diào)節(jié)幅值、頻率和相位:改變勵磁頻率,可以調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速;改變勵磁電流相位,可以調(diào)節(jié)發(fā)電機電勢和電網(wǎng)電壓向量的相對位置,改變了電