第三講風力發(fā)電機組的結(jié)構(gòu)及組成演示文稿

第三講風力發(fā)電機組的結(jié)構(gòu)及組成演示文稿當前第1頁\共有44頁\編于星期六\16點按其容量劃分小型（10KW以下)中型（10~100KW)大型（100KW以上））風力發(fā)電機組是將風能轉(zhuǎn)化為電能的裝置按其主軸與地面的相對位置水平軸風力發(fā)電機組（主軸與地面平行）垂直軸風力發(fā)電機組（主軸與地面垂直）3.1風力發(fā)電機組概述當前第2頁\共有44頁\編于星期六\16點小型及大型風力發(fā)電機組當前第3頁\共有44頁\編于星期六\16點水平軸及垂直軸風力發(fā)電機組當前第4頁\共有44頁\編于星期六\16點3.2

水平軸風力發(fā)電機組的結(jié)構(gòu)大型風電機組基本結(jié)構(gòu)

1－葉片；2－輪轂；3－機艙；4－葉輪軸與主軸連接；5－主軸；6－齒輪箱；7－剎車機構(gòu)；8－聯(lián)軸器；9－發(fā)電機；10－散熱器；11－冷卻風扇；12－風速儀和風向標；13－控制系統(tǒng)；14－液壓系統(tǒng)；15－偏航驅(qū)動；16－偏航軸承；17－機艙蓋；18－塔架；19、變槳距部分當前第5頁\共有44頁\編于星期六\16點風輪的組成圖風輪3.2.1風輪及其組成當前第6頁\共有44頁\編于星期六\16點

風輪是風力機最重要的部件，它是風力機區(qū)別于其它動力機的主要標志。風輪的作用是捕捉和吸收風能。并將風能轉(zhuǎn)變成機械能。再由風輪軸將能量送給傳動裝置以水平軸升力型風力機的風輪為例(下圖)來說明風輪功率的計算。當前第7頁\共有44頁\編于星期六\16點

風以速度V吹向風輪時，風輪轉(zhuǎn)動。設(shè)旋轉(zhuǎn)著的風輪其掃掠面積為A，空氣密度為，在1s中內(nèi)流向風輪的空氣所具有的動能為

（1）若風輪的直徑為D，則

（2）這些風能不可能全部被風輪捕獲。當前第8頁\共有44頁\編于星期六\16點

風輪捕獲風能并將之轉(zhuǎn)換成機械能．再由風輪軸輸出的功率為N（稱之為風輪功率)。它與之比，稱為風輪功率系數(shù)(或風能利用系數(shù))，用表示，即

（3）

（4）

式中的值為0.2～0.5。當前第9頁\共有44頁\編于星期六\16點由式（3）得知：因此，當風輪大小、工作風速一定時，應(yīng)盡可能提高值，以增大風輪功率。這是從事風能開發(fā)利用的科技人員追求的主要目標之一。當前第10頁\共有44頁\編于星期六\16點

葉片及葉片材料當前第11頁\共有44頁\編于星期六\16點3.2.1.1葉片發(fā)展趨勢

當前第12頁\共有44頁\編于星期六\16點

葉片是風力機捕捉風能的最重要部件。風能利用效率取決于良好的葉片的空氣動力外型，以及具有高強度、高硬度、低密度以及較長使用壽命等優(yōu)良特點的制造材料。風力提水機的葉片風力發(fā)電機組的葉片當前第13頁\共有44頁\編于星期六\16點常見的風力機葉片的橫截面結(jié)構(gòu)圖當前第14頁\共有44頁\編于星期六\16點

葉片材料選擇的要求及選擇規(guī)則

當前第15頁\共有44頁\編于星期六\16點葉片材料選擇規(guī)則2當前第16頁\共有44頁\編于星期六\16點纖維增強復(fù)合材料玻璃纖維復(fù)合材料碳纖維復(fù)合材料玻璃鋼復(fù)合材料葉片的主要材料特性當前第17頁\共有44頁\編于星期六\16點玻璃鋼葉片

用于葉片制造的材料一般有木材、金屬，如鋼和鋁，以及玻璃鋼。由于葉片的木材一般要選用優(yōu)質(zhì)木材，如樺木、核桃木等，材料來源困難、取材率低、造價高、維修不便。鋼金屬材料制造，又存在加工復(fù)雜、工藝裝備多、生產(chǎn)周期長、產(chǎn)品不耐腐蝕等一系列問題。因此，目前在國內(nèi)已很少選用木材或金屬制造葉片，大多數(shù)采用玻璃鋼。3當前第18頁\共有44頁\編于星期六\16點玻璃鋼葉片的優(yōu)點4當前第19頁\共有44頁\編于星期六\16點20當前第20頁\共有44頁\編于星期六\16點3.2.2輪轂當前第21頁\共有44頁\編于星期六\16點輪轂有固定式和鉸鏈式兩種當前第22頁\共有44頁\編于星期六\16點

主軸也稱為低速軸，安裝在風輪和齒輪箱之間。前端通過螺栓與輪轂剛性連接，后端與齒輪箱低速連接，承力大而且復(fù)雜。3.2.3主軸當前第23頁\共有44頁\編于星期六\16點風機每經(jīng)歷一次起動和停機，主軸所受的各種力，都將經(jīng)歷一次循環(huán)因此會產(chǎn)生循環(huán)疲勞主軸有較高的綜合機械性當前第24頁\共有44頁\編于星期六\16點

齒輪箱是風力發(fā)電機組關(guān)鍵零部件之一。由于風力機工作在低轉(zhuǎn)速下，而發(fā)電機工作在高轉(zhuǎn)速下，為了實現(xiàn)風力機和發(fā)電機的匹配，采用增速齒輪箱。3.3齒輪箱當前第25頁\共有44頁\編于星期六\16點齒輪箱的分類按照傳動的方式可以分為：展開式，分流式，同軸式以及混合式當前第26頁\共有44頁\編于星期六\16點

自然界的風速經(jīng)常變化。風輪的轉(zhuǎn)速隨風速的增大而變快，發(fā)電機的輸出電壓、頻率、功率也增加；當風輪的轉(zhuǎn)速超過額定值時，有可能影響機組的使用壽命，甚至造成設(shè)備的毀壞。為使風輪能以一定的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定地工作，風力發(fā)電機組上設(shè)有調(diào)速裝置。調(diào)速裝置是在風速大于設(shè)計額定風速時才起作用因此，又被稱為限速裝置。當風速增至停機風速時，調(diào)速裝置能使風輪順槳(風向與風輪旋轉(zhuǎn)平面平行)停機。3.4調(diào)速裝置當前第27頁\共有44頁\編于星期六\16點風力機調(diào)速裝置調(diào)速原理當前第28頁\共有44頁\編于星期六\16點側(cè)翼及偏心裝置調(diào)速原理示意圖當前第29頁\共有44頁\編于星期六\16點縮小風輪圓形迎風面積原理圖當前第30頁\共有44頁\編于星期六\16點發(fā)電機是將由風輪軸傳來的機械能轉(zhuǎn)變成電能的設(shè)備。3.5發(fā)電機當前第31頁\共有44頁\編于星期六\16點塔架的功能是支撐位于空中的風力發(fā)電系統(tǒng)，塔架與基礎(chǔ)相連接，承受風力發(fā)電系統(tǒng)運行引起的各種載荷，同時傳遞這些載荷到基礎(chǔ)，使整個風力發(fā)電機組能穩(wěn)定可靠地運行。3.6塔架當前第32頁\共有44頁\編于星期六\16點當前第33頁\共有44頁\編于星期六\16點微型風力機小，中型風力機中，大小型風力機34當前第34頁\共有44頁\編于星期六\16點3.7.1機艙3.7控制系統(tǒng)及附屬部件當前第35頁\共有44頁\編于星期六\16點3.7.2機頭座當前第36頁\共有44頁\編于星期六\16點

回轉(zhuǎn)體(轉(zhuǎn)盤)是塔架與機頭座的連接部件，通常由固定套、回轉(zhuǎn)圈以及位于它們之間的軸承組成。固定套銷定在塔架上部，回轉(zhuǎn)圈與機頭座相連，通過它們之間的軸承和對風裝置相連，在風向變化時，機頭便能水平地回轉(zhuǎn)，使風輪迎風工作。3.7.3回轉(zhuǎn)體當前第37頁\共有44頁\編于星期六\16點

大、中型風力機的回轉(zhuǎn)體常借用塔式吊車上的回轉(zhuǎn)機構(gòu)。小型風力機的回轉(zhuǎn)體通常是在上、下各設(shè)一組軸承，可采用圓錐滾子軸承。也可以上面用向心球軸承承受徑向載荷。下面用推力軸承來承受機頭的全部重量。微型風力機的回轉(zhuǎn)體不宜采用滾動軸承，而采用青銅加工的滑動軸承。這是為了防止機頭對瞬時變化的風向過于敏感而導(dǎo)致風輪的頻繁回轉(zhuǎn)。當前第38頁\共有44頁\編于星期六\16點

制動裝置是使風力發(fā)電機停止運轉(zhuǎn)的裝置(也稱剎車系統(tǒng))。對于微型和小型風力發(fā)電機，可采用如圖所示的剎車機構(gòu)。3.7.4制動裝置當前第39頁\共有44頁\編于星期六\16點

在中型和大型風力發(fā)電機組中，有采用葉尖氣動剎車和機械式剎車組成的制動系統(tǒng)。功率較大的風力發(fā)電機組，應(yīng)用電磁制動器和液壓制動器的，當采用電磁制動器時，需要有外電源；當采用液壓制動器時，除了需要外電源，還需要油泵，電磁閥，液壓油缸和管路等。當前第40頁\共有44頁\編于星期六\16點

風力發(fā)電機組的傳動裝置包括增速器與聯(lián)軸器等。通常，風輪的轉(zhuǎn)速低于發(fā)電機轉(zhuǎn)子需要的轉(zhuǎn)速，所以要增速(有的微型風力發(fā)電機組不設(shè)增速器而直接連接)。增速器與發(fā)電機之間用聯(lián)軸器連接，為了少占用空間，往往將聯(lián)軸器與制動器設(shè)計在一起。風輪軸與增速器之間也有用聯(lián)軸器的，稱低速聯(lián)軸器。3.7.5傳動裝置當前第41頁\共有44頁\編于星期六\16點

控制系統(tǒng)的功能

控制系統(tǒng)利用DSP微機處理機，在正常運行狀態(tài)下，主要通過對運行過程模擬量和開關(guān)量的采集、傳輸、分析，來控制風電機組的轉(zhuǎn)速和功率；如發(fā)生故障或其他異常情況能自動地監(jiān)測并分析確定原因，自動調(diào)整排除故障或進入保護狀態(tài)。3.7