任務(wù)5.2 偏航系統(tǒng)的組成（電）202011

福建電力學(xué)院綜合能源工程系

風(fēng)電設(shè)備基礎(chǔ)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及應(yīng)用

授課教師：黃慶專教材:風(fēng)電設(shè)備基礎(chǔ)第五章機(jī)組偏航系統(tǒng)福建電力學(xué)院綜合能源工程系

風(fēng)電設(shè)備基礎(chǔ)

偏航系統(tǒng)是水平軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組必不可少的組成系統(tǒng)之一。偏航系統(tǒng)的主要作用有兩個(gè):其一是與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)相互配合,使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)輪始終處于迎風(fēng)狀態(tài),充分利用風(fēng)能,提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效率；其二是提供必要的鎖緊力矩,以保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航系統(tǒng)一般分為主動(dòng)偏航系統(tǒng)和被動(dòng)偏航系統(tǒng)。被動(dòng)偏航指的是依靠風(fēng)力通過相關(guān)機(jī)構(gòu)完成機(jī)組風(fēng)輪對(duì)風(fēng)動(dòng)作的偏航方式,常見的有尾舵、舵輪和下風(fēng)向三種。主動(dòng)偏航指的是采用電力或液壓拖動(dòng)來完成對(duì)風(fēng)動(dòng)作的偏航方式,常見的有齒輪驅(qū)動(dòng)和滑動(dòng)兩種形式。對(duì)于并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組來說,通常都采用主動(dòng)偏航的齒輪驅(qū)動(dòng)形式。福建電力學(xué)院綜合能源工程系

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5.2偏航系統(tǒng)的組成偏航系統(tǒng)一般由偏航軸承、偏航驅(qū)動(dòng)裝置、偏航制動(dòng)器、偏航計(jì)數(shù)器、紐纜保護(hù)裝置、偏航液壓回路等部分組成。偏航系統(tǒng)的一般組成結(jié)構(gòu)如圖5-1和圖5-2所示。圖5-1外齒啟動(dòng)的偏航系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航系統(tǒng)一般有外齒形式和內(nèi)齒形式兩種。偏航驅(qū)動(dòng)裝置可以采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)或液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。制動(dòng)器可以是常閉式或常開式。常開式制動(dòng)器一般是指有液壓力或電磁力拖動(dòng)時(shí),制動(dòng)器處于鎖緊狀態(tài)的制動(dòng)器;常閉式制動(dòng)器一般是指有液壓力或電磁力拖動(dòng)時(shí),制動(dòng)器處于松開狀態(tài)的制動(dòng)器。采用常開式制動(dòng)器時(shí),偏航系統(tǒng)必須具有偏航定位鎖緊裝置或防逆?zhèn)鲃?dòng)裝置。圖5-2內(nèi)齒啟動(dòng)的偏航系統(tǒng)一、偏航軸承偏航軸承的軸承內(nèi)外圈分別與機(jī)組的機(jī)艙和塔體用螺栓連接。輪齒可采用內(nèi)齒或外齒形式。外齒形式是輪齒位于偏航軸承的外圈上,加工相對(duì)來說比較簡(jiǎn)單。內(nèi)齒形式是輪齒位于偏航軸承的內(nèi)圈上,嚙合受力效果較好,結(jié)構(gòu)緊湊。具體采用內(nèi)齒形式或外齒形式,制造商應(yīng)根據(jù)機(jī)組的具體結(jié)構(gòu)和總體布置進(jìn)行選擇。偏航齒圈的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖5-3所示。圖5-3偏航齒圈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖（1）偏航齒圈的輪齒強(qiáng)度計(jì)算方法和偏航軸承部分的計(jì)算方法參閱漸開線圓柱齒輪承載能力計(jì)算方法和回轉(zhuǎn)支撐計(jì)算方法相關(guān)資料。（2）偏航軸承的潤(rùn)滑偏航軸承的潤(rùn)滑應(yīng)使用制造商推薦的潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑油,軸承必須進(jìn)行密封。軸承的強(qiáng)度分析應(yīng)考慮兩個(gè)主要方面:第一是在靜態(tài)計(jì)算時(shí),軸承的極端載荷應(yīng)大于靜態(tài)載荷的1.1倍;第二,軸承的壽命應(yīng)按風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行載荷計(jì)算。此外,制造偏航齒圈的材料還應(yīng)在-30℃條件下進(jìn)行V形切口沖擊能量試驗(yàn),要求三次試驗(yàn)平均值不小于27J。二、驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)裝置一般由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)或驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、減速器、傳動(dòng)齒輪、輪齒間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)等組成。驅(qū)動(dòng)裝置的減速器一般可采用行星減速器或蝸輪蝸桿與行星減速器串聯(lián)。傳動(dòng)齒輪一般采用漸開線圓柱齒輪。傳動(dòng)齒輪的齒面和齒根應(yīng)采取淬火處理,一般硬度值應(yīng)達(dá)到HRC55～62。傳動(dòng)齒輪的強(qiáng)度分析和計(jì)算方法與偏航齒圈的分析和計(jì)算方法基本相同;軸靜態(tài)計(jì)算應(yīng)采用最大載荷,安全系數(shù)應(yīng)大于材料屈服強(qiáng)度的一倍;軸的動(dòng)態(tài)計(jì)算應(yīng)采用等效載荷,并同時(shí)考慮使用系數(shù)Ka=1.3的影響,安全系數(shù)應(yīng)大于材料屈服強(qiáng)度的一倍。偏航驅(qū)動(dòng)裝置要求啟動(dòng)平穩(wěn),轉(zhuǎn)速均勻無振動(dòng)現(xiàn)象。驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖5-4所示。圖5-4驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖三、偏航制動(dòng)器偏航制動(dòng)器是偏航系統(tǒng)中的重要部件,制動(dòng)器應(yīng)在額定負(fù)載下制動(dòng)力矩穩(wěn)定,其值應(yīng)不小于設(shè)計(jì)值。在機(jī)組偏航過程中,制動(dòng)器提供的阻尼力矩應(yīng)保持平穩(wěn),與設(shè)計(jì)值的偏差應(yīng)小于5%,制動(dòng)過程不得有異常噪聲。制動(dòng)器在額定負(fù)載下閉合時(shí),制動(dòng)襯墊和制動(dòng)盤的貼合面積應(yīng)不小于設(shè)計(jì)面積的50%;制動(dòng)襯墊周邊與制動(dòng)鉗體的配合間隙任一處應(yīng)不大于0.5mm。制動(dòng)器應(yīng)設(shè)有自動(dòng)補(bǔ)償機(jī)構(gòu),以便在制動(dòng)襯塊磨損時(shí)進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償,保證制動(dòng)力矩和偏航阻尼力矩的穩(wěn)定。在偏航系統(tǒng)中,制動(dòng)器可以采用常閉式和常開式兩種結(jié)構(gòu)形式。常閉式制動(dòng)器是在有動(dòng)力的條件下處于松開狀態(tài),常開式制動(dòng)器則是處于鎖緊狀態(tài)。兩種形式相比較并考慮失效保護(hù),一般采用常閉式制動(dòng)器。制動(dòng)盤通常位于塔架或塔架與機(jī)艙的適配器上,一般為環(huán)狀。制動(dòng)盤的材質(zhì)應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和韌性,如果采用焊接連接,材質(zhì)還應(yīng)具有比較好的可焊性。此外,在機(jī)組壽命期內(nèi),制動(dòng)盤不應(yīng)出現(xiàn)疲勞損壞。制動(dòng)盤的連接、固定必須可靠牢固,表面粗糙度應(yīng)達(dá)到Ra3.2μm。制動(dòng)鉗由制動(dòng)鉗體和制動(dòng)襯塊組成。制動(dòng)鉗體一般采用高強(qiáng)度螺栓連接,用經(jīng)過計(jì)算的足夠的力矩固定于機(jī)艙的機(jī)架上。制動(dòng)襯塊應(yīng)由專用的摩擦材料制成,一般推薦用銅基或鐵基粉末冶金材料制成,銅基粉末冶金材料多用于濕式制動(dòng)器,而鐵基粉末冶金材料多用于干式制動(dòng)器。偏航制動(dòng)器實(shí)物圖如圖5-5所示。四、偏航計(jì)數(shù)器偏航計(jì)數(shù)器是記錄偏航系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)的裝置,如圖5-6所示,當(dāng)偏航系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)所規(guī)定的初級(jí)解纜和終極解纜圈數(shù)時(shí),計(jì)數(shù)器則給控制系統(tǒng)發(fā)信號(hào),使機(jī)組自動(dòng)進(jìn)行解纜。計(jì)數(shù)器一般是一個(gè)帶控制開關(guān)的蝸輪蝸桿裝置或是與其相類似的程序。圖5-6偏航計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)圖五、紐纜保護(hù)裝置紐纜保護(hù)裝置是偏航系統(tǒng)必須具有的裝置,它是出于失效保護(hù)的目的而安裝在偏航系統(tǒng)中的。它的作用是在偏航系統(tǒng)的偏航動(dòng)作失效后,電纜的紐絞達(dá)到威脅機(jī)組安全運(yùn)行的程度而觸發(fā)該裝置,使機(jī)組進(jìn)行緊急停機(jī)。一般情況下,這個(gè)裝置是獨(dú)立于控制系統(tǒng)的,一旦這個(gè)裝置被觸發(fā),則機(jī)組必須進(jìn)行緊急停機(jī)。紐纜保護(hù)裝置一般由控制開關(guān)和觸點(diǎn)機(jī)