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毕 业 设 计（ 说明书 ） 2012 届 题 目 垂直轴风力发电机设计 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 学 号 指导教师 论文字数 14274 完成日期 2012年 12月 湖 州 师 范 学 院 教 务 处 印 制 I 原 创 性 声 明 本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内 容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 日 期： 于毕业论文使用授权的声明 本人在指导老师指导下所完成的论文及相关的 资料（包括图纸、试验记录、原始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等） ，知识产权归属湖州师范学院。 本人完全了解 湖州师范学院 有关保存、使用毕业论文的规定，同意学校保存或向国家有关部门或机 构送交论文的 纸质版 和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权 湖州师范学院 可以将本毕业论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和汇编本毕业论文。如果发表相关成果，一定征得指导教师同意，且 第一署名单位为湖州师范学院。本人离校后使用毕业论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为湖州师范学院。 论文作者签名： 日 期： 指导老师签名： 日 期： 直轴风力发电机设计 摘要 ： 本次毕业设计主要 是 完成 垂直轴风力发电机设计 。 风力发电现今发展飞速，其中小型发电机组以其设备简单、成本较低、风能利用率高、启动、制动性能好等优点，得到越来越多青睐。本论文主要介绍了小型风力发电机的机械结构部分，从独立型风力发电机组的构成特点、运行特点、保护措施等各方面，介绍了实现机组无人值守全自动运行的设计思想和实施办法。 本设计利用机电 一体化设计使整个系统组成简单，结构精巧，控制方便，性能可靠，应用前景广阔。 关键词： 垂直轴 ， 风力发电机 ， 设计 is to in in is an of of of is of of V 目录 第 1 章 绪论 . 8 第 2 章 风力发电机部件结构设计 .力发电机介绍 .直轴风力机空气动力学 . 14 能利用率 . 15 . 15 茨极限 . 16 尖速比 . 16 力机的功率及扭矩计算 . 17 动机构 . 17 轴 . 18 轴器 . 19 速箱 . 20 动器 . 21 架 . 21 第 3 章 风力发电机组总 体性能 . 24 组的构成及主要技术参数 . 24 本技术参数 . 24 舱传动总成 . 25 作条件及运行参数 . 26 行参数 . 26 人值守的运行过程 . 26 风状态 . 26 机与并网 . 28 机与保护 . 28 第 4 章 各附加装置的设计选取过程 . 30 机轴承技术要点分析 . 30 动器的设计与选取 . 32 效永磁风力发电机的设计 . 33 轴器的设计与选取 . 33 力发电机的尾舵调向装置设计 . 34 结论 . 36 参 考 文 献 . 37 致谢 . 39 本科生毕业设计（论文） 8- 第 1章 绪论 自 80 年代以来，风能利用的主要趋势是风力发电，最早在边远山区应用，主要有三种应用方式：（ 1）单独使用小型风力发电机供家庭住 宅使用。（ 2）风力发电机与其他电源联用，为海上导航系统和远距离通讯系统供电。（ 3）并入地方孤立小电网为乡村供电。 随着现代科学技术的迅猛发展，风力发电技术也飞速前进。以机组大型化、集中安装和控制为特点的风力场成为风力发电主要的发展方向。近 20 年，世界各地近 30 个国家开发建设了风电场，且在未来投资计划上有增无减。国外风力发电装机容量正以每年 30的速度增长。同时大幅降低了风机的故障率，实现了互联网络的中央控制和跨地区、跨国界的远程控制。世界一些著名厂商，如，则把目光投 向小型风力发电机组，并且逐步实现了商业化运行。 我国作为风力资源极其丰富的国家，风力发电潜能巨大，风能资源的利用也历史悠久，古代甲骨文中的“帆”字存在，以及东汉刘熙著作里“随风张慢曰帆”的叙述，都说明我国是利用风能最早的国家之一，而我国对于现代风力发电机的研究始于 80 年代， 从“六五”开始，国家将风能的开发利用列入科技攻关计划 ,国家计委和国家科委分别组织了综合性风能科技攻关，内容涉及风力资源、风力机空气动力学、结构动力学、电机、控制和材料等。 国务院总理温家宝 在 2012 年 5 月 30 日主持召开 的 国务院常务会议， 又 讨论通过 “十二五 ”国家战略性新兴产业发展规划。 会议指出 新能源产业要发展技术成熟的风电、 核能、 太阳能光伏和热利用、生物质发电、沼气等，积极推进可再生能源技术产业化 。我国风电技术将会借此时机继续创造出更多的辉煌。 为了促进风电建设 ，有关部门出台了不少优惠政策， 中国原电力部就颁布了关于风力发电场建设和管理的若干意见 ,要求各地电网应收购各地风电场发出的上网电力，风电上网电价按照还本付息加合理利润的原则确定。虽然后来随着电力部门的演变和国家管理体制的改革 ,这一政策现已无从实施 ,但它的出台为我国风力发电的起步奠定了 重要的基础。中国政府又颁布了 “关于促进可再生能源发展有关问题的通知 ”，提出了促进可再生能源发电项目尤其是风电的优惠政策 ,包括由银行安排基建贷款、银行贷款的项目给予的财政补贴、采用国产设备的风电项目给予的投资利润率优惠等。此外，风力发电的增值税率按照减半为征收，风力发电零部件和整机的进口关税也暂时按照和征收。在国务院公布的新一轮电力体制改革方案中，明确提出将制定发电排放的环保折价标准 ,形成激励清洁电源发展的新机制，这就为风电等来自可再生能源的电力提供了公平竞争的机会，从而会大大促进风电等清洁的可再生能源发电的 发展。在电价改革方案中也特别提到， “风电、地热等新能源和可再生能源企业暂不参与市场竞争，电量由电网企业按政府定价或招标价格优先购买，电力市场成熟时由政府规定供电企业售电量中新能源和可再生能源电量的比例，建立专门的竞争性新能源和可再生能源市场 ”。这些规定对于尚处于初期发展阶段的我国风电产业成长将会起到重要的扶持作用。 根据全国 900多个气象站陆地上离地 10国平均风功率密度为 100W/科生毕业设计（论文） 9- 风能资源总储量约 开发和利用的陆地上风能储量有 外，近海可开发和 利用的风能储量有 计约 10 亿 果陆上风电年上网电量按等效满负荷 2000 小时计，每年可提供 5000 亿千瓦时电量，海上风电年上网电量按等效满负荷 2500 小时计，每年可提供 亿千瓦时电量，合计 亿千瓦时电量，大约相当于我国目前一年的电力需求量。 (1)北部地区风能分布带。北部 (东北、华北、西北 )地区风能丰富带包括东北三省、河北、内蒙古、甘肃、青海、西藏和新疆等省 /自治区近 200的地带。三北地区风能资源丰富，风电场地形平坦，交通方便，没有破坏性风速，是我国连成一片的 最大风能资源区，有利于大规模的开发风电场，但是当地电网容量较小，限制了风电的规模，而且距离负荷中心远，需要长距离输电。 (2)沿海及其岛屿地区风能分布带。沿海及其岛屿地区包括山东、江苏、上海、浙江、福建、广东、广西和海南等省 /市沿海近 10的地带，冬春季的冷空气、夏秋的台风，都能影响到沿海及其岛屿，加上台湾海峡狭管效应的影响，东南沿海及其岛屿是我国风能最佳丰富区。沿海地区经济发达，沿海及其岛屿地区风能资源丰富，风电场接入系统方便，与水电具有较好的季节互补性。然而沿海岸的土地大部份已开发成水产 养殖场或建成防护林带，可以安装风电机组的土地面积有限。 (3)内陆风能分布带。在内陆一些地区由于湖泊和特殊地形的影响，形成一些风能丰富点，如鄱阳湖附近地区和湖北的九宫山和利川等地区。 (4)海上风能分布带。我国海上风能资源丰富，东部沿海水深 2m 到 15m 的海域面积辽阔，按照与陆上风能资源同样的方法估测， 10m 高度可利用的风能资源约是陆上的 3 倍，即 7 亿多 且距离电力负荷中心很近。随着海上风电场技术的发展成熟，经济上可行，将来必然会成为重要的可持续能源。 我国较大规模地开发和应用风力 发电机，特别是小型风力发电机，始于 70 年代，当时研制的风力提水机用于提水灌溉和沿海地区的盐场，研制的较大功率的风力发电机应用于浙江和福建沿海，特别是在内蒙古地区由于得到了政府的支持和适应了当地自然资源和当地群众的需求，小型风力发电机的研究和推广得到了长足的发展。对于解决边远地区居住分散的农牧民群众的生活用电和部分生产用电起了很大作用 2。掌握具有自主知识产权的小型风力发电机组的关键技术，降低风电成本，从可持续发展战略的要求入手，完全符合我国现状，走这条路势在必行。 近年来，我国的风电机产业迅猛发展，但在风 机整机及关键部件的设计与制造技术上与世界先进水平仍然存在一定的差距，在小型风力发电机组方面，我国从事小型风力发电机组及其配件开发研制生产的单位多达 78 家，年产量、总产量、生产能力、出口均位列世界之首。由于汽油、柴油、煤油价格飞涨，且供应渠道不畅通，使得小型风力发电机组用户量继续增加，根据我国风能资源开发利用的现状，以及风力发电事业的发展进步及水平来看，我国的小型风力发电，已从单纯的风力发电向多能互补方向；从单台供电向群组机组集中供电发展；从师范、试验性向高效实用性发展。 事实证明， 小型风力发电机的未来的发 展方向掌握在我们的手中。小型风力发电机的技术进步是促进产业发展的根本保证。把小型风力机与太阳能电池结合作为最合理的独立电源可开发更多的本科生毕业设计（论文） 10- 应用领域，包括风光互补便携式电源、风光互补泵水系统、风光互补增氧系统、风光互补供暖系统等等。随着小型风力发电机产品的多样化，风光互补独立供电系统在市政项目、在边防哨所、在偏远地区都有着极广的应用前景。 目前，国内的小风机产品开始走向国外。英国、美国等国家已立法鼓励家庭安装小型风力发电机并网发电系统，为小型风力发电机并网应用提供很大的发展空间。但小型风力发电机在家庭的推广对产品 提出了更高的要求，低风速发电、低噪音、高可靠性、美观性、安全性等都有了更高的要求。 由以上分析可见，小型风力发电机组有很多优越性与潜能性。本课题研究的就是小型垂直轴风力发电机组的结构设计。 本科生毕业设计（论文） 11- 第 2章 风力发电机部件结构设计 力发电机介绍 风力发电机 是将风能转换为机械功的动力机械。广义地说，它是一种以太阳为热源，以大气为工作介质的热能利用发动机。风力发电利用的是自然能源 ， 相对柴油发电要好的多。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技 术，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。 风力发电机从结构上可以分为两类，其一是水平轴风力机，叶片安装在水平轴，叶片接受风能转动去驱动所要驱动的机械。水平轴风力机分为多叶低速风力机和 1 3个片的风力风电机。如图 2二是垂直轴风力机，风轮轴是垂直布置的，叶片带动风轮轴转动再驱动所要驱动的机械。如图 2 本科生毕业设计（论文） 12- 本课题研究的是 垂直 轴风力发电机。 风力机从功率大小上分类，可以分为微型风力发电机、小型风力发电及、中型风力发电机和大型风力发电机四类。如下表。 微型风力发电机 额定 功率 50型风力发电及 额定功率 1型风力发电机 额定功率 50型风力发电机 额定功率大于 100课题研究的 20 垂直轴风力机的旋转主轴与风向垂直， 如图 3直轴风力机设计简单，风轮无需对风， 其优点有： 需对风； 修维护方便。 本科生毕业设计（论文） 13- 图 3直轴风力发电机 按照桨叶受力方式分类可分为升力型风力机 和 阻力型风力机。升力型风力机利用叶片的升力带动旋转轴转 动，从而转化风能为电能，这种风力机目前较为常见，大部分水平轴风力机都属于升力型风力机。目前大中型风电主要采用水平轴风力机，属升力型风力机，具有转速高、风的利用率较高等优点，其叶尖速比通常在 4以上，最大功率系数可达 50%， 如图 3示 。阻力型风力机利用叶片上受到的阻力来驱动发电机发电，大部分阻力型风力机为垂直轴， 目前较少， 如图 3示。 图 3力型风力发电机 图 3力型风力发电机 垂直轴升力型风力机既有垂直轴风力机结构简单、维修方便等优点，又 和 升力型风本科生毕业设计（论文） 14- 力机 一样具有 较高转速，风能利用率 有所提高。由于运行过程中受力比水平轴好得多，疲劳寿命要 更 长。 直轴风力机空气动力学 如图 3示 建立平面坐标系，假定风速矢量为 v， 叶片端线速度矢量为 u， 叶片所在位置夹角为，则叶片的平均线速度 为 5 | 60 （ 在图 3风速矢量 v=（ 0， ， 叶片速度矢量 u=（ 风对叶片的相对速度 w=v+u，坐标运算后得 w=（ 图 3直风力机动力原理 相对风速的大小就是矢量 w 的模 |w|， 以 W 表示 w 的单位矢量， U 表示 可以求出此时的攻角，攻角就是相对风速与叶片弦长所在直线的夹角，按照矢量计算可推得： 1c o s ( , ) （ 在风力的作用下，叶片在攻角时受到的升力 212w C （ 212w C （ 将升力和阻力投影到风轮切方向： （ 本科生毕业设计（论文） 15- co （ 其中 叶片受力分解 如图 36。 图 3直风力机的叶素力学模型 切向力的合力产生转矩使风轮转动，叶片在位置角为时产生的转矩为 ()lt F R （ 能利用率 风能利用系数 表示风力机 效率的重要参数， 由于风通过风轮的风能不能完全转化为风轮机械能， 其风能利用率 7 mw=p 风 力 机 输 出 的 机 械 功 率输 入 风 轮 的 功 率 （ 其中 目前大型水平轴风力发电机的风能利用率绝大部分是由叶片设计方计算得到的，一般在 40%以上。由于之前一般都是利用叶素理论来计算垂直轴风力机的风能利用率，得出的结果不如水平轴，但是根据国外最新的实验表明垂直轴的风能利用率不低于 40%8，再加上水平轴风力机受到风向变化的影响，而垂直轴风力机可以在任何风速角下工作，因此有理由相信垂直 轴风力机的利用率能够超过水平轴。 风能利用系数 般是变化的，它随着风速与风轮转速变化而变化，叶片尖端线本科生毕业设计（论文） 16- 速度与风速之比叫做叶尖速比（将在第 具体说明），为了得到最佳的风能利用率，一般根据 图 3 图 3从图 3叶尖速比达到 能利用率最高，际风力机一般都达不到这么高的风能利用率，所以我们先初定叶尖速比在 =6，风能利用率 体的 茨极限 风能利用系数缩短能达到的最大值就是贝茨极限，德国空气动力学家 直到今天还没有人能设计出超过这个极限的风力机，该极限不是由于设计不足造成的，而是因为流管不得不在致动盘上游膨胀，使得自由流速比在圆盘处小 ，贝茨极限由一下微分方程得出 9： 4 (1 ) (1 3 ) 0d C p （ 式中 解 微分方程可知当 a=1/3 时， 求得最大 尖速比 风轮叶片尖端线速度与风速之比称为叶尖速比，阻力型风力机叶尖速比一般为 力型风力机叶尖速比一般为 3 至 8。在升力型风力机中，叶尖速比直接反映了相对风速与叶片运动方向的夹角，即直接关系到叶片的攻角，是分析风力机性能的重要参数。 叶尖速比计算公式为 260R （ 本科生毕业设计（论文） 17- 力机的功率及扭矩计算 由福建省情资料 库中的图像资料可以看出厦门地区地面平均风速在 4m/s 6m/s 左右，如图 3 图 3从福建气象网站（ ） 24 小时监测的结果可以看出，厦门地区一天内 4级风（约 8m/s）出现的频率最高，如图 3 图 3门某日 24小时风速监测图 动机构 风力机的传动机构一般包括低速轴、高速轴、齿轮箱、联轴节和制动器等 (图 2但不是每一 种风力机都必须具备所有这些环节。有些风力机的轮壳直接连接到齿轮箱上 ,不需要低速传动轴。也有一些风力机 (特别是小型风力机 )设计成无齿轮箱的 ,风轮直接连接到发电机。在整个传动系中除了齿轮箱其它部件基本上一目了然 8。 本科生毕业设计（论文） 18- 图 2舱传动总成图 轴 风轮通过键把转矩传到主轴上。小型风力机一般采用单键。 小、微型风力机多采用45号钢，经过调制处理使钢材获得强度。塑性、韧性三方面都较好的综合机械性能，所以设计时，在主轴加工图上也要注明这一技术要求。主轴的材料 实践证明主轴与轮毂的连接部分最好要有 1： 10 的锥度，亦即轴端最好呈圆锥形。这种结构不仅装配牢固、拆卸方便，而且还避免了圆柱形轴端应力集中的影响。 锁定风轮用的轴端螺母究竟采用右旋还是左旋要视风轮的转向而定。如果顺风看风轮是顺时针旋转，则螺母要用左旋螺纹，反之要用优选螺母，因为只有这样才能保证风力机在旋转中螺母越来越紧而不至于松脱，为了安全起见，螺母上最好还要有止动垫圈。 主轴零件图如图 2 图 2轴零件图 根据国内外的实践经验，低速轴的直径通常取风轮直径的 1%，亦即 d=按这一标准设计，其强度一般是有保证的。作用在主轴上 的主要负载有：工作转矩 轮的陀螺力矩 及风轮所受到的重力 轴端所承受的合成应力为（ N/ （ 2 式中： 风轮的陀螺力矩（ 10022本科生毕业设计（论文） 19- 风轮所受重力（ N）； ； 。 大小与桨叶数 B=3时， （ 2 式中， 风轮绕主轴的转转动惯量（ 2 如用单键， （ 2 式中： 倘若轴端呈圆锥形，其 为了简化计算，可以将本设计中的轴近似看成为大径 ，小径 的光滑轴。本设计中的弯矩 22M 1000。 将已知条件带入上述公式，可以算出 。 所以，本设计中的主轴满足条件，可以正常使用 9 轴器 在风力发电机中，常采用刚性联轴器、弹性联轴器（或万向联轴器）两种方式。刚性联轴器常用在对中性好的二轴连接，而弹性联轴器则可以为二轴对中性较差时提供二轴的联接，更重要的是弹性联轴器可以提供一个弹性环节，该环节可以吸收轴系因外部负载的波动而产生的额外能量。在风力发电机组中通常在高速轴选用弹性 /万向联轴器，一般用十字联轴器或者轮胎联轴器，低速轴用刚性联轴器。一般用涨套式或者柱销式联轴器。 本课题在设计时在高速轴使用 胎式联轴器，在低速轴使用柱销式联轴器。如下所示，是联轴器的示意图。 rd a 2 )(3223 本科生毕业设计（论文） 20- 柱销式联轴器 速箱 与风力机匹配的增速器不仅要体积小、重量轻、效率高、噪音小、而且还应该承载能力大，启动转矩小。鉴于这些要求，所以分力发电机的选择至关重要。实现增速的方法也很多，最常用的有齿轮、皮带轮、链轮传动三种，其中齿轮传动运用最为广泛，能够满足增速器以上要求。其中 与 行星齿轮增速器用在风力发电机上比较合适的。齿轮增速器的传动比可以根据风轮与发电机 的转速之比确定，而功率则要按照风力发电机的输出功率的 使用齿轮增速器时，要注意输入轴与输出轴的方向是一致还是相反，否则将会造成被动，甚至不能使用。本风力机所采用的齿轮箱为 同轴行星增速齿轮箱，传动比为 1： 定功率为 55 本科生毕业设计（论文） 21- 动器 机械刹车是一种制动式的减慢旋转负载的装置。通常机械刹车按照作用方式可以分为液压、气动、电磁、电液、手动等形式。按照工作状态分为常闭式和常开式两种。在风力发电中，为了减少制动转矩，缩小制动尺寸，通常机械刹车装在高速轴上。 本课题选用电 磁盘式刹车，其结构如下图所示。 架 风力机的塔架除了要支撑风力机的重量 , 还要承受吹向风力机和塔架的风压 , 以及风力机运行中的动载荷。它的刚度和风力机的振动有密切关系 , 如果说塔架对小型风力机影响还不太大的话 ,对大、中型风力机的影响就不容忽视了 12。一般要求塔架要有足够的强度，足以承受设计要求的动静载荷。同时基础不应该发生显著的、尤其是不均匀的下沉，因为基础一旦下沉将导致整个塔架倾斜，因此为了保证他家不发生歪斜，塔架各基础的重量合力必须与风力机重心垂线重合。基础则用混凝土砌筑，水泥、沙子和碎石的体积比约取 1:。基础的砌筑要与接地网、地脚螺栓以及地锚的预埋同时进行。 塔架的高度为 水平轴风力发电机的塔架主要可分为管柱型和桁架型两类 ,管柱型塔架可从最简单的木杆 ,一直到大型钢管和混凝土管柱。小型风力机塔杆为了增加抗弯矩的能力 ,可以用拉线来加强。中、大型塔杆为了运输方便 ,可以将钢管分成几段。一般圆柱形塔架对风的阻力较小 ,特别是对于下风向风力机 ,产生紊流的影响要比桁架式塔架小。桁架式塔架本科生毕业设计（论文） 22- 常用于中小型风力机上 ,其优点是。价不高 ,运输也方便。但这种塔架会使下风向风力机的叶片产生很大的紊流。其计算 方法如下： 本风力机所采用的塔架为 柔性钢管加拉索，重 智能化微机控制系统全自动化无人值守故障检测、报警状态及参数记录、显示。 本科生毕业设计（论文） 23- 图 2架结构图 上部塔筒 上部塔筒与底部塔筒联接法兰盘 底部塔筒与上部塔筒联接法兰盘 底部塔筒 底部塔 筒与基础联结法兰盘 本科生毕业设计（论文） 24- 第 3 章 风力发电机组总体性能 组的构成及主要技术参数 独立型 20力发电机组采用了 3 叶片、水平轴、上 风向旋转风轮、定桨距失速调节 ，异步发电机发电 、 蓄能器储能、高 速轴抱闸双重主动机构，机舱支撑为柔性钢管拉索塔架，控制系统采用日本三菱公司 编程控制器（ 控制核心，配以集成化、智能 化 I/以实现全自动无人值守运行 13。 本技术参数 总体性能参数如表 3示： 表 3体性能参数 类型 水平轴、下风向 额定功率 20定风速 11m/s 切入风速 4m/s 切出风速 20m/s 抗最大风速 50m/s 风轮性能参数如表 3示： 表 3轮性能参数 叶片数目 3 直径 11m 额定转速 180r/叶材料 增强型 玻璃钢 翼型 X 功率调节 定桨距失速调节 传动系统性能 参数如表 3 表 3动系统性能参数 类型 本科生毕业设计（论文） 25- 额定功率 定转速 55动比 1： 电机性能参数如表 3 表 3电机性能参数 类型 三相交流高滑差异步电机 额定功率 45步转速 1500r/压 380V， 频率 50架性能参数如表 3示： 表 3架性能参数 类型 柔性钢管加拉索 重量 制系统 智能化微机控制系统全自动化无人值守故障检 测 、报警状态及参数记录、显示。 舱传动总成 20机舱里面把叶轮、主轴支承、刹车盘、增速机、发电机等安装在机舱平台的同一轴心上，此种设计结构紧密、外型美观、工艺优化、机械效率高，比多轴心传动轴结构的设计，易于安装，检修，特别适用于定桨距、失速叶片风力机的机舱布局 14。 本科生毕业设计（论文） 26- 图 3舱机构图 作条件及运行参数 行参数 机组在环境温度 75，空气湿度不大于 95%，电网电压在 95% 105%额定电压下，频率为 1范围内，风力发电机组可以正常发电。 运行参数如表 3 表 3行参数 运行风速范围 20分钟 机器状态差报 警 等待开机 并网运行 N1470r/功率报警停 机 N1580r/s V21m/s 手动操作 小风逆功停机 小风连续 5 分停机 大风 报警停机 动。 风机当前状态检测 风速、风向采样。 液压站工作，提供开机必备的液压伺服机构的工作压力 1。 偏航系统制动器松开，下风向自由对风，在 60秒内，若机舱偏离风向小于 制动器锁紧，机舱对风定向。 准备就绪，一切工作正常，显示可以开机信号。 N 本科生毕业设计（论文） 28- 图 30机与并网 由风速和转速传感作为主激励信号，辅以对传动、偏航、刹车系统的即时监控，在风速达到启动风速时，机组自动开机，进入工作状态。 当风速连续 60秒不小于 s，主轴盘式刹车释放，传动系统开始工作。 由液压系统驱动变矩机构，将叶片由顺风的保护位置拉至迎风的工作位置，进入定桨距失速调节工作状态，完成这一过程的时间可调，其长短以有助于加速完成启动过程为宜，我们选在 50秒左右。 在 运 行 、 的 同 时 ， 三 叶 片 风 轮 通 过 增 速 机 构 带 动 发 电 机1500r/n1525r/速达到同步转速，下达并网指令，并网接触器吸合，发电机与电网并列运行，进入风电转换运行状态控制，直接在高风速下启动，系统回差值取 7m/s，当风速由 25下降至 18时，机组可以安全启动，快速并网，高效可靠地运行，经现场实测的风速 功率曲线如 图 316。 图 3速 功率曲线图 机与保护 停机分为正常停机和保护停机两种情况，除小风停机和调试时人为停机外，多数属于保护停机 17 在处理故障或大风停机之后，机组可能面对高风速环境，为了有效利用这部分风能，本科生毕业设计（论文） 29- 又不至造成飞车，可以通过回差。 因为风力不够，开机后， 10 分钟内达不到并网的同步转速，或并网后连续 60 秒逆功率运行，机组返回待风状态。 当风速超过 25m/s，声光报警，自动实现保护性停机。 当发电机转速达到 1690r/速比较器发出停机指令， 一旦该环节出现故障，发电机转速继续升高到 1800r/接在发电机上的离心开关动作，启动应急保护单元，实现收桨、刹闸、停机。 对出现的各类机械、电气、液压系统故障，具有自诊断功能，一项或多项故障同时出现，利用逻辑门电路识别，可在显示故障的同时实现安全停机。 本科生毕业设计（论文） 30- 第 4 章 各附加装置的设计选取过程 机轴承技术要点分析 风力发电机用轴承主要包括 :偏航轴承总成、风叶主轴轴承、变速器轴承、发电机轴承等 ,轴承的结构形成主要有四点接触球轴承、交叉滚子轴承、圆柱 滚子轴承、调心滚子轴承、深沟球轴承等。 风力发电机常年在野外工作 ,工况条件比较恶劣 ,温度、湿度和轴承载荷变化很大 ,风速最高可达 23m/ s ,有冲击载荷 ,因此要求轴承有良好的密封性能和润滑性能、耐冲击、长寿命和高可靠性 ,发电机在 2 3 级风时就要启动 ,并能跟踪风向变化 ,所以轴承结构需要进行特殊设计以保证低摩擦、高灵敏度 ,大型偏航轴承要求外圈带齿 ,因此轴承设计、材料、
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