1.2.风电机组的结构

风力发电机组安装与调试——风电基础知识6风机的结构叶片轮毂

叶轮

机舱

塔架风机的结构电器控制柜叶轮塔架偏航系统双馈异步发电机齿轮箱高速轴刹车底架主轴蓄能器主轴承主冷却器变频器冷却器风机的结构风机的结构风机的结构风机的结构带齿轮箱双馈风电机组直驱风电机组风机的基础对于一个建筑最重要的是什么？基础主要提供塔筒底部的连接和固定，塔架基础应使机组在所有可能出现的载荷条件下保持稳定状态，不能出现倾倒、失稳或其它问题。塔架基础均为现浇钢筋混凝土独立基础，根据风电场场址工程地质条件和地基承载力以及基础荷载、结构等条件有较多设计形式。风机的基础从结构的形式看，常见的有板状、桩式和桁架式等基础。板状基础结构适用于岩床距离地表面比较近的场合。当地表条件较差时，采用桩基础比板层基础可以更有效地利用材料。风机的基础基础的结构尺寸取决于机组容量的大小。影响因素首先是极端风速条件下的载荷，另外机组运行状态下的最大载荷。影响基础的载荷主要是叶片产生的推力。风机的基础风机的塔架塔架是机组的支撑部件，支撑位于空中的风力发电系统，塔架与基础相连接，承受机组重量、风力发电系统运行引起的风载荷及各种动载荷，并将这些载荷传递到基础，使整个风力发电机组能稳定可靠地运行。塔架结构形式主要有钢筋混凝土结构、桁架结构和钢筒结构三种。钢筋混凝土结构塔架钢筒塔架和桁架塔架塔筒通常采用宽度为2米、厚度为10至40毫米的钢板，经过卷板机卷成筒状，然后焊接而成。风机的塔架每段塔筒两端焊有连接法兰，在现场安装时，用螺栓将各节塔筒连成一体，形成最终的整体塔筒。风机的塔架风机的机舱为了保护传动系统、发电机以及控制装置等部件，将它们用轻质外罩封闭起来，称为机舱。机舱通常采用重量轻、强度高、耐腐蚀的玻璃钢制作。是风力发电整机的主要设备安装的基础，风电机的关键设备都安装在上。包括传动链（主轴、齿轮箱）、偏航组件（偏航驱动、偏航刹车钳、偏航轴承）、电缆线槽、发电机、联轴器、液压站、冷却泵、滑环组件、润滑系统、吊车、机舱柜、机舱罩、等。机舱与现场的塔筒连接，人员可以通过风电机塔进入机舱。双馈式风电机组0电器控制柜双馈异步发电机变频器冷却器高速轴刹车齿轮箱偏航系统塔架主轴主轴承叶轮蓄能器底架0叶片变桨电机轮毂整流罩发电机定子发电机转子测风装置控制柜偏航电机机舱塔架直驱式风电机组机舱的偏航系统自然界的风，方向和速度经常变化，为了使风力机能有效地捕捉风能，就相应设置了对风装置以跟踪风向的变化，保证风轮基本上始终处于迎风状况。风力发电机的偏航系统也称为对风装置，其主要作用在于当风向变化时，能够快速平稳地对准风向，以便风轮获得最大的风能。另外、当风机对风相同一个方向旋转几圈之后，向塔筒底部输送电力的线缆也会扭转，为了保护电缆，系统会控制风机向相反的方向旋转，既解缆。1主机架，2偏航驱动，3运输支架为了使风机的桨叶转子工作事始终朝向某个方向，在风机内安设了偏航系统，风力机的偏航系统即对风装置。其作用在于当风速矢量的方向变化时，精密的测风仪器将检测信号传输给电脑的软件，经过分析后驱动偏航系统的电机和齿轮箱使风机尽可能的减少风能损失，快速平稳地对准风向，以便风轮获得最大的风能。借助偏航驱动电机转动机座，以使转子叶片调整风向的最佳切入角度。偏航装置由电子控制器操作，电子控制器可以通过风向标来探知风向。通常，在风改变其方向时，风电机一次只会偏转几度。机舱的偏航系统整个偏航组件包括有偏航驱动电机、偏航驱动齿轮箱、偏航轴承、偏航刹车盘、偏航刹车钳、液压管路、回油管路、润滑系统等。机舱的偏航系统一般使用的偏航驱动电机是电磁制动三项异步电动机偏航齿轮箱，偏航齿轮箱为四级行星齿轮箱、继承了行星齿轮传动的一贯优点。偏航轴承在使用过程中需要不断地补充润滑油，主要润滑部位有轴承滚道和轴承内齿两部分。偏航编码器由一个尼龙小齿轮与偏航驱动齿箱齿轮啮合，可以计算出偏航圈数。机舱的偏航系统机舱的测风仪风速仪时刻测量着风的速度并通知风机控制器在风速足够时将风机偏航到对风状态，并启动。时刻监测风速是十分重要的，因为在风速过大时会使风机毁坏。这就是为什么当风速超过25m/s时，风机就会自动停下来。而当风速降低时，风速仪会告诉控制器可以开机启动了。风向标总是跟随着风的方向摆动。风向标的底部有一个很小的传感器，它可以将风向信号传给控制器，而控制器会告诉偏航电机将机舱转向叶轮对风位置。典型传动链主要组成：主轴、轴承、齿轮箱、联轴器、发电机、主机架、轴承座。风力发电机的低速轴将转子轴心与变速齿轮箱连接在一起。在一般的风电机上，转子转速相当慢，大约为19至30转每分钟。机舱的传动链主轴也称为低速轴，安装在风轮和齿轮箱之间。主轴一端连接风轮轮毂，另一端连接增速齿轮箱的输入轴，用滚动轴承支撑在主机架上，承力大而且复杂。风轮主轴的支撑结构形式与增速齿轮箱的形式密切相关。机舱的主轴齿轮箱是风力发电机组一个重要的机械部件。齿轮箱作为风力发电机组中，其主要功用是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速。通常风轮的转速很低，远达不到发电机发电所要求的转速，必须通过齿轮箱齿轮副的增速作用来实现，故也将齿轮箱称之为增速箱。我们使用的齿轮箱为一级平行轴加两级行星的结构型式。齿轮箱的特点是：1.传动比大，传递功率大2.运行条件恶劣。机舱的齿轮箱机舱的齿轮箱齿轮箱叶轮发电机低转速需要高转速将低转速的动能转化为高转速的动能桨叶——传动轴——收缩套——第一级行星架——第一级太阳轮——第二级行星架———第二级太阳轮——平行轴大齿轮——平行轴小齿轮——发电机机舱的齿轮箱齿轮在运行过程中，齿面承受交变压应力、交变摩擦力以及冲击载荷的作用，将会产生各种类型的损伤，导致运行故障甚至失效。机舱的齿轮箱为实现机组传动链部件间的扭矩传递，齿轮箱高速轴与发电机轴采用柔性联轴器，以弥补机组运行过程轴系的安装误差。机械刹车机构一般采用盘式结构，制动盘安装在齿轮箱输出轴与发电机轴的弹性联轴器前端。制动刹车时，液压制动器抱紧制动盘，通过摩擦力实现刹车动作。机舱的齿轮箱发电机是将由风轮轴传来的机械能转变成电能的设备。风电机可以使用同步或异步发电机，并直接或非直接地将发电机连接在电网上。直接电网连接指的是将发电机直接连接在交流电网上。非直接电网连接指的是，风电机的电流通过一系列电力设备，经调节与电网匹配。采用异步发电机，这个调节过程自动完成。机舱的发电机双馈风电机组机舱的发电机永磁直驱风电机组风机的叶轮风力发电机区别于其他机械的最主要特征就是叶轮。叶轮一般由2～3个叶片和轮毂所组成，其功能是将风能转换为机械能。风机的叶轮风轮的作用是捕捉和吸收风能。并将风能转变成机械能。再由风轮轴将能量送给传动装置风轮轴输出的功率为N（称之为风轮功率)，Cp为风轮功率系数(或风能利用系数)，一般为0.2～0.5。风轮功率与风轮直径的平方成正比风轮功率与风速的立方成正比风轮功率与风轮的叶片数目无直接关系叶轮的叶片叶片是风力机捕捉风能的最重要部件。风能利用效率取决于良好的叶片的空气动力外型，以及具有高强度、高硬度、低密度以及较长使用寿命等优良特点的制造材料。1）良好的空气动力外形，能够充分利用风电场的风资源条件，获得尽可能多的风能；2）可靠的结构强度，具备足够的承受极限载荷和疲劳载荷能力；合理的叶片刚度，叶尖变形位移，避免叶片与塔架碰撞；3）良好的结构动力学特性和气动稳定性，避免发生共振和颤振现象，振动和噪声小；4）耐腐蚀、防雷击性能好，方便维护；5）在满足上述目标的前提下，优化设计结构，尽可能减轻叶片重量、降低制造成本。叶片材料选择纤维增强复合材料玻璃纤维复合材料碳纤维复合材料玻璃钢复合材料除小型风力发电机的叶片部分采用木质材料外，中、大型风力发电机的叶片都采用玻璃纤维或高强度复合材料制成。叶片剖面多采用蒙皮与主梁构造形式，中间有硬质泡沫夹层作为增强材料。叶片主梁材料一般需采用单向程度较高的玻纤织物，叶片蒙皮主要由胶衣、表面毡和双向复合材料铺层构成。叶片主梁叶轮的叶片叶片上下两半部分分别在固定形状的模具中完成铺层，然后在前后缘粘合在一起，形成整体叶片。叶片制造叶轮的叶片对于失速机组，叶片端部（叶尖）采用制动，超速保护。叶轮的叶片闪电可以产生超过亿伏的平均电压，百万安培的平均电流。风电机组通常树立在比较空旷的地域，容易遭受雷击，叶片上必须安装防雷击装置。在叶尖部位安装一个金属（铝或铜）接受块，然后通过叶片内部金属导线连接到叶根部的柔性金属板上，经过塔架内的接地系统，将雷击电流接地。叶轮的叶片a）叶片表面覆冰b)表面腐蚀c)裂纹d)极端风破坏叶片故障统计叶轮的叶片叶轮的轮毂风力发电机叶片都要装在轮毂上。轮毂是叶轮的枢纽，也是叶片根部与主轴的连接件。所有从叶片传来的力，都通过轮毂传递到传动系统，再传到风力发电机驱动的对象。对于变桨距风电机组，轮毂内的空腔部分还用于安装变桨距调节机构。同时轮毂也是控制叶片桨距(使叶片作俯仰转动)的所在。轮毂的作用是连接叶片和低速轴，要求能承受大的，复杂的载荷。三角形轮毂，内部空腔小，体积小，制造成本低，适用于定桨距机组。三通式轮毂，主要用于变桨距机组，其形状如球形，内部空腔大，可以安装变桨距调节机构，承载能力大。叶轮的轮毂变桨系统主要由变桨轴承、变桨电机组成。系统的主要作用是：根据风速的变化，旋转叶片的角度，控制风轮的能量吸收，保持风电机组一定的输出功率，提高机组的启动性能和制动性能。通过控制系统将叶片以精细的变桨角度向顺桨方向转动，实现风机