风力发电理论及整机基础知识课件

SL1500风力发电机组

整机基础知识1SL1500风力发电机组

整机基础知识1课程内容整机机械传动

叶轮

齿轮箱

联轴器制动器

偏航系统

塔筒2课程内容整机机械传动

叶轮

齿轮箱

联轴器制辅助系统，例如润滑、显示、照明等控制系统原动机部分执行部分传动部分机器的组成？3辅助系统，例如润滑、显示、照明等控制系统原动机部分执行部分传第一篇整机机械传动4第一篇整机机械传动4一.风力发电理论原理叶轮吸收风能转化为机械能发电机将机械能转化为电能风能机械能电能变压器升压后输送至电网5一.风力发电理论原理叶轮吸收风能转化为机械能发电机将机械能转风力发电机组的功率曲线D：叶轮直径

：功率系数，一般在0.2—0.5之间，最大为0.593

：机械效率：发电机效率

6风力发电机组的功率曲线D：叶轮直径6风力发电机组立轴式水平轴式7风力发电机组立轴式水平轴式7立轴风力发电机水平轴风力发电机采用阻力效应作为驱动力不依赖风向对风向依赖大机器部件在基础底上，便于维修高空维修难度大叶片自重影响小叶片自重产生交变负荷对叶片寿命产生决定性影响低风下叶片不会自己启动达到切入风速机组即启动地面到风轮中心点的距离很小，减少了发电量轮毂中心高度可灵活掌握拉索产生振动问题，减振成本高没有拉索，塔筒振动小利用叶片角度来进行功率调节的可能性很小可调节叶片角度8立轴风力发电机水平轴风力发电机采用阻力效应作为驱动力不依赖风水平轴风力发电机组9水平轴风力发电机组9二.风力发电机组组成兆瓦级的大型风力发电机组包括四个部分：叶轮机舱塔架基础10二.风力发电机组组成兆瓦级的大型风力发电机组包括四个叶片轮毂一.叶轮三.SL1500风力发电机组概述

叶轮又叫风轮，是获取风中能量的关键部件，由叶片和轮毂组成。分变桨距风轮和定桨距风轮。叶轮的作用是将风能转化为机械能。11叶片轮毂一.叶轮三.SL1500风力发电机组概述 叶二.机舱小型风电机组：主要是发电机大型风电机组：齿轮箱、发电机、偏航、制动器联轴器、风速风向仪等主要部件。12二.机舱小型风电机组：主要是发电机12小机型风电机组：塔杆大型风电机组：钢结构，有锥形筒体和桁架式结构。三.塔架13小机型风电机组：塔杆三.塔架13小型风电机组：用螺栓将底座固定于地面或其它地点。大型风电机组：钢筋混凝土结构，设置接地、排水系统

四.基础14小型风电机组：用螺栓将底座固定于地面或其它地点。四.基础1叶轮直径尺寸分类：SL1500/61SL1500/70SL1500/82 SL1500/77机型环境温度分类：常温型：生存温度：-25℃~+45℃运行温度：-15℃~+45℃低温型：生存温度：-45℃~+45℃运行温度：-30℃~+45℃SL1500系列风电机组分类15叶轮直径尺寸分类：SL1500/61SL1500系列风电机组技术参数单位SL1500/70SL1500/61SL1500/83SL1500/77额定功率kW1500150015001500切入风速m/s3约3.533切出风速m/s25252020额定风速m/s121410.511叶轮直径m70.460.98377.4轮毂高度m65/70/80657065/70/80/100平均风速m/s8.510.138.57.5/8.5生存风速m/s59.58052.5/59.552.5/59.5转速范围rpm11.5-21.211-229.7-199.8-18.3额定转速rpm20.120.117.417.4风机类型IECⅡ/抗台风型超IECⅠIECⅢIECⅢ/IECⅡSL1500系列风力发电机组基本参数16技术参数单位SL1500/70SL1500/61SL1500SL1500风力发电机组机舱内部简图17SL1500风力发电机组机舱内部简图17SL1500风力发电机组由传动系统、偏航系统、液压系统与制动系统、发电机、控制与安全系统等组成。传动系统组成：主传动：（轮毂）主轴齿轮箱联轴器（发电机）制动系统组成：空气动力制动、机械制动18SL1500风力发电机组由传动系统、偏航系统、吸收风能增加转速减小扭矩产生电能补偿轴向偏差四.SL1500系列风电机组主传动19吸收风能增加转速产生电能补偿轴向偏差四.SL1500系列风电第二篇叶轮20第二篇叶轮20一.叶片数量：三只作用：机组吸收风能的部件主要材料：玻璃钢改变叶片迎角可实现功率调节——变桨系统叶片的工作位置：在90度迎角时21一.叶片数量：三只改变叶片迎角可实现功率调节——变桨系统21现场照片22现场照片22车间照片23车间照片23SL1500系列风电机组叶片参数型号SL1500/61SL1500/70SL1500/77SL1500/83重量（吨）约5约5.95.7～5.9约6.4长度（米）29.253437.3，37.5，3840.25重心距叶片根部距离（米）约6.6约11.25约11.3约13.5524SL1500系列风电机组叶片参数型号SL1500/61SL1风力发电机组的气动基础二维翼型气体流动情况上翼面静压值小于下翼面静压值，形成了升力、阻力、力矩等气动力。25风力发电机组的气动基础二维翼型气体流动情况上翼A：叶片前缘B：叶片后缘AB：翼弦，用t表示α：冲角δ：翼型厚度f：翼型的弯度叶片翼型几何定义26A：叶片前缘B：叶片后缘C点：压力中心点R：叶片翼型剖面受到的合力Ry：垂直于来流方向的分力Rx：平行于来流方向的分力叶片受力分析27C点：压力中心点叶片受力分析27Cl：升力系数Cd：阻力系数叶片升阻力系数与冲角的关系升阻力系数28Cl：升力系数叶片升阻力系数与冲角的关系升阻力系数28叶片的最大升阻比斜率=升力与阻力之比最大升阻比cotε=

Cl/

Cd叶片系数与阻力系数的关系29叶片的最大升阻比斜率=升力与阻力之比叶片系数与阻力系数的关系风电机组对叶片的要求比重轻且具有最佳的疲劳强度和机械性能，能经受暴风等极端恶劣条件和随机负荷的考验；叶片的弹性、旋转时的惯性及其振动频率特性曲线都正常，传递给整个发电系统的负荷稳定性好；耐腐蚀、紫外线照射和雷击的性能好；发电成本较低，维护费用最低。

30风电机组对叶片的要求比重轻且具有最佳的疲劳强度和机械性能，能叶片技术发展——材料木制叶片及布蒙皮叶片

钢梁玻璃纤维蒙皮叶片

铝合金等弦长挤压成型叶片

玻璃钢复合叶片

碳纤维复合叶片

31叶片技术发展——材料木制叶片及布蒙皮叶片31叶片技术发展——尺寸32叶片技术发展——尺寸32叶片技术发展——数量三叶片外形美观性轮毂所受力和力矩空气动力平衡性噪声振动价格双叶片单叶片33叶片技术发展——数量三叶片外形美观性双叶片单叶片33二.轮毂主要零部件：滑环雷电保护爪轮毂罩楔形盘导流帽加油嘴分隔壁变桨电机滑环变桨控制柜轮毂（铸钢件）变桨轴承各种限位开关、撞块等功能：固定叶片，连接齿轮箱。叶片受力后，带动轮毂顺时针旋转，即将风能转化为机械能。34二.轮毂主要零部件：功能：34轮毂变桨电机轮毂罩分隔壁导流帽轮毂主要结构轮毂变桨控制柜变桨限位撞块变桨接近开关缓冲器极限工作位置开关极限工作位置撞块35轮毂变桨电机轮毂罩分隔壁导流帽轮毂主要结构轮毂变桨控制柜变桨轮毂受力情况固定轮毂常用于三叶片叶轮一般采用圆锥体型式上半圈时，叶片离心力和轴向推力的合力K和叶片轴向重合由于推力Su＜S0，离心力Fu>F0，所以下半圈时，合力K并不停在叶片轴向上。36轮毂受力情况固定轮毂上半圈时，叶片离心力和轴向轮毂受力情况铰链式轮毂常用于两叶片叶轮半固定式轮毂，铰链轴与叶片长度方向及叶轮轴两两垂直37轮毂受力情况铰链式轮毂37第三篇齿轮箱38第三篇齿轮箱38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39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装配位置40装配位置40一.风电机组中齿轮箱的特点环境条件恶劣：风大、砂尘、盐雾、潮湿、高温、严寒工作条件复杂：风速风向多变、强阵风、高空无人值守要求高可靠性、高效率、高安全性要求工作寿命长：二十年（175200小时）输入输出速比大加工制造要求高41一.风电机组中齿轮箱的特点环境条件恶劣：41二.风电机组中齿轮箱的结构原理传动比：为获取更多风能希望风轮直径大些，又受叶尖速度过大的制约；为减轻发电机重量又希望发电机转速再高些。——通常在50～100左右。齿轮：使用寿命长和高可靠性要求；运转平稳、振动小、噪音低的要求——要采用硬齿面斜齿轮传动。远程监控配置：高空、无人值守——必须有远程监控配置，如设置转速、油温等传感器。42二.风电机组中齿轮箱的结构原理传动比：42三.SL1500风电机组齿轮箱结构43三.SL1500风电机组齿轮箱结构43行星机构行星机构的几种应用方式行星减速机构44行星机构行星机构的几种应用方式行星减速机构444545型号SL1500/61SL1500/70SL1500/77SL1500/83主要结构二级行星，一级平行轴传动比≈90≈90≈104≈104额定驱动功率（kW）1700旋转方向（迎向叶轮）顺时针空转（rpm）0～3润滑方式：飞溅润滑+压力润滑SL1500系列风电机组的齿轮箱参数46型号SL1500/61SL1500/70SL1500/77S齿轮箱的减噪装置齿轮箱的重量约占机舱重量的1/2，而且当风机运转时，齿轮箱会产生振动。为减小振动对其它部件的不利影响，齿轮箱与主机架之间增加了减振元件。47齿轮箱的减噪装置齿轮箱的重量约占机舱重量的1结构特点主轴内置于齿轮箱的内部，不需要现场主轴对中；主轴轴承采用稀油润滑，效果更好；采用两极行星、一级平行轴机构传动，提高了速比，降低了齿轮箱的体积；采用先进的润滑与冷却系统，使每个润滑点都可以得到充分的润滑，确保了齿轮箱的使用寿命。48结构特点主轴内置于齿轮箱的内部，不需要现场主轴对中；48四.齿轮箱上的附件1.转子锁（叶轮锁）：

数量：一套位置：齿轮箱的前端作用：锁定风轮，确保机组处于安全状态。控制方式：手动49四.齿轮箱上的附件1.转子锁（叶轮锁）：492.雷电保护装置：数量：三组位置：齿轮箱前端连接轮毂处作用：将叶轮上的电流传导到齿轮箱的机体上，再通过接地线将电流倒入大地，以保护机组。控制方式：不需控制502.雷电保护装置：503.加热器：数量：六个（两组，每组一个备用）位置：齿轮箱的前部和后部作用：当齿轮箱工作环境温度较低时，加热器对齿轮箱润滑油进行加热，以确保齿轮箱内部的润滑油保持在一定的粘度范围。控制方式：系统自动控制513.加热器：514.Pt100（温度传感器）：数量：三个（油温、轴承各一个，备用一个）位置：齿轮箱后部右侧和上方作用：监控油温和高速端轴承温度，确保机组的安全控制方式：系统自动控制524.Pt100（温度传感器）：525.液位传感器：数量：一组位置：齿轮箱左后方作用：监控对齿轮箱内部润滑油的油位，当油位低于系统设定值时，系统会自动发出报警。通过观油窗可以观察润滑油的状态（如颜色、油位高度、油质等情况）。控制方式：不需控制535.液位传感器：536.空气过滤器：数量：一个位置：齿轮箱上部作用：它可以保证齿轮箱内部的压力稳定，防止外部杂质进入齿轮箱内部控制方式：不需控制546.空气过滤器：54五.油冷系统齿轮箱的冷却、润滑——油冷系统功能：为齿轮箱润滑冷却齿轮油加热齿轮油55五.油冷系统齿轮箱的冷却、润滑——油冷系统55润滑冷却系统对齿轮和轴承的保护作用：减小摩擦和磨损，具有更高的承载能力，防止胶合。吸收冲击和振动。防止疲劳点蚀。冷却、防锈、抗腐蚀。SL1500机组的齿轮箱采用飞溅润滑+加压润滑方式，此种方式可以起到更好的润滑作用。56润滑冷却系统对齿轮和轴承的保护作用：SL15主要部件：齿轮箱油冷泵、过滤器温度传感器油冷风扇、加热器连接管路及单向阀过滤器有两级滤网：精滤和粗滤57主要部件：57油冷系统工作原理油冷泵通过△/Ｙ连接方法的转换，完成低速/高速的转换；当油温继续升高时，启动高速油冷泵的同时，启动油冷风扇，使油温达到更好的冷却效果。齿轮油温度大于5℃，风机运行45℃以下，润滑效果大于45℃，小于55℃，油冷泵冷却效果大于55℃油冷风扇启动，小于50℃油冷风扇停止齿轮油温度高于75℃，则限制功率，高于80℃故障停机58油冷系统工作原理油冷泵通过△/Ｙ连接方法的转主轴外置的风电机组59主轴外置的风电机组59直驱式风电机组叶轮发电机偏航系统60直驱式风电机组叶轮发电机偏航系统60第四篇联轴器制动器61第四篇联轴器制动器61装配位置62装配位置62一.联轴器联轴器作用：作为一个柔性轴，它补偿齿轮箱输出轴和发电机转子的平行性偏差和角度误差。为了减少传动的振动，联轴器需要有振动和阻尼。阻抗：≥100M承受电压：2kV作用：这将防止寄生电流通过联轴器从发电机转子流向齿轮箱输出轴。63一.联轴器联轴器作用：63制动器作用：制动器是一个液压动作的盘式制动器，用于机械刹车制动。二.制动器64制动器作用：二.制动器64制动器工作原理制动器将作用于制动钳上的夹紧力转换成制动力矩施加在制动盘上，使制动盘停止转动或在停机状态下防止松动(停机制动)。65制动器工作原理制动器将作用于制动钳上的夹紧力转1.应确保制动器已经工作过5-10次。2.用塞尺检测制动盘和闸垫之间间隙。制动器间隙检测66制动器间隙检测66制动器具有自动闸瓦调整功能，也就是说当闸瓦磨损时不需要手动调整制动器。用标尺检查制动器衬垫的厚度，如果其磨损量超出5mm(闸瓦剩余厚度小于27mm)，则必须更换制动器闸垫。67制动器具有自动闸瓦调整功能，也就是说当闸瓦磨损刹车系统位于齿轮箱高速端与低速端的比较低速轴上高速轴上优点高可靠刹车直接作用在风轮上刹车力矩小刹车力矩不会变成齿轮箱载荷齿轮箱可带集成风轮支撑缺点刹车力矩很大刹车力矩对齿轮箱有载荷冲击多数要采用非集成风轮支撑的齿轮箱安全性差68刹车系统位于齿轮箱高速端与低速端的比较低速轴上高速轴上优点高（1）空气动力制动——叶片受力自动停机（2）机械制动——叶轮锁制动——制动器制动制动系统69（1）空气动力制动制动系统69三.发电机对中为保证联轴器的使用寿命，必须每6个月进行一次同轴度检测。轴的平行度误差：±0.2mm同轴度检测设备：激光对中仪。调整方法：调整发电机的位置70三.发电机对中为保证联轴器的使用寿命，必须每6竖直方向误差的调整：用液压千斤将发电机顶起一定高度后，通过调整发电机减振器上的调整螺母来调整发电机的高度，从而配合齿轮箱的输出轴。水平方向误差的调整：拆下发电机减振器安装螺栓，将发电机调整工装安装在减振器安装螺栓上，拧紧工装上的螺栓，通过调节减振器的位置来调整发电机的水平位置。71竖直方向误差的调整：71第五篇偏航系统72第五篇偏航系统72装配位置73装配位置73偏航系统功能：改变机舱朝向以实现对风、解缆保护主要部件：偏航大齿圈侧面轴承滑垫保持装置滑动衬垫偏航驱动装置圆弹簧即调整螺栓偏航计数器风速风向仪74偏航系统功能：改变机舱朝向以实现对风、解缆保护74偏航驱动装置侧面轴承偏航大齿圈滑垫保持装置75偏航驱动装置侧面轴承偏航大齿圈滑垫保持装置75偏航大齿圈通过高强度螺栓与塔架紧固在一起，上下面与滑动衬垫配合。四个偏航小齿轮与偏航大齿圈啮合并围绕着它旋转，从而带动整个机舱旋转。

表面经过氮化、淬火处理。76偏航大齿圈通过高强度螺栓与塔架紧固在一起，上侧面轴承塔筒偏航大齿圈侧面轴承77侧面轴承塔筒偏航大齿圈侧面轴承77滑动衬垫：是特殊材料制作的圆形垫片，具有自润滑的功能，在滑动过程中滑动垫片产生润滑物质，无需加注润滑油。圆弹簧：放在定位销上的，每个定位销共有8个圆弹簧，分两组背靠背放置。侧面轴承：共6个（前侧2个，后侧4个）。有5个沉孔，用于放置定位销、圆形弹簧和压板。78滑动衬垫：侧面轴承：78滑垫保持装置：后侧有四个滑垫保持装置，如图（左），前侧有两个滑垫保持装置，如图（左），凹槽用于粘结滑动垫片。79滑垫保持装置：79偏航驱动装置数量：4个结构：偏航电机：内部有温度传感器，控制绕组温度偏航齿轮箱：行星式减速机偏航小齿轮80偏航驱动装置数量：4个80风速风向仪风电机组对风的测量是由风速风向仪来实现的。81风速风向仪风电机组对风的测量是由风速风向仪来实现凸轮计数器82凸轮计数器82第六篇塔筒83第六篇塔筒831.获得较高且稳定的风速，即让风轮处于风能最佳的位置。2.给风轮及主机（机舱）提供满足功能要求的、可靠的固定支撑。3.提供安装、维修等工作的平台。一.塔筒的作用841.获得较高且稳定的风速，即让风轮处于风能最佳的位置。一.塔架有张线支撑式和悬臂梁式两种基本形式。塔架所用的材料可以是木杆、铁管或其它圆柱结构，也可以是钢材做成的桁架结构。a、张线支撑式b、悬臂梁式c、桁架式及塔架的主要受力情况二.塔架的主要形式85塔架有张线支撑式和悬臂梁式两种基本形式。塔架所用使所用的风轮捕获尽可能多的风能；满足所处的工况（从强度方面考虑）；成本。目前大型风力发电机组所用的塔架主要为锥形钢制塔架。华锐风电目前所用的塔架为锥形钢制塔架。塔筒的设计思想86塔筒的设计思想86塔筒高度限制塔筒越高，轮毂中心高度处风力越大，发电量也越高，但并不能无限制增加高度。塔筒增高，塔筒费用也相应提高，两者存在费用比。87塔筒高度限制塔筒越高，轮毂中心高度处风力越大，三.SL1500机组塔筒目前华锐风电所用塔架（以轮毂中心高计算）主要为：65米、70米、80米、100米以运行的环境温度划分有：低温型（-40ºC）常温型（-20ºC）88三.SL1500机组塔筒目前华锐风电所用塔架塔筒段参数65m70m80m上段塔筒顶部法兰外径m2.72.72.7高度m22.424.324.1中段塔筒中上高度m22.424.224中下高度m

16.8下段塔筒高度m17.618.912.5底法兰外径m444.3基础环高度m1.91.91.9合计高度(不含基础环)m62.467.477.4重量（含附件）吨115125169主要参数89塔筒段参数65m70m80m上段塔筒顶部法兰外径m2.塔筒的结构90塔筒的结构90塔筒主要零部件法兰平台塔筒内平台分布数量轮毂高度65m70m80m上段塔架222中段塔架中上111中下1下段塔架222合计55691塔筒主要零部件法兰平台塔筒内平台分布数量轮毂高度65m塔筒门灭火器底部控制柜梯子照明灯（包括应急灯）避雷装置法兰及高强度螺栓92塔筒门92动力电缆电缆吊挂装置电缆改向装置（马鞍桥）电缆夹93动力电缆93塔筒的高强度螺栓连接螺栓上的字符：字母表示生产厂家的简称，比如CA是一汽标准件厂的简写。

下面的数字表示螺栓的强度等级,圆点前的数字表示螺栓的抗