【《某直驱风力机的偏航系统设计案例》2400字】

致谢某直驱风力机的偏航系统设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u26403某直驱风力机的偏航系统设计案例 1294691.1偏航传动系统 1235191.1.2偏航系统主要部件 299111.2变桨系统 6300241.2.1变桨操作装置概述 62491.2.2变桨轴承 6106651.2.3变桨驱动部件 6303321.2.4变桨装置的设计原则 61.1偏航传动系统1.1.1偏航操作装置概述偏航装置是实现风力机正确对风的主要装置。主要作用是调整机舱和风轮，使得它们可以随着风速变化而旋转。当来流风向变化时，风力机通过偏航装置，使得风轮始终可以做到正对风，从而可以获得更大风能，提高风能的利用率。同时，由于机场和风轮整体质量较大，轩装饰会产生很大的惯性力矩，偏航装置还会提供相应的锁紧力矩，保证了风力机的安全运行和安全停机。偏航的操作装置主要的构成部件有，偏航轴承、偏航电机、偏航制动器和偏航计数器等零部件。下图是两种主动偏航装置的设计方案。图1.1机舱与偏航系统分布布局1图1.2机舱与偏航系统分布布局21.1.2偏航系统主要部件图1.3偏航系统的组成1.偏航电机作为偏航系统的动力来源，风力机能否实现偏航，动力是不可或缺的。由于空间的限制，在选用皮偏航电机时都选用转速较高的电机，从而保证设计结构的体积较小。但是对于整体的偏航系统而言，某些情况下旋转的角度是很小的，采用了转速较高的电机之后，就必须采用结构紧凑的大速比减速器，从而实现精确的偏航任务。2.偏航轴承要实现机舱与塔架之间的相对运动，即偏航功能的实现，其中不可或缺的一个部件为偏航轴承。关于偏航轴承的选择，现在已经有相关的标准。可参考机械行业标准JB/T10705-2007进行设计或者选型。（1）结构特征偏航轴承是一种专用轴承，相较于普通轴承，最显著的不同之处在于它的齿轮轮齿。偏航轴承的齿轮轮齿可以实现外啮合或者是内啮合。设计要求轴承回转部分风力机的偏航系统，正常情况下的转速是较低的是较低的是较低的，通常是在10r/min之下的。虽然转速较低，但是因为风力机机舱和风轮等部件产生的各种载荷都是由偏航轴承所承受的，所以对于偏航轴承的承载能力，可靠性等性能的要求很高。2）轴承的齿轮传动部分偏航轴承的齿轮部分发生的主要的失效形式，是轴承轮齿部分的折断和磨损。齿轮的传动方式有三种形式，分别是开式传动，闭式传动和半开式传动。因为偏航轴承的齿轮传动为开式传动，所以更容易发生轮齿的折断和磨损，导致齿轮失效。同时，还需要注意的是它的安装问题，偏航轴承的安装，需要现场安装时，使用与它啮合的小齿轮在现场完成安装，而不能提前安装完成，这就造成了对于齿轮的润滑等一系列不确定性因素的出现。3）偏航轴承的载荷一般情况下，偏航轴承的载荷问题，是在塔架的坐标参考系中进行分析的。轴承构件所承受的总载荷为 Fr= Fa=− M=MxFr和F经上述分析，本次设计中采用的偏航轴承为四点接触球式转盘轴承。图1.4偏航轴承结构轴承的参数：图1.5偏航轴承尺寸参数3.偏航制动器为了保证风力机的安全运行，偏航系统中都设置了偏航制动器。他在偏航系统中的作用是提供必要的锁紧力矩，防止机舱发生不必要的旋转。现如今大多数的偏航制动器都采用的是液压钳盘式制动器。它的主要部件是环状制动盘和制动钳。因为是长时间都是处在工作状态，对于制动盘的材料要求就变得更加严格，比如材料的韧性或者是强度等都有较高的要求，而且规定在风力机的正常使用寿命内，制动盘的主题是不允许出现疲劳或者是断裂等失效形式。现在市面上的偏航制动器的结构形式分为两种，一种是常开式，一种是常闭式。对于制动器的选择，是要根据它的失效形式，做出对应的保护措施后选择。正常情况下，风力机上一般使用的是常闭式的制动结构形式。1.2变桨系统1.2.1变桨操作装置概述变桨的实现，在风力机发出变桨的操作指令后，变桨电机通过齿轮驱动整个叶片旋转，调整叶片的入流角，从而控制风轮转速，调节风力机的输出功率。变桨的范围一般是在0°~90°。1.2.2变桨轴承变桨轴承在变桨系统中，是极其重要的一个部件。无论是传递叶片的载荷还是保证叶片和轮毂的相对运动，都需要变桨轴承的作用。和偏航轴承一样，变桨轴承属于是专用轴承，因为形式较多，时存在标准的，比如我国的的机械行业标准JB/T10705-2007。1.2.3变桨驱动部件现在的变桨形式有两种，一种是采用液压装置的机械变桨，另一种是采用电机驱动的电动变桨。液压变桨的优点是占用体积比较小，在需要变桨时可以提供较大的扭矩，且并不需要多于配备用于变桨操作的减速器，但是，液压装置存在漏油的隐患，而且液压装置中的液压油也会受到温度的影响，在不同温度下，工作情况不同，所以是会有一定的风险。电动变桨随着伺服电机的发展，被大多数的风力机采用，但是相对而言，它的体积就会较为庞大，其中不仅有变桨电机，还有配合变桨电机完成变桨操作的减速器等装置，安装难度也较为大。1.2.4变桨装置的设计原则1.载荷分析对变桨的载荷分析，一般需要根据不同的工况，分情况来进行分析。工况有三种，即正常的设计和外部条件，故障下的设计条件和正常的外部条件，还有一种则是运输、安装维护的设计条件和正常外部条件。对这三种工况下的载荷分析后，还应该考虑风力机在变桨和不变桨两种情况下的载荷，并对这两种载荷进行分析。2.强度分析变桨系统中需要考虑强度的部件是开式齿轮传动副。因为正常风场中的风速，无时无刻不在变化，而为了满足发电机的额定功率输出，就需要时时刻刻进行变桨操作，这样的方式使得变桨系统中的齿轮受力较为严重，会发生齿面磨损的失效形式，因此低于齿轮的强度要求比较高。连接设计变桨系统中的装置是与轮毂相连接在一起的，但是轮毂是随着风轮一直旋转的，旋转产生的惯性力矩是较大的，所以这两者之间的连接是需要特别注意的。对于连接所使用的螺栓的强度等性能都需要做校核，同