风机基础知识介绍-部件

1、目录，第一部分：系统部件介绍，第二部分：电子控制系统功能介绍，第三部分：风机驱动系统，第四部分：风机偏航系统和液压系统，第一部分：系统部件介绍，大型风力发电机组一般由图2-1所示的外观和结构组成。一般来说，它由图2-2所示的各部分组成，就单元的各个部分可以实现的功能而言；(1)风轮由轮毂和叶片组成，其功能是将风能转化为机械能。它由安装在轮毂上的具有优良气动性能的叶片组成，风轮的转子直径随着风力涡轮机功率的增加而增加。根据叶片的数量，风力涡轮机可分为单叶片、双叶片、三叶片和多叶片风力涡轮机。三叶片风力发电机因其良好的稳定性而广泛应用于并网风力发电机。根据叶片能否绕其纵轴旋转，可分为定距风轮和变距

2、风轮。定桨距风力发电机叶片与轮毂固定连接，结构简单，但承载量大。变桨距风轮的叶片通过轴承与轮毂连接。虽然结构复杂，但可以获得更好的性能，叶片承受的载荷更小，重量更轻。轮毂风力涡轮机叶片应安装在轮毂上。轮毂是风轮的轮毂，也是叶根和主轴之间的连接件。来自叶片的所有力通过轮毂传递到传动系统，然后传递到由风力涡轮机驱动的物体。同时，轮壳也是控制叶片螺距(使叶片螺距)的地方。(2)主驱动系统驱动系统包括主轴、齿轮箱和联轴器。轮毂与主轴固定连接，将风轮的扭矩传递给齿轮箱。一些风力涡轮机将主轴与齿轮箱的输入轴结合在一起。大型风力发电机的转子转速一般在1030转/分钟的范围内，由齿轮箱提高到1500转/分钟(

3、或1000转/分钟)的同步转速，由高速轴和联轴器带动发电机旋转。主轴位于风力发电机组中，承担着支撑从轮毂传递过来的各种载荷的作用，并将扭矩传递给增速齿轮箱，将轴向推力和气动弯矩传递给机舱和塔架。主轴前端的法兰与轮毂连接，将风轮的旋转运动传递给变速箱的低速轴。在设计过程中，应考虑主轴的轴力、剪力、弯矩和扭矩，并对强度进行初步分析和计算。主轴的疲劳性能至关重要。因此，应注意形状和结构细节的设计，如应力消除槽、表面处理和加工工艺。作为动力传输部件，变速箱在运行过程中承受动态和静态载荷。其动载荷部分取决于风轮和发电机的特性、传动轴和联轴器的质量、刚度和阻尼值以及发电机的外部工作条件。风力发电机的齿轮箱

4、有很多种，按传统类型可分为圆柱形齿轮箱、行星齿轮箱和组合齿轮箱；根据传动系列，可分为单级和多级变速箱；根据旋转排列，可分为膨胀型、分体型、同轴型和混合型。常用齿轮箱及其特性和应用见表。联轴器：浮动齿联轴器通常用于大型风力涡轮机。根据其外齿在齿宽方向上的齿轮齿的横截面形状，通常使用直齿和鼓形齿。直齿易于加工，但允许的倾斜角较小，一般不超过30。工作时容易造成齿轮齿端受力，齿面磨损严重，强度和寿命低。鼓形齿，允许倾角较大，一般可达2左右。轮齿受力良好，浮动灵敏，强度高，使用寿命长。有单齿联轴器和双齿联轴器。联轴器倾角：图2-7联轴器结构原理，图中浮动件径向位移；耦合长度。联轴器对中方法：外径cen

5、当风速增加，齿轮箱高速输出轴的速度达到异步发电机的同步速度时，机组并入电网向电网送电。随着风速继续增加，发电机转速也略有上升，从而增加了输出功率。达到额定风速后，额定功率不会因风轮的调整而增加。为了减少变速箱的传动损失和故障概率，一些风力涡轮机使用风轮直接驱动同步多极发电机，也称为无齿轮风力涡轮机。发电机的转速与风轮的转速相同，随着风速的变化，风轮可以转换更多的风能，承受更少的负载，减轻部件的重量。缺点是这种发电机结构复杂，制造工艺要求高，需要变频器与电网频率同步，变频后会损失能量。偏航系统是水平轴风力发电机不可缺少的一部分，它有两个主要功能：一是与风力发电机的控制系统配合，使风力发电机的风轮

6、始终处于迎风状态，充分利用风能，提高风力发电机的发电效率；第二是提供必要的锁定扭矩，以确保风力涡轮机的安全运行。偏航系统采用四点滚珠轴承旋转环，确保风轮处于正确的风向。偏航操作由三个行星齿轮完成，每个行星齿轮由电力电子控制的电机驱动，因此偏航齿轮的负载是均匀的。偏航制动由六个液压制动器控制，每个偏航齿轮独立制动。整个系统确保平稳的偏航控制。当偏航结束时，机舱是固定的，偏航齿轮没有加载。偏航系统有两个独立的风向标，用于检测风速并将其发送给主机，以确保风能的最佳利用，并将传动链的应力降至最低。(5)防雷风力发电机塔架一般有两种类型：锥形钢结构和梯形网格钢结构。楼梯、安全线、工作平台和照明系统安装在

7、锥形钢结构内部。塔基采用地下钢筋混凝土结构。随着塔架高度的增加，风力发电机叶片被雷击的概率也增加，因此必须设计防雷系统。如果风力涡轮机或机舱被雷电击中，雷电保护系统会将雷电电流引入接地系统。(6)控制系统和安全系统风轮功率控制采用大功率整流逆变控制器、有源滤波器和无功功率补偿。信号处理通常有两台独立的计算机或高速数字信号处理芯片。主机位于地面控制室的开关柜内，从机位于机舱内。来自传感器和发射器的所有输入信号由从机收集和处理，然后传输到主机。主机监控风轮的所有运行状态。主从机通过光纤可靠快速地交换信息。风力发电机完全实现了远程监控，所有的风力发电机数据都可以从远程计算机中读取。安全系统应确保机组

8、在异常情况下立即停机，以防止或减少故障损失。关键部件采用“故障保护”的设计原则。(7)基础单元的基础设计由塔基的倾覆力矩决定。圆柱塔有厚板、多桩和单桩。(a)平板基础；将基础打平；预埋塔和斜板基础；基岩锚固基础。在各种类型的风力发电机组中，变速变桨风力发电机组的控制技术比较复杂，其控制系统主要由三部分组成：主控制器、桨距调节器和功率控制器。主控制器主要完成机组运行的逻辑控制，如偏航、风力控制、退绕等。并且执行桨距调节器和功率控制器之间的协调控制。桨距调节器主要完成叶片桨距调节，控制叶片桨距角，将最大风能捕获效率保持在额定风速以下，将功率输出限制在额定风速以上。功率控制器主要完成变速和恒频控制，

9、以保证电网的电能质量，并输出与电源g相同的电压、频率和相位小范围内的功率波动的抑制是通过驱动转换器的功率控制器来实现的，而大范围内的超功率是通过变桨距控制来实现的。第二部分是控制系统功能和控制策略的介绍，包括机组运行工作状态的划分和转换，四种工作状态：暂停状态、停机状态和紧急停机状态。每个状态都是一个活动级别，具有最高级别的运行状态和最低级别的紧急停止状态。这四种工作状态的主要特点和解释如下：(1)运行状态下机械制动器的释放，使并网机组的自动偏航和转向桨距控制系统根据风速选择最佳工作模式和最佳桨距角。液压系统保持工作压力。冷却系统的自动状态在操作面板上显示“运行”状态(2)暂停状态。机械制动器

10、松开。液压系统保持工作压力。该装置自动偏航并调整叶片俯仰角，以接近全翼展状态。叶轮空转或停止冷却系统。操作面板上的自动状态显示“暂停”状态。这种状态在调试中非常有用，主要用来测试整个系统在调试过程中是否正常工作。机组运行工作状态的划分和转换，(3)停止状态，机械制动释放叶片处于满量程状态，液压系统保持工作压力，机组自动关闭并停止冷却系统，非自动状态，操作面板显示“停止”状态，(4)紧急停止状态，机械制动保持制动紧急电路(安全链)断开，控制器的所有输出信号无效，控制器仍在运行并测量所有输入信号，操作面板显示“紧急停止”状态，当紧急停止电路(安全链)动作时，所有接触器断开。当按下手动操作和紧急停止

11、按钮时，通常会出现这种状态。偏航结构及其控制、偏航系统的组成、偏航轴承、偏航驱动装置、偏航制动器、偏航计数器、新型电缆保护装置、偏航液压回路、新型电缆保护装置、偏航计数器、偏航控制：通过将风轮转离风向，功率吸收减少，需要偏航驱动系统，轮毂应承受偏航转动力矩，偏航转动力矩一般是可控的。在自由偏航模式下驱动偏航、自由偏航或固定偏航顺风风扇，风扇会像大风向标一样随风向自动摆动，无需驱动装置，偏航阻尼可设计成限制偏航率。逆风风机一般采用主动偏航方式，驱动系统包括偏航电机、减速器、偏航制动机构等。在这种驾驶模式下，塔架需要承受偏航扭矩。偏航控制大多数水平轴风扇使用偏航机构来顺风旋转风轮并限制功率输出。然

12、而，这种方法的响应速度非常慢，原因如下：(1)机舱和风轮具有很大的转动惯量；(2)垂直于风轮的风速与偏航角的变化呈正弦关系。如果偏航角改变10度，功率下降将只改变百分之几，而如果俯仰角改变10度，功率下降将是明显的。主动偏航控制应用于变速装置，由振动风引起的过功率可以暂时存储在风轮的动能中。如果过功率继续，偏航动作将再次执行。该设计方法已成功应用于Gamma 60试验样机，最大偏航角速度为8度/秒。传动链布局2。传动部件组成，第5部分：风扇传动系统，1。传动链布局，MY1.5MW，两点支撑双列独立滚珠轴承；独立齿轮箱仅承受扭矩；与机座连接的独立发电机；发电机座不传递转子载荷；转子载荷对齿轮箱的

13、影响很小。传动系统、其他传动链布局形式(VESTAS V80-1.65MW)、三点支撑、单轴轴承、低成本和缩短传动链。齿轮箱前轴承承受扭矩和径向载荷，故障率高。风扇驱动系统，WINTEC WT1650，集成主轴齿轮箱，优点：结构紧凑，重量轻。缺点：齿轮箱的可靠性高，维护不变。风扇驱动系统，直接驱动型，省略齿轮箱，结构紧凑。技术不成熟，发电机体积大，吊装不方便。风扇驱动系统，半直接驱动型，小齿轮箱传动比，集成2.传动链传动链主要由主轴组件、偏航组件、齿轮箱、联轴器、发电机和机架组成。主轴锁紧装置，主轴，材料：42CrMo(常温)34CrNiMo6 QT(冷区)，制造：电炉，真空熔炼；加工方法：铸

14、锭；锻造比：最小3.5；锻造精度：2级；严格执行GB/T17107-1997，对锻造毛坯进行热处理。轴承座材料有两种：1)Qt 400-18al 2)en-gjs-350-22u-lt，主轴轴承，球面滚子轴承，可自动找正，可承受较大的对中误差，主轴组件、齿轮箱和传动比I: 11的爆炸图。输入速度n: 17.4rpm，传动方式：两级行星平行度，齿轮箱内部结构图，其他类型齿轮箱，传动方式：一级行星平行度，多级行星差动轮系，主轴制动，功能：停机制动。类型：盘式制动器。4.高速联轴器将齿轮箱的输出扭矩和速度传递给发电机的输入端，具有缓冲、阻尼和扭矩限制功能。5。发电机、偏航组件、偏航组件结构图、制动器

15、支架和制动盘、材料：低温球墨铸铁EN-GJS-350-22U-LT常温球墨铸铁QT400-AL、偏航制动器、4.1液压系统在风力涡轮机中的应用、在固定桨距的风力涡轮机中，液压系统主要用于空气动力制动、机械制动和偏航。在变桨距风力涡轮机中，液压系统主要用于控制变桨距机构和机械制动，以及偏航和制动。第四部分：风机的偏航系统和液压系统，风力发电机组常用的液压元件，4.1.1。液压泵(1)液压泵的分类液压泵是一种能量转换装置，用于向液压系统输送压力油，并驱动执行机构做功。根据结构的不同，液压泵可分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵和螺杆泵等。根据额定压力的不同，根据液压泵的输出流量是否可调，可分为低压泵、中压泵

16、、中高压泵、高压泵和超高压泵，又可分为定泵和变量泵，4.1.2液压缸是将输入的液压能转换成机械能的能量转换装置，是液压系统的执行元件，可方便地获得直线往复运动。左图为液压缸模型。4.1.3液压阀根据其功能分为方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀。(1)方向控制阀方向控制阀(简称方向阀)用于控制液压系统的油流方向，连接或断开油路，从而控制执行器的启动、停止或改变运动方向。方向控制阀分为两类：单向阀和换向阀。单向阀，普通单向阀也叫单向阀。它控制油只朝一个方向流动，而不是反方向流动。它由阀体、阀芯和弹簧组成。带控制口的单向阀称为液控单向阀。当控制端口充满压力油时，油也会反向流动，如图所示。换向阀的功能

17、是利用阀芯相对于阀体的运动来控制液体流动的方向，接通或断开油路，从而改变执行机构的运动方向、启动或停止。换向阀有很多种，可分为手动操作、电机操作、电磁操作、液压操作、电液操作等。(2)压力控制阀，用于控制液压系统中的油压或使用压力作为信号来控制执行器和电气部件的动作，称为压力控制阀。这种阀门的共同特点是它的工作原理是作用在阀芯上的油压与弹簧力相平衡。根据压力控制阀在液压系统中的不同功能，可分为溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器等。(3)流量控制阀用于控制液压系统中液体流量的阀门统称为流量控制阀。这取决于改变控制端口的尺寸和调节通过阀的液体流量，以改变致动器的运动速度。(4)电液伺服阀和电液比例阀。电液伺服阀是一种液压控制阀，它根据输入的电信号连续、成比例地控制系统的流量和压力。它将小功率的电信号转换成大功率的液压能，实现对执行器的位移、速度、加速度和力的控制。电液伺服阀