风力发电机整体结构

各种风力发电机垂直风力发电机水平轴风力发电机自动变形双组风叶多层组装式风力发电机概述•当今面对能源和环境领域的各种不同程度的压力，社会各个层次不同职业的每一个人需要做的是提高资源的利用率，同时也降低对自然环境的破坏力度，以创造一个和谐的自然环境，而节能也就成为当今社会的一个永恒的话题。我们不仅仅要在已有的、可以大规模利用的资源方面做文章，更多的是发现、发展新能源，如太阳能、风能、地热能、潮汐能，提高其利用的程度。风力发电也是新能的一个主打，在今后的十年里，中国计划国内的风电容量将达到30000MW。RepowerMM系列风机MM系列风机产品结构1基础2踏筒3机舱4风轮5箱变一、风力发电机的基础•1．风力发电机基础的作用•1．1．用于安装支撑风力发电机组•1．2．平衡风力发电机组在各种工况下所产生的载荷（各方向的力、弯矩、扭矩、疲劳载荷和振动等）。•1．3．保证风机高耸结构安全，运行稳定。•2．工程现场的地质勘察•作为风力发电机组的根基，制定基础设计方案前，需要充分了解研究机位的地质土层情况，物理性能，所处区域地震带设防烈度要求等，对现场工程地质条件作出正确评价。如土层分布情况，物理指标、力学参数等，水文地质情况，地下水位，对混凝土的腐蚀性等，各岩土层的地基承载力推荐值。•3．基础设计满足以下两个条件•3．1．要求作用于地基上的载荷不超过地基的容许应力，保证地基有足够的安全储备•3．2．控制基础的沉降，使其不超过地基容许变形值•4．风电机组基础的种类•风力发电机基础均为钢筋混凝土独立基础，根据风电场工程地质条件和地基承载力和风机载荷的不同分为：天然重力基础和桩基础（本风场选用桩基础）。•天然重力基础：当基础下层土质具有较好的承受能力时，选用天然重力基础。•桩基础：根据地质勘探情况，当基础下层土质承载能力较弱时，选用打桩基础或灌注桩基础。桩基础示意图•5．风机受力情况•机组自身重量Q•风轮产生的正压力P•风载荷•偏航转向扭矩Mn•以上载荷均靠基础予以平衡•当风机正常运行时机组受力情况如图•6．风机机组基础的受力情况（上述荷载在基础上的作用情况）•机组和机组的自重Q和G•倾覆力矩M(由机组自重的偏心、风轮产生的正压力P以及风载荷q的因素产生的合力矩)•扭矩Mn(机组偏航转向时产生的)•剪切力F(由风轮正压力P和风载荷q产生)•风力发电机机组对基础的所产生的载荷主要应考虑机组自重Q和倾覆力矩Mn•7．REpower对风机基础的具体要求•混凝土和钢筋用量（如图）•8．预埋管•布置保护电缆，但同时对基础结构不利，施工时布置均匀相互间留有间距，尽量减少对基础结构的影响。预埋管•9．基础接地环（未附图）•接地规格材料，热镀锌扁钢，宽*厚：30*3.5。基础浇筑•1．风机制造商对风机基础检查项目及依据•1．1．基桩钢筋连接情况，底层、顶层钢筋绑扎情况，基础环锚固穿孔钢筋绑扎情况。•1．2．基础环放置情况（满足塔筒门朝向要求），浇筑前、后基础环上法兰水平度圆度测量值。•1．3．预埋管放置尺寸及弯曲半径、接地系统布置等。•1．4．混凝土浇筑情况。•1．5．混凝土基础与基础环防腐密封情况。•1．6．其余按国家现行建筑施工和监理质量验收标准和规范进行，并请提供施工、监理全过程的质量检查记录、验收记录和施工监理报告。•2．钢筋绑扎前的准备•2．1．桩检合格•a.单桩承载力竖向抗压、抗拔静载试验和水平承载力试验合格•b.桩位偏差合格（1/3D）•c.桩头清理（油污，砼碎块）•2．2．钢筋检验•a．出厂合格证•b．复检合格证明•c．.钢筋机械连接抗拉试验合格证明•d．表面清理•2．3．基础环的检验和固定•a．基础环合格证明，外观检查•b．基本尺寸的现场检验（L法兰）•c．基础环的吊运固定（起重机械120t吊车,d4000）•d．基础环固定与塔筒门间的关系（盛行风向）•2．4．钢筋绑扎的注意要点•a．不得焊接，优先机械连接（25%）•b．机械连接牢固可靠，尤其环形筋（套筒满足国标要求）•c．搭接长度满足图纸要求，需要重点检查•d．重点检查基础环加强筋12号筋，穿孔筋21号筋3.混凝土的浇筑3.1混凝土的浇筑1.隐蔽工程的验收a.钢筋绑扎验收b.预埋管的保护c.基础环的再次调整及保护（止水条）d.接地系统的检查e.模板检查d.杂物清理•3．2．浇筑前的准备•a．原材料检验合格•b．机械设备和工具(罐车、泵车、发电机、振捣棒、照明、覆盖物等）•c．各岗位技术交底•d．应急预案（天气情况、设备工具等）•3．3．浇筑中的注意事项•a．浇筑时间（12-14h,40min)•b．基础环水平度的测量（专人测量）•c．基础环周围振捣到位，减少磕碰•d．坍落度测量和试块制做•e．浇筑完成后，砼顶面压光，便于防腐施工•f．基础环排水孔畅通，清理法兰表面•g．文明施工•3．4．养护及回填•a．及时覆盖养护（淡水）•b．混凝土温度控制（25℃）•c．拆模后的检查（表面缺陷的处理）•d．接地扁铁施工•e．混凝土表面防腐，满足施工条件•d．回填夯实（18kN/m3）•f．基础环水平度及圆度测量二、风力发电机的塔架（塔筒）•1．风力发电机塔架的作用•1．1．作为风力发电机支撑承载部件，有足够的强度刚度承受各工况下的载荷。•1．2．电力输送载体和设备及人员的保护体。•1．3．使风机更加美观。•2．REpower风机塔架简介•风机塔架设计为锥形、圆筒式钢塔筒，依据轮毂高度和特殊的塔架设计由三段组成，如图。每个塔筒均具有一个允许经许可人员进入到塔筒底部的可上锁的门，内部有一个符合欧洲安全标准的爬梯可到达机舱且装有防跌落保护系统。底部塔筒设计有通风装置以保证塔架内部空气流通。塔架的每一段都设置有平台和照明灯以供休息或在紧急情况时提供保护。一旦掉电，用于应急照明系统的蓄电池可以确保安全撤离风机。同时在各平台安全的位置还装设有安全电压的照明插座和使用电动工具的电源插座。•3．载荷工况•风机塔架承受载荷不得超过限制状态，各类工况根据当地气象资料和安装场地类型确定。各等级风机基本参数规定如下表•4．风机设计载荷工况分类•4．1．惯性力和重力载荷•作用于风电机组的静态和动态载荷，由振动、旋转、地球引力及地震的作用产生•4．2．空气动力载荷•由气流与风机的固定或运动旋转相互作用引起•4．3．运行载荷•由风机操作和控制产生。•4．4．其他载荷•如波动载荷、尾流载荷、冲击载荷等•5．REpower风机塔架材料•塔架常用材料为低合金高强度结构钢Q345D、Q345E，该材料具有韧性高，低温性能好，焊接性能好等特点。（本风机塔筒采用Q345D钢结构）•6．REpower风机塔架的防腐•由于风力发电机通常安装于荒野、高山、海边，承受日晒雨淋、强紫外线、沙尘和盐雾。表面防腐至关重要。防腐涂层设计寿命大于15年，漆膜坚硬耐磨附着性好，耐候性、耐水性好。•7．风机塔架制造允许偏差•要求允许偏差主要包括法兰平面度，圆度，塔筒法兰与轴线垂直度等三、风力发电机机舱部分•风机根据不同的分类标准，存在以下分类：•水平轴与垂直轴•离网与并网•定速与变速•阻力与升力•叶片数量（三叶片）•上风向与下风向•定桨距与变桨距•有齿轮箱与直驱•自由式与主动式•电动变桨与液压变桨•机舱由底盘和机舱罩组成。•机舱内通常布置有偏航系统、传动系统、制动系统、发电机、控制系统。机舱的组成机舱偏航系统•风机的偏航系统也称为对风装置，是上风向水平轴式风力机不可少的组成系统之一，而下风向风力机的风轮能自然地对准风向，因此一般不需要进行调向对风控制。风机偏航系统分类•风机偏航系统分为主动偏航系统和被动偏航系统，而MM82风机采用的是主动偏航系统，它指的是采用电力或液压拖动来完成对风动作的偏航方式。风机偏航系统的作用•与风力发电机组的控制系统相互配合，使风力发电机组的风轮始终处于迎风状态，充分利用风能，提高风力发电机组的发电效率•提供必要的锁紧力矩，以保障风力发电机组的安全运行风机偏航系统的组成•偏航系统由风向标传感器、偏航轴承、偏航驱动电机、偏航制动器、扭缆保护装置等几个部分组成。风向标传感器•MM82风机有两个待加热的风速计安装在气象塔上。气象塔被接地并具有围绕风速计的雷电捕获回路。•风机同样具有一个带加热的风向标安装在气象塔上。它具有360°的绝对度量范围。风向标传感器的作用•作为感应元件，对应每一个风向都有一个相应的脉冲输出信号，通过偏航系统软件确定其偏航方向和偏航角度，风向标将风向的变化用脉冲信号传递到偏航电机的控制回路的处理器里，经过偏航系统调节软件比较后处理器给偏航电机发出顺时针或逆时针的偏航命令，为了减少偏航时的陀螺力矩，电机转速将通过同轴连接的减速器减速后，将偏航力矩作用在回转体大齿轮上，带动风轮偏航对准风向，当对风完成后，风向标失去电信号，电机停止工作，偏航过程结束。偏航轴承•偏航轴承的轴承内、外圈分别与机组的机舱和塔体用螺栓连接。轮齿可采用内齿或外齿形式。外齿形式是轮齿位于偏航轴承的外圈上，内齿形式是齿轮位于偏航轴承的内圈上，齿合受力效果较好，结构紧凑。MM82型风机的偏航轴承采用的是外齿形式。偏航驱动电机•偏航驱动由4个交流电压400V的电动机组成，偏航速率达到0.5°∕s。偏航制动器及偏航液压装置•偏航制动器主要由10个安装于偏航轴承上的液压制动卡钳和1个制动盘组成。•a.制动卡钳由制动钳体和制动衬块组成。制动钳体一般采用高强度螺栓连接，用经过计算的足够的力矩固定于机舱的机架上。•b.制动盘位于塔架或塔架与机舱的适配器上，一般为环状。偏航制动器作用•采用齿轮驱动的偏航系统时，为避免因振荡的风向变化而引起偏航轮齿产生交变的载荷，应采用偏航制动器（或称偏航阻尼器）来吸收微小的自由偏转振荡，防止偏航齿轮的交变应力引起齿轮过早损伤。偏航液压装置作用•主要是通过液压站对制动卡钳进行拖动，从而控制制动卡钳的松开或锁紧。解缆和扭缆保护装置•安装解缆和扭缆保护装置的必要性：•解缆和扭缆保护是风力发电机组的偏航系统所必须具有的主要功能。大多数风力发电机输出功率的同轴电缆在风力机偏航时一同旋转，为了防止偏航超出而引起的电缆旋转，应在偏航系统中设置与方向有关的计数装置或类似的程序对电缆的扭绞程度进行检测，该检测装置在电缆达到规定的扭绞角度前发解缆信号。偏航系统的解缆分为初级解缆和终极解缆。初级解缆是在一定的条件下进行的，一般与偏航圈数和风速有关。•扭缆保护装置的作用：•在偏航系统的偏航动作失效后，电缆的扭绞达到威胁机组安全运行的程度而触发该装置，使机组进行紧急停机。一般情况下，这个装置是独立于控制系统的，一旦这个装置被触发，则机组必须进行紧急停机。•扭缆保护装置组成：•一般由控制开关和触点机构组成，控制开关一般安装于机组的塔架内壁的支架上，触点机构一般安装于机组悬垂部分的电缆上。当机组悬垂部分的电缆扭绞到一定程度后，触点机构被提升或被松开而触发控制开关。正常运行时，如机舱在同一方向偏航累计超过3圈时，则扭缆保护装置动作，执行解缆。当回到中心位置时解缆自动停止。偏航解缆偏航系统工作原理：•风向标作为感应元件，对应每一个风向都有一个相应的脉冲输出信号，通过偏航系统软件确定其偏航方向和偏航角度，风向标将风向的变化用脉冲信号传递到偏航电机的控制回路的处理器里，经过偏航系统调节软件比较后处理器给偏航电机发出顺时针或逆时针的偏航命令，为了减少偏航时的陀螺力矩，电机转速将通过同轴连接的减速器减速后，将偏航力矩作用在回转体大齿轮上，带动风轮偏航对准风向，当对风完成后，风向标失去电信号，电机停止工作，偏航过程结束。传动系统•叶轮产生的机械能由机舱里的传动系统传递给发电机，风力机的传动系统一般包括低速轴、高速轴、齿轮箱、联轴器和一个能使风机在紧急情况下停止运行的刹车机构等。齿轮箱•齿轮箱（南京高速齿轮制造有限公司）用于增加叶轮转速，从20~50r/min增速到1000~1800r/min，驱动发电机。齿轮箱采用行星斜齿平行轴式。齿轮传动比为105.5：1，轴线倾斜度为5°，转动时按顺时针方向转动。联轴器•它主要连接发电机、齿轮箱和风轮，当风力带动风轮转动时，联轴器