风机各部件的基本介绍

大唐山东风电培训中心风机各部件的基本介绍大唐山东风电培训中心目录•第一部分：各系统部件介绍•第二部分：电控系统功能介绍•第三部分：风机传动系统•第四部分：风机偏航系统及液压系统大唐山东风电培训中心第一部分：各系统部件介绍风轮机舱塔架基础风力发电机组图2-1外观结构组成传动系统液压系统与制动系统发电机控制与安全系统偏航系统风力发电机组图2-2功能实现组成大型风力发电机组从外观结构来说一般由图2-1所示部分组成；从机组各部分所能实现的功能来说一般由图2-2所示部分组成；大唐山东风电培训中心（1）风轮风轮由轮毂和叶片组成，它的作用是将风能转换为机械能，它由气动性能优异的叶片装在轮毂上组成，风轮转子直径随着风力发电机功率的增大而增大。风轮按叶片数可以分为单叶片、双叶片、三叶片和多叶片风轮，其中三叶片风轮由于稳定性好，在并网型风力发电机组上得到广泛应用。按照叶片能否围绕其纵向轴线转动，可以分为定桨距风轮和变桨距风轮。定桨距风轮叶片与轮毂固定连接，结构简单，但是承受的载荷较大。变桨距风轮的叶片与轮毂通过轴承连接。虽然结构比较复杂，但能够获得较好的性能，而且叶片承受的载荷较小，重量轻。大唐山东风电培训中心•轮毂•风力机叶片都要装在轮毂上。轮毂是风轮的枢纽,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,再传到风力机驱动的对象。同时轮壳也是控制叶片桨距(使叶片作俯仰转动)的所在。大唐山东风电培训中心（2）主传动系统传动系统包括主轴、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。有的风力发电机组组将主轴与齿轮箱的输入轴合为一体。大型风力发电机组风轮的转速一般在10~30r/min范围内，通过齿轮箱增速到发电机的同步转速1500r/min（或1000r/min），经高速轴、联轴节驱动发电机旋转。大唐山东风电培训中心主轴在风力发电机组中，主轴承担了支撑轮毂处传递过来的各种负载的作用，并将扭矩转递给增速齿轮箱，将轴向推力、气动弯矩传递给机舱、塔架。主轴前端法兰与轮毂相联接，将风轮的回转运动传递给齿轮箱的低速轴。设计过程中应考虑主轴的轴向力、剪力、弯矩及扭矩，进行强度初步分析计算。主轴的疲劳性能是非常关键的，为此，要注意外形和结构细节设计，如应力卸载槽、表面处理和加工工艺等。大唐山东风电培训中心齿轮箱齿轮箱作为传递动力的部件，在运行期间同时承受动、静载荷。其动载荷部分取决于风轮、发电机的特性和传动轴、联轴器的质量、刚度、阻尼值以及发电机的外部工作条件。风力发电机组齿轮箱的种类很多，按照传统类型可分为圆柱齿轮增速箱、行星增速箱以及它们互相组合起来的齿轮箱；按照传动的级数可分为单级和多级齿轮箱；按照转动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式以及混合式等等。常用齿轮箱形式及其特点和应用见表大唐山东风电培训中心大唐山东风电培训中心大唐山东风电培训中心大唐山东风电培训中心联轴器：大型风力发电机组通常采用浮动用齿式联轴器。齿式联轴器按其外齿的轮齿在齿宽方向的截面形状，常用的是直齿和鼓形齿。直齿加工简单，但允许倾斜角小，一般不大于30’，工作时，容易产生轮齿端部受载，齿面磨损大，强度和寿命较低。鼓形齿，允许倾斜角较大，一般可达2º左右。轮齿受力情况好，浮动灵敏，强度和寿命较高。联轴器有单齿和双齿联轴器。联轴器的倾斜角ω：图2-7联轴器结构原理图中，—被浮动构件的径向位移量；—联轴器的长度。联轴器的定心方式：有外径定心和齿侧定心。齿侧定心有自动定心作用，有利于联轴器的齿间载荷分布。EgL大唐山东风电培训中心（3）发电机发电机将风轮的机械能转换为电能，分为异步发电机和同步发电机两种。异步发电机的转速取决于电网的频率，只能在同步转速附近很小的范围内变化。当风速增加使齿轮箱高速输出轴转速达到异步发电机同步转速时，机组并入电网，向电网送电。风速继续增加，发电机转速也略为升高，增加输出功率。达到额定风速后，由于风轮的调节，稳定在额定功率不再增加。为了减少齿轮箱的传动损失和发生故障的概率，有的风力发电机组组采用风轮直接驱动同步多极发电机，又称无齿轮箱风力发电机组组。其发电机转速与风轮相同而且随着风速变化，风轮可以转换更多的风能，所承受的载荷较小，减轻部件的重量。缺点是这种发电机结构复杂，制造工艺要求很高，需要变流装置才能与电网频率同步，经过转换又损失了能量。大唐山东风电培训中心（4）偏航系统偏航系统是水平轴风力发电机组的不可缺少的组成部分,偏航系统的主要作用有两个：其一是与风力发电机组的控制系统相配合，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；其二是提供必要的锁紧力矩，以保障风力发电机组的安全运行大唐山东风电培训中心偏航系统采用四点球轴承回转环,确保风轮处于正确的风向位置。偏航操作由三个行星齿轮完成,每一个由电力电子控制的电机驱动,这样偏航齿轮的负荷大小均匀。偏航制动由六个液压制动器控制的大盘制动,且每一个偏航齿轮独立制动,整个系统保证偏航控制平滑。当偏航结束,机舱就固定不动,而且偏航齿轮也不承受负荷。偏航系统有两个独立的风向标检测风速并送主计算机,保证风能最佳利用且驱动链应力最小。大唐山东风电培训中心（5）雷电保护风力发电机的塔架一般有圆锥形钢结构和梯形栅格钢结构两种。圆锥形钢结构内部安装楼梯、安全线路、工作平台和照明系统。塔架基础采用地下钢筋混凝土结构。随着塔身高度增加,风轮叶片遭受雷击的概率也增加,必须设计防雷系统。如果风轮或机舱遭受雷击,雷电保护系统会将雷电电流引入接地系统。大唐山东风电培训中心（6）控制系统及安全系统风轮功率控制采用大功率整流逆变控制器,以及有源滤波和无功补偿。信号处理通常有两个独立的计算机或高速数字信号处理芯片。主机在地面控制室的开关柜内,从机设在机舱内。所有来自传感器和变送器的输入信号都由从机汇集和处理,再传送给主机。主机监控风轮所有的运行状态。主机和从机间通过光纤达到可靠快速地交换信息。风力发电机完全实现远程监控,从远程计算机可读取所有风轮数据。安全系统要保证机组在发生非正常情况时立即停机，预防或减轻故障损失，关键部件采用了“失效-保护”的设计原则。大唐山东风电培训中心（7）基础机组基础的设计由塔架基底倾覆力矩决定，对于圆筒型塔架采用的基础结构有厚板块、多桩和单桩形式。（a）平面板块基础；（b）平放基座基础；（c）嵌入式塔架和倾斜板块基础；（d）岩石床打锚基础。大唐山东风电培训中心•各类机型中，变速变距型风电机组控制技术较复杂，其控制系统主要由三部分组成：主控制器、桨距调节器、功率控制器。•主控制器主要完成机组运行逻辑控制，如偏航、对风、解绕等，并在桨距调节器和功率控制器之间进行协调控制。•桨距调节器主要完成叶片节距调节，控制叶片桨距角，在额定风速之下，保持最大风能捕获效率，在额定风速之上，限制功率输出。•功率控制器主要完成变速恒频控制，保证上网电能质量，与电网同压、同频、同相输出，在额定风速之下，在最大升力桨距角位置，调节发电机、叶轮转速，保持最佳叶尖速比运行，达到最大风能捕获效率，在额定风速之上，配合变桨距机构，最大恒功率输出。•小范围内的抑制功率波动，由功率控制器驱动变流器完成，大范围内的超功率由变桨距控制完成。第二部分控制系统功能和控制策略介绍大唐山东风电培训中心主控制器桨距调节器功率控制器桨距角参考值功率参考值变流器电网电功率齿轮箱桨距角发电机大唐山东风电培训中心机组运行工作状态划分及转换4种工作状态：•运行状态•暂停状态•停机状态•紧急停机状态每种状态是一个活动层次，运行状态层次最高，急停状态最低，四种工作状态的主要特征和说明如下：（1）运行状态机械闸松开允许机组并网发电机组自动偏航调向桨距控制系统选择优化工作模式，根据风速状况选择优化的桨距角。液压系统保持工作压力冷却系统自动状态操作面板显示“运行”状态（2）暂停状态机械闸松开液压系统保持工作压力机组自动偏航调向叶片桨距角调到接近全翼展状态叶轮空转或停止冷却系统自动状态操作面板显示“暂停”状态这个状态在调试时很有用，主要用来调试时测试整个系统的功能是否正常。运行暂停停机紧停工作状态转换大唐山东风电培训中心机组运行工作状态划分及转换•（3）停机状态•机械闸松开•叶片处于全翼展状态•液压系统保持工作压力•机组自动偏航调向停止•冷却系统非自动状态•操作面板显示“停机”状态•（4）紧急停机状态•机械闸抱闸•紧急电路（安全链）开启•控制器所有输出信号无效•控制器仍在运行和测量所有输入信号•操作面板显示“紧急停机”状态•当急停电路（安全链）动作时，所有接触器断开，控制器输出的任何信号都无效。这种状态多在手动操作和按下紧急停机按钮时出现。大唐山东风电培训中心大唐山东风电培训中心大唐山东风电培训中心偏航结构及其控制大唐山东风电培训中心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、纽缆保护装置、偏航液压回路大唐山东风电培训中心大唐山东风电培训中心纽缆保护装置偏航计数器大唐山东风电培训中心偏航控制：通过转动风轮使其远离风向，减少功率吸收，它需要偏航驱动系统，轮毂要承受偏航回转力矩，总的来说控制有效、设计简单。驱动偏航、自由偏航或固定式偏航下风向风机采用自由偏航方式，风机象一个大的风向标一样自动跟随风向摆动，不需要驱动装置，可以设计偏航阻尼限制偏航速率。上风向风机一般采用主动偏航方式，驱动系统包括偏航电机、减速机、偏航刹车机构等，这种驱动方式塔架需要承受偏航扭矩。大唐山东风电培训中心偏航控制大多数水平轴风机采用偏航机构旋转风轮顺风，限制功率输出。但这种方法响应速度很慢，原因有：（1）机舱和风轮有很大的惯性力矩；（2）垂直于风轮的风速与偏航角度的变化呈正弦关系，如果偏航角变化10度，功率下降只变化几个百分比，而如果桨距角变化10度，功率下降会很明显。在变速机组上应用主动偏航控制，振风引起的的超功率可以暂时储存在风轮动能里，如果继续超功率，再进行偏航动作，这种设计方法已在Gamma60试验样机上获得成功，偏航最大速率8度/s。大唐山东风电培训中心偏航控制流程大唐山东风电培训中心概要一.传动链布局形式二.传动零部件组成第五部分:风机传动系统大唐山东风电培训中心一.传动链布局形式MY1.5MW两点支撑双排独立的滚珠轴承；只承受扭矩的独立齿轮箱；于机座相联接的独立的发电机；发电机座不传递转子负载；转子负载对齿轮箱只具有很小的冲击作用。大唐山东风电培训中心传动系统大唐山东风电培训中心其它的传动链布局形式（VESTASV80-1.65MW）•三点式支撑单主轴轴承，成本低，传动链缩短。齿轮箱前轴承承受转矩和径向负载，故障率高。大唐山东风电培训中心风机传动系统WINTECWT1650•主轴齿轮箱集成式优点：结构紧凑、重量轻。缺点：齿轮箱可靠性要求高，维护不变。大唐山东风电培训中心风机传动系统•直驱式省去齿轮箱，结构紧凑。技术不成熟，发电机尺寸大，吊装不便。大唐山东风电培训中心风机传动系统•半直驱式齿轮箱传动比小，并与发电机集成，结构紧凑。大唐山东风电培训中心二.传动链组成传动链主要由主轴总成、偏航总成、齿轮箱、联轴器、发电机和机座组成。大唐山东风电培训中心主轴锁紧装置大唐山东风电培训中心主轴材料：42CrMo（常温）34CrNiMo6+QT（寒带）制造：电炉，真空冶炼；加工方法：铸锭；锻造比：最小3.5；锻造精度：2级；严格执行GB/T17107-1997规定，对锻后毛坯进行热处理。大唐山东风电培训中心后轴承座（推力）前轴承座（浮动）轴承座材料有两种1）QT400-18AL2）EN-GJS-350-22U-LT大唐山东风电培训中心主轴轴承球面滚子轴承球面滚子轴承能自动调心，可以承受较大的对中误差大唐山东风电培训中心主轴总成爆炸图大唐山东风电培训中心２、齿轮箱传动比i：100.48额定功率P：1663kW输入转速n:17.4rpm传动方式：二级行星+一级平行大唐山东风电培训中心齿轮箱内部结构图大唐山东风电培训中心其它类型齿轮箱传动方式：一级行星+两级平行大唐山东风电培训中心多级行星差动轮系大唐山东风电