情境一任務(wù)一風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)認(rèn)知

《風(fēng)電機(jī)組檢測(cè)與維護(hù)》劉什么要發(fā)展風(fēng)力發(fā)電？

（1）化石能源有限，發(fā)展風(fēng)電有利于提高中國能源供應(yīng)的安全性（2）風(fēng)能儲(chǔ)量大、廣泛，發(fā)展風(fēng)電是解決中國能源供應(yīng)不足的有效途徑（3）風(fēng)電清潔，發(fā)展風(fēng)電是減排溫室氣體排放的有效途徑.(京都議定書簽訂后，CDM機(jī)制）（4）發(fā)展風(fēng)電可以促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，并拉動(dòng)機(jī)電制造業(yè)發(fā)展及解決就業(yè)。（如：丹麥）但到目前為止，風(fēng)電市場仍然是政策主導(dǎo)的市場2003年5月27日，歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)和綠色和平組織的環(huán)境組在布魯塞爾發(fā)布一項(xiàng)報(bào)告《風(fēng)力12》，這個(gè)戰(zhàn)略性藍(lán)圖勾畫出目前價(jià)值70億歐元的風(fēng)能工業(yè)如何能在2020年增值為750億歐元。到2020年，風(fēng)力發(fā)電將在全球電力市場中占12%。全世界風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量將達(dá)到12.31億千瓦（123100萬千瓦），創(chuàng)造1.79億個(gè)就業(yè)機(jī)會(huì)，使發(fā)電成本降低40%，并累計(jì)減排二氧化碳1092.1萬噸。長達(dá)52頁的《風(fēng)力12》研究報(bào)告詳細(xì)論證了如何實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電的美好前景。中國風(fēng)能資源豐富國家氣象局依據(jù)分布在中國各地10米高氣象測(cè)風(fēng)儀數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：－陸地約有2.53億千瓦年電量5000億千瓦時(shí)海上初步估計(jì)可開發(fā)約7.5億千瓦合計(jì)約10億千瓦（2004年全國電力總裝機(jī)4.4億千瓦）其中內(nèi)蒙和新疆占中國風(fēng)資源的約70－80％中國風(fēng)資源分布風(fēng)電項(xiàng)目箱式變電（升壓）變電站超高壓輸電風(fēng)機(jī)（降壓）變電站用戶不包含升壓變電站的項(xiàng)目包含升壓站的項(xiàng)目風(fēng)電項(xiàng)目成本構(gòu)成在中國，風(fēng)電項(xiàng)目的固定資產(chǎn)投資構(gòu)成比例國際大型風(fēng)機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

——技術(shù)水平不斷提高風(fēng)力發(fā)電單機(jī)容量由1980年的30千瓦上升到2005年的5兆瓦風(fēng)特性葉輪機(jī)械電機(jī)并網(wǎng)風(fēng)力極限疲勞振動(dòng)控制材料制造￥葉片設(shè)計(jì)部件制造COE風(fēng)機(jī)(知識(shí))體系結(jié)構(gòu)與邊界條件CostofEnergy頻率50Hz電壓690V或其他功率因數(shù)>0.98噪音－葉尖速－轉(zhuǎn)速材料強(qiáng)度控制能力運(yùn)輸安裝部件共振耦合結(jié)構(gòu)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組組成

兆瓦級(jí)的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組包括四個(gè)部分：葉輪機(jī)艙塔架基礎(chǔ)葉片輪轂一.葉輪

葉輪又叫風(fēng)輪，是獲取風(fēng)中能量的關(guān)鍵部件，由葉片和輪轂組成。分變槳距風(fēng)輪和定槳距風(fēng)輪。葉輪的作用是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。二.機(jī)艙小型風(fēng)電機(jī)組：主要是發(fā)電機(jī)大型風(fēng)電機(jī)組：齒輪箱、發(fā)電機(jī)、偏航、制動(dòng)器聯(lián)軸器、風(fēng)速風(fēng)向儀等主要部件。小機(jī)型風(fēng)電機(jī)組：塔桿大型風(fēng)電機(jī)組：鋼結(jié)構(gòu)，有錐形筒體和桁架式結(jié)構(gòu)。三.塔架小型風(fēng)電機(jī)組：用螺栓將底座固定于地面或其它地點(diǎn)。大型風(fēng)電機(jī)組：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)置接地、排水系統(tǒng)

四.基礎(chǔ)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙內(nèi)部簡圖吸收風(fēng)能增加轉(zhuǎn)速減小扭矩產(chǎn)生電能補(bǔ)償軸向偏差風(fēng)電機(jī)組主傳動(dòng)一.葉片數(shù)量：三只作用：機(jī)組吸收風(fēng)能的部件主要材料：玻璃鋼改變?nèi)~片迎角可實(shí)現(xiàn)功率調(diào)節(jié)——變槳系統(tǒng)葉片的工作位置：在90度迎角時(shí)現(xiàn)場照片車間照片風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的氣動(dòng)基礎(chǔ)二維翼型氣體流動(dòng)情況上翼面靜壓值小于下翼面靜壓值，形成了升力、阻力、力矩等氣動(dòng)力。

A：葉片前緣B：葉片后緣

AB：翼弦，用t表示

α：沖角

δ：翼型厚度f：翼型的彎度葉片翼型幾何定義C點(diǎn)：壓力中心點(diǎn)R：葉片翼型剖面受到的合力Ry：垂直于來流方向的分力Rx：平行于來流方向的分力葉片受力分析Cl：升力系數(shù)Cd：阻力系數(shù)葉片升阻力系數(shù)與沖角的關(guān)系升阻力系數(shù)葉片的最大升阻比斜率=升力與阻力之比最大升阻比cotε=

Cl/

Cd葉片系數(shù)與阻力系數(shù)的關(guān)系風(fēng)電機(jī)組對(duì)葉片的要求比重輕且具有最佳的疲勞強(qiáng)度和機(jī)械性能，能經(jīng)受暴風(fēng)等極端惡劣條件和隨機(jī)負(fù)荷的考驗(yàn)；葉片的彈性、旋轉(zhuǎn)時(shí)的慣性及其振動(dòng)頻率特性曲線都正常，傳遞給整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的負(fù)荷穩(wěn)定性好；耐腐蝕、紫外線照射和雷擊的性能好；發(fā)電成本較低，維護(hù)費(fèi)用最低。

葉片技術(shù)發(fā)展——材料木制葉片及布蒙皮葉片

鋼梁玻璃纖維蒙皮葉片

鋁合金等弦長擠壓成型葉片

玻璃鋼復(fù)合葉片

碳纖維復(fù)合葉片

葉片技術(shù)發(fā)展——尺寸葉片技術(shù)發(fā)展——數(shù)量三葉片外形美觀性輪轂所受力和力矩空氣動(dòng)力平衡性噪聲振動(dòng)價(jià)格雙葉片單葉片風(fēng)輪幾何參數(shù)葉片數(shù)直徑輪轂中心高掃掠面積錐角仰角偏航角實(shí)度風(fēng)輪物理參數(shù)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速Ω尖速比風(fēng)能利用系數(shù)扭矩M，二.輪轂主要零部件：滑環(huán)雷電保護(hù)爪輪轂罩楔形盤導(dǎo)流帽加油嘴分隔壁變槳電機(jī)滑環(huán)變槳控制柜輪轂（鑄鋼件）變槳軸承各種限位開關(guān)、撞塊等功能：固定葉片，連接齒輪箱。葉片受力后，帶動(dòng)輪轂順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，即將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。輪轂變槳電機(jī)輪轂罩分隔壁導(dǎo)流帽輪轂主要結(jié)構(gòu)輪轂變槳控制柜變槳限位撞塊變槳接近開關(guān)緩沖器極限工作位置開關(guān)極限工作位置撞塊齒輪箱葉輪發(fā)電機(jī)低轉(zhuǎn)速需要高轉(zhuǎn)速將低轉(zhuǎn)速的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為高轉(zhuǎn)速的動(dòng)能三齒輪箱裝配位置風(fēng)電機(jī)組中齒輪箱的特點(diǎn)環(huán)境條件惡劣：風(fēng)大、砂塵、鹽霧、潮濕、高溫、嚴(yán)寒工作條件復(fù)雜：風(fēng)速風(fēng)向多變、強(qiáng)陣風(fēng)、高空無人值守要求高可靠性、高效率、高安全性要求工作壽命長：二十年（175200小時(shí)）輸入輸出速比大加工制造要求高風(fēng)電機(jī)組中齒輪箱的結(jié)構(gòu)原理傳動(dòng)比：為獲取更多風(fēng)能希望風(fēng)輪直徑大些，又受葉尖速度過大的制約；為減輕發(fā)電機(jī)重量又希望發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速再高些。

——通常在50～100左右。齒輪：使用壽命長和高可靠性要求；運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、振動(dòng)小、噪音低的要求

——要采用硬齒面斜齒輪傳動(dòng)。遠(yuǎn)程監(jiān)控配置：高空、無人值守

——必須有遠(yuǎn)程監(jiān)控配置，如設(shè)置轉(zhuǎn)速、油溫等傳感器。風(fēng)電機(jī)組齒輪箱結(jié)構(gòu)行星機(jī)構(gòu)行星機(jī)構(gòu)的幾種應(yīng)用方式行星減速機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主軸內(nèi)置于齒輪箱的內(nèi)部，不需要現(xiàn)場主軸對(duì)中；主軸軸承采用稀油潤滑，效果更好；采用兩極行星、一級(jí)平行軸機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，提高了速比，降低了齒輪箱的體積；采用先進(jìn)的潤滑與冷卻系統(tǒng)，使每個(gè)潤滑點(diǎn)都可以得到充分的潤滑，確保了齒輪箱的使用壽命。齒輪箱的減噪裝置齒輪箱的重量約占機(jī)艙重量的1/2，而且當(dāng)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，齒輪箱會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。為減小振動(dòng)對(duì)其它部件的不利影響，齒輪箱與主機(jī)架之間增加了減振元件。齒輪箱上的附件1.轉(zhuǎn)子鎖（葉輪鎖）：

數(shù)量：一套位置：齒輪箱的前端作用：鎖定風(fēng)輪，確保機(jī)組處于安全狀態(tài)。控制方式：手動(dòng)2.雷電保護(hù)裝置：數(shù)量：三組位置：齒輪箱前端連接輪轂處作用：將葉輪上的電流傳導(dǎo)到齒輪箱的機(jī)體上，再通過接地線將電流倒入大地，以保護(hù)機(jī)組。控制方式：不需控制3.加熱器：數(shù)量：六個(gè)（兩組，每組一個(gè)備用）位置：齒輪箱的前部和后部作用：當(dāng)齒輪箱工作環(huán)境溫度較低時(shí)，加熱器對(duì)齒輪箱潤滑油進(jìn)行加熱，以確保齒輪箱內(nèi)部的潤滑油保持在一定的粘度范圍?？刂品绞剑合到y(tǒng)自動(dòng)控制4.Pt100（溫度傳感器）：數(shù)量：三個(gè)（油溫、軸承各一個(gè)，備用一個(gè)）位置：齒輪箱后部右側(cè)和上方作用：監(jiān)控油溫和高速端軸承溫度，確保機(jī)組的安全控制方式：系統(tǒng)自動(dòng)控制5.液位傳感器：數(shù)量：一組位置：齒輪箱左后方作用：監(jiān)控對(duì)齒輪箱內(nèi)部潤滑油的油位，當(dāng)油位低于系統(tǒng)設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警。通過觀油窗可以觀察潤滑油的狀態(tài)（如顏色、油位高度、油質(zhì)等情況）?？刂品绞剑翰恍杩刂?.空氣過濾器：數(shù)量：一個(gè)位置：齒輪箱上部作用：它可以保證齒輪箱內(nèi)部的壓力穩(wěn)定，防止外部雜質(zhì)進(jìn)入齒輪箱內(nèi)部控制方式：不需控制油冷系統(tǒng)齒輪箱的冷卻、潤滑——油冷系統(tǒng)功能：為齒輪箱潤滑冷卻齒輪油加熱齒輪油主要部件：齒輪箱油冷泵、過濾器溫度傳感器油冷風(fēng)扇、加熱器連接管路及單向閥過濾器有兩級(jí)濾網(wǎng)：精濾和粗濾潤滑冷卻系統(tǒng)對(duì)齒輪和軸承的保護(hù)作用：減小摩擦和磨損，具有更高的承載能力，防止膠合。吸收沖擊和振動(dòng)。防止疲勞點(diǎn)蝕。冷卻、防銹、抗腐蝕。

油冷系統(tǒng)工作原理油冷泵通過△/Ｙ連接方法的轉(zhuǎn)換，完成低速/高速的轉(zhuǎn)換；當(dāng)油溫繼續(xù)升高時(shí)，啟動(dòng)高速油冷泵的同時(shí)，啟動(dòng)油冷風(fēng)扇，使油溫達(dá)到更好的冷卻效果。齒輪油溫度大于5℃，風(fēng)機(jī)運(yùn)行

45℃以下，潤滑效果大于45℃，小于55℃，油冷泵冷卻效果大于55℃油冷風(fēng)扇啟動(dòng)，小于50℃油冷風(fēng)扇停止齒輪油溫度高于75℃，則限制功率，高于80℃故障停機(jī)裝配位置四.聯(lián)軸器聯(lián)軸器作用：作為一個(gè)柔性軸，它補(bǔ)償齒輪箱輸出軸和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的平行性偏差和角度誤差。為了減少傳動(dòng)的振動(dòng)，聯(lián)軸器需要有振動(dòng)和阻尼。阻抗：≥100M承受電壓：2kV作用：這將防止寄生電流通過聯(lián)軸器從發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子流向齒輪箱輸出軸。制動(dòng)器作用：制動(dòng)器是一個(gè)液壓動(dòng)作的盤式制動(dòng)器，用于機(jī)械剎車制動(dòng)。五.制動(dòng)器(機(jī)械剎車)制動(dòng)器工作原理

制動(dòng)器將作用于制動(dòng)鉗上的夾緊力轉(zhuǎn)換成制動(dòng)力矩施加在制動(dòng)盤上，使制動(dòng)盤停止轉(zhuǎn)動(dòng)或在停機(jī)狀態(tài)下防止松動(dòng)(停機(jī)制動(dòng))。1.應(yīng)確保制動(dòng)器已經(jīng)工作過5-10次。2.用塞尺檢測(cè)制動(dòng)盤和閘墊之間間隙。制動(dòng)器間隙檢測(cè)

制動(dòng)器具有自動(dòng)閘瓦調(diào)整功能，也就是說當(dāng)閘瓦磨損時(shí)不需要手動(dòng)調(diào)整制動(dòng)器。用標(biāo)尺檢查制動(dòng)器襯墊的厚度，如果其磨損量超出5mm(閘瓦剩余厚度小于27mm)，則必須更換制動(dòng)器閘墊。剎車系統(tǒng)位于齒輪箱高速端與低速端的比較（1）空氣動(dòng)力制動(dòng)

——葉片受力自動(dòng)停機(jī)（2）機(jī)械制動(dòng)

——葉輪鎖制動(dòng)

——制動(dòng)器制動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)六、典型風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)定速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流混合控制的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)電勵(lì)磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)混合勵(lì)磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)橫向磁通永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)定速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)三相籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)定子鐵心轉(zhuǎn)子繞組（端環(huán)）機(jī)座轉(zhuǎn)子鐵心定子繞組風(fēng)扇端蓋籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理向?qū)ΨQ的三相繞組中通入對(duì)稱三相交流電流，可以產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場。如果三相繞組分布在一個(gè)圓周上，則旋轉(zhuǎn)磁場作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)磁場在一個(gè)圓周內(nèi)，呈現(xiàn)出的磁極（N、S極）數(shù)目稱為極數(shù)，用2P表示。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向取決于三相電流的相序，轉(zhuǎn)速n1取決于電流的頻率f和極對(duì)數(shù)P：

旋轉(zhuǎn)磁場——同步轉(zhuǎn)速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理Sn1Nffne,

iT

f

產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T

定子三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，以同步轉(zhuǎn)速n1旋轉(zhuǎn)

在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e

e在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流i

i在磁場中產(chǎn)生電磁力f

若轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n>n1,向n1的方向旋轉(zhuǎn)

n是否會(huì)等于

n1？要產(chǎn)生T，必須n≠n1——異步機(jī)械能

→電能，是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大于定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速，發(fā)電！籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理

轉(zhuǎn)差率籠型異步發(fā)電機(jī)中轉(zhuǎn)差率S與運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)系?

把同步轉(zhuǎn)速n1與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n的差與同步轉(zhuǎn)速n1的比值，稱為轉(zhuǎn)差率，用s表示，即

異步電機(jī)的特點(diǎn)之一是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n和定子旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速n1不同。n＝(1－s)n1則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n可表示為：籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理

異步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)電機(jī)狀態(tài)電動(dòng)機(jī)狀態(tài)用轉(zhuǎn)差率s可以表示異步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)!n＞n1＞0s＜00＜n＜n10＜s＜101n10ns雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)主回路構(gòu)成：

雙饋異步發(fā)電機(jī)＋交直交雙向功率變換器雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)（風(fēng)冷）雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)什么是雙饋電機(jī)？所謂雙饋電機(jī),就是將電能分別饋入繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)的定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組,一般將定子繞組接入電網(wǎng),而接入轉(zhuǎn)子繞組電源的頻率、電壓幅值和相位則需要按要求分別進(jìn)行調(diào)節(jié)。雙饋電機(jī)的特點(diǎn)：（1）和異步電機(jī)區(qū)別：異步電機(jī)是通過定子從電網(wǎng)吸收勵(lì)磁電流,本身無勵(lì)磁繞組,而雙饋與同步機(jī)一樣有獨(dú)立的勵(lì)磁繞組;異步電機(jī)無法改變功率因數(shù);異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨負(fù)荷變化而變化。（2）和同步機(jī)區(qū)別：同步機(jī)勵(lì)磁只可調(diào)節(jié)電流的幅值,因此只能對(duì)無功功率進(jìn)行調(diào)節(jié),而雙饋電機(jī)可以調(diào)節(jié)幅值、頻率和相位:改變勵(lì)磁頻率,可以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速;改變勵(lì)磁電流相位,可以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電勢(shì)和電網(wǎng)電壓向量的相對(duì)位置,改變了電