第三講+風力發(fā)電機組的結構及組成課件

3.1風力發(fā)電機組概述3.2水平軸風力發(fā)電機組結構組成3.3齒輪箱3.4調速裝置3.5發(fā)電機3.6塔架3.7控制系統(tǒng)及附屬部件第三講風力發(fā)電機組的結構及組成

3.1風力發(fā)電機組概述3.2水平軸風力發(fā)電機組結按其容量劃分小型（10KW以下)中型（10~100KW)大型（100KW以上））風力發(fā)電機組是將風能轉化為電能的裝置按其主軸與地面的相對位置水平軸風力發(fā)電機組（主軸與地面平行）垂直軸風力發(fā)電機組（主軸與地面垂直）3.1風力發(fā)電機組概述按其容量劃分風力發(fā)電機組是將風能轉化為電能的裝置按其主軸與地小型及大型風力發(fā)電機組小型及大型風力發(fā)電機組水平軸及垂直軸風力發(fā)電機組水平軸及垂直軸風力發(fā)電機組3.2

水平軸風力發(fā)電機組的結構大型風電機組基本結構

1－葉片；2－輪轂；3－機艙；4－葉輪軸與主軸連接；5－主軸；6－齒輪箱；7－剎車機構；8－聯(lián)軸器；9－發(fā)電機；10－散熱器；11－冷卻風扇；12－風速儀和風向標；13－控制系統(tǒng)；14－液壓系統(tǒng)；15－偏航驅動；16－偏航軸承；17－機艙蓋；18－塔架；19、變槳距部分3.2水平軸風力發(fā)電機組的結構大型風電機組基本結構葉片

輪轂風輪軸風輪的組成圖風輪3.2.1風輪及其組成葉片輪轂風輪軸風輪的組成圖風輪3.2.1風輪及其組成

風輪是風力機最重要的部件，它是風力機區(qū)別于其它動力機的主要標志。風輪的作用是捕捉和吸收風能。并將風能轉變成機械能。再由風輪軸將能量送給傳動裝置以水平軸升力型風力機的風輪為例(下圖)來說明風輪功率的計算。風輪是風力機最重要的部件，它是風力機區(qū)別于其它

風以速度V吹向風輪時，風輪轉動。設旋轉著的風輪其掃掠面積為A，空氣密度為，在1s中內流向風輪的空氣所具有的動能為

（1）若風輪的直徑為D，則

（2）這些風能不可能全部被風輪捕獲。風以速度V吹向風輪時，風輪轉動。設旋轉著的

風輪捕獲風能并將之轉換成機械能．再由風輪軸輸出的功率為N（稱之為風輪功率)。它與之比，稱為風輪功率系數(shù)(或風能利用系數(shù))，用表示，即

（3）

（4）

式中的值為0.2～0.5。風輪捕獲風能并將之轉換成機械能．再由風輪軸輸出的由式（3）得知：因此，當風輪大小、工作風速一定時，應盡可能提高值，以增大風輪功率。這是從事風能開發(fā)利用的科技人員追求的主要目標之一。風輪功率與風輪直徑的平方成正比風輪功率與風速的立方成正比風輪功率與風輪的葉片數(shù)目無直接關系風輪功率與風輪功率系數(shù)成正比由式（3）得知：風輪功率與風輪直徑的平方成正比風輪功率與風速葉片是風力機的關鍵部件，其良好的設計、可靠的質量和優(yōu)越的性能是保證機組正常穩(wěn)定運行的決定因素葉片材料經(jīng)歷了木制葉片布蒙皮葉片鋼梁玻璃纖維蒙皮葉片鋁合金葉片復合材料葉片新型復合材料葉片。3.2.1.1

葉片及葉片材料葉片是風力機的關鍵部件，其良好的設計、可靠的質量和優(yōu)越的性能風力機風輪葉片向大功率、長葉片方向發(fā)展風力機風輪葉片不斷的更新設計，以有好的氣動性能碳纖維復合材料在風力機風輪葉片上的應用不斷擴大在風力機葉片上大量采用碳纖維復合材料，但是又取決于碳纖維的價格3.2.1.1葉片發(fā)展趨勢

風力機風輪葉片向大功率、長葉片方向發(fā)展風力機風輪葉片不斷的更葉片橫截面形狀基本類型平板型弧板型流線型

葉片是風力機捕捉風能的最重要部件。風能利用效率取決于良好的葉片的空氣動力外型，以及具有高強度、高硬度、低密度以及較長使用壽命等優(yōu)良特點的制造材料。風力提水機的葉片風力發(fā)電機組的葉片葉片橫截面形狀基本類型平板型弧板型流線型葉片常見的風力機葉片的橫截面結構圖常見的風力機葉片的橫截面結構圖3.2.1.2

葉片材料選擇的要求及選擇規(guī)則

葉片材料選擇要求運行要求材料特性可靠性物理屬性可處理性回收再利用性經(jīng)濟性安全性3.2.1.2葉片材料選擇的要求及選擇規(guī)則

葉片材料選擇良好的力學、熱學及化學特性高硬度、高強度、低密度使用壽命長、良好的耐腐蝕性要易于生產(chǎn)加工、要價格合理加工助劑的價格要盡量低廉并且操作時不污染環(huán)境葉片材料選擇規(guī)則2良好的力學、熱學及化學特性高硬度、高強度、低密度使用壽命長、纖維增強復合材料玻璃纖維復合材料碳纖維復合材料玻璃鋼復合材料葉片的主要材料特性纖維增強復合材料葉片的主要材料特性玻璃鋼葉片

用于葉片制造的材料一般有木材、金屬，如鋼和鋁，以及玻璃鋼。由于葉片的木材一般要選用優(yōu)質木材，如樺木、核桃木等，材料來源困難、取材率低、造價高、維修不便。鋼金屬材料制造，又存在加工復雜、工藝裝備多、生產(chǎn)周期長、產(chǎn)品不耐腐蝕等一系列問題。因此，目前在國內已很少選用木材或金屬制造葉片，大多數(shù)采用玻璃鋼。3玻璃鋼葉片用于葉片制造的材料一般有木材、金屬，如鋼玻璃鋼葉片的優(yōu)點可充分根據(jù)葉片的受力特點設計強度和剛度容易成型，易于達到最大氣動效果的翼型優(yōu)良的動力性能和較長的使用壽命維修簡便，以節(jié)省大量人力物力耐腐蝕性和耐氣候性好易于修補4玻璃鋼葉片的優(yōu)點可充分根據(jù)葉片的受力特點設計強度和剛度20203.2.2輪轂輪轂是將葉片和葉片組固定到轉軸上的裝置。它將風輪的力和力矩傳遞到主傳動機構中輪轂是用鑄鋼或鋼板焊接而成。鑄鋼在加工前要對其進行探傷，絕不允許有夾渣，縮孔，砂眼，裂紋等缺陷。焊接的輪轂，其焊縫必須經(jīng)過超聲波檢查，并按漿葉可能承受的最大離心力載荷確定鋼板的厚度。此外，還要考慮交變應力引起的焊縫疲勞焊接的輪轂，其焊縫必須經(jīng)過超聲波檢查，并按漿葉可能承受的最大離心力載荷確定鋼板的厚度。此外，還要考慮交變應力引起的焊縫疲勞3.2.2輪轂輪轂是將葉片和葉片組固定到轉軸上的裝置。它輪轂有固定式和鉸鏈式兩種輪轂有固定式和鉸鏈式兩種

主軸也稱為低速軸，安裝在風輪和齒輪箱之間。前端通過螺栓與輪轂剛性連接，后端與齒輪箱低速連接，承力大而且復雜。3.2.3主軸受力形式軸向力徑向力轉矩彎矩剪切力主軸也稱為低速軸，安裝在風輪和齒輪箱之間。前端風機每經(jīng)歷一次起動和停機，主軸所受的各種力，都將經(jīng)歷一次循環(huán)因此會產(chǎn)生循環(huán)疲勞主軸有較高的綜合機械性風機每經(jīng)歷一次起動和停機，主軸所受的各種力，都將經(jīng)歷一次循環(huán)

齒輪箱是風力發(fā)電機組關鍵零部件之一。由于風力機工作在低轉速下，而發(fā)電機工作在高轉速下，為了實現(xiàn)風力機和發(fā)電機的匹配，采用增速齒輪箱。3.3齒輪箱齒輪箱是風力發(fā)電機組關鍵零部件之一。由于風力機按傳統(tǒng)類型圓柱齒輪箱行星齒輪箱互相組合的齒輪箱齒輪箱的分類按傳動的級數(shù)單級齒輪箱多級齒輪箱按照傳動的方式可以分為：展開式，分流式，同軸式以及混合式按傳統(tǒng)類型圓柱齒輪箱行星齒輪箱互相組合的齒輪箱齒輪箱的分

自然界的風速經(jīng)常變化。風輪的轉速隨風速的增大而變快，發(fā)電機的輸出電壓、頻率、功率也增加；當風輪的轉速超過額定值時，有可能影響機組的使用壽命，甚至造成設備的毀壞。為使風輪能以一定的轉速穩(wěn)定地工作，風力發(fā)電機組上設有調速裝置。調速裝置是在風速大于設計額定風速時才起作用因此，又被稱為限速裝置。當風速增至停機風速時，調速裝置能使風輪順槳(風向與風輪旋轉平面平行)停機。3.4調速裝置自然界的風速經(jīng)常變化。風輪的轉速隨風速的增大而變減少風輪迎風面積側翼裝置偏心裝置縮小風輪圓形迎風面積改變葉片翼型攻角值配重(飛球)與彈簧配合裝置葉片重量與彈簧配合裝置變槳距調速裝置利用空氣在風輪圓周切線方向的阻力阻力翼阻尼板風力機調速裝置調速原理減少風輪迎風面積側翼裝置偏心裝置縮小風輪圓形迎風面積改變葉片側翼及偏心裝置調速原理示意圖側翼及偏心裝置調速原理示意圖縮小風輪圓形迎風面積原理圖縮小風輪圓形迎風面積原理圖發(fā)電機是將由風輪軸傳來的機械能轉變成電能的設備。3.5發(fā)電機直流發(fā)電機永磁發(fā)電機同步交流發(fā)電機異步交流發(fā)電機發(fā)電機是將由風輪軸傳來的機械能轉變成電能的設備。3.5發(fā)電塔架的功能是支撐位于空中的風力發(fā)電系統(tǒng)，塔架與基礎相連接，承受風力發(fā)電系統(tǒng)運行引起的各種載荷，同時傳遞這些載荷到基礎，使整個風力發(fā)電機組能穩(wěn)定可靠地運行。3.6塔架塔架的基本形式單管拉線式衍架式塔架錐筒式塔架衍架拉線式塔架塔架的功能是支撐位于空中的風力發(fā)電系統(tǒng)，塔架第三講+風力發(fā)電機組的結構及組成ppt課件微型風力機小，中型風力機中，大小型風力機大型風力機微型風力機小，中型風力機中，大小型風力機大型風力機3.7.1機艙3.7控制系統(tǒng)及附屬部件風力機常年在野外運轉狂風暴雨的襲擊塵砂磨損和鹽霧侵蝕為了使塔架上方的主要設備不受風沙的直接侵害罩殼——機艙3.7.1機艙3.7控制系統(tǒng)及附屬部件風力機常年在野外運3.7.2機頭座

它用來支撐塔架上方的所有裝置及附屬部件它牢固與否將直接關系到風力機的安危與壽命由于微、小型風力機塔架上方的設備重量輕。一般是由鋼板焊接而成，即根據(jù)設計要求在底板上焊上加強肋中、大型風力機的機頭座要復雜一些，它通常由以縱梁、橫梁為主，再輔以臺板、腹板、肋板等焊接而成焊接質量要高。臺板面要刨平，安裝孔的位置要精確3.7.2機頭座它用來支撐塔架上方的所有裝

回轉體(轉盤)是塔架與機頭座的連接部件，通常由固定套、回轉圈以及位于它們之間的軸承組成。固定套銷定在塔架上部，回轉圈與機頭座相連，通過它們之間的軸承和對風裝置相連，在風向變化時，機頭便能水平地回轉，使風輪迎風工作。3.7.3回轉體回轉體(轉盤)是塔架與機頭座的連接部件，通常

大、中型風力機的回轉體常借用塔式吊車上的回轉機構。小型風力機的回轉體通常是在上、下各設一組軸承，可采用圓錐滾子軸承。也可以上面用向心球軸承承受徑向載荷。下面用推力軸承來承受機頭的全部重量。微型風力機的回轉體不宜采用滾動軸承，而采用青銅加工的滑動軸承。這是為了防止機頭對瞬時變化的風向過于敏感而導致風輪的頻繁回轉。大、中型風力機的回轉體常借用塔式吊車上的回轉機

制動裝置是使風力發(fā)電機停止運轉的裝置(也稱剎車系統(tǒng))。對于微型和小型風力發(fā)電機，可采用如圖所示的剎車機構。3.7.4制動裝置制動裝置是使風力發(fā)電機停止運轉的裝置(也稱剎

在中型和大型風力發(fā)電機組中，有采用葉尖氣動剎車和機械式剎車組成的制動系統(tǒng)。功率較大的風力發(fā)電機組，應用電磁制動器和液壓制動器的，當采用電磁制動器時，需要有外電源；當采用液壓制動器時，除了需要外電源，還需要油泵，電磁閥，液壓油缸和管路等。在中型和大型風力發(fā)電機組中，有采用葉尖氣動剎車

風力發(fā)電機組的傳動裝置包括增速器與聯(lián)軸器等。通常，風輪的轉速低于發(fā)電機轉子需要的轉速，所以要增速(有的微型風力發(fā)電機組不設增速器而直接連接)。增速器與發(fā)電機之間用聯(lián)軸器連接，為了少占用空間，往往將聯(lián)軸器與制動器設計在一起。風輪軸與增速器之間也有用聯(lián)軸器的，稱低速聯(lián)軸器。3.7.5傳動裝