風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)及組成

1、新能源技術(shù)工程系張媛媛風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)及組成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)及組成按其容量劃分按其容量劃分小型（小型（10KW10KW以下以下) )中型（中型（10100KW)10100KW)大型（大型（100KW100KW以上）以上）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置裝置按按其其主軸與地面主軸與地面的相對(duì)位置的相對(duì)位置水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組（主軸與地面平行）（主軸與地面平行）垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組（主軸與地面垂直（主軸與地面垂直）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組概述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組概述3風(fēng)電機(jī)組風(fēng)電機(jī)組風(fēng)輪風(fēng)輪輪轂輪轂変槳変槳導(dǎo)流罩導(dǎo)流罩機(jī)艙機(jī)艙主軸系統(tǒng)主軸系統(tǒng)增速

2、箱增速箱發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)偏航偏航剎車(chē)剎車(chē)散熱排風(fēng)散熱排風(fēng)機(jī)艙罩機(jī)艙罩風(fēng)速風(fēng)向儀風(fēng)速風(fēng)向儀塔架塔架風(fēng)電機(jī)組的工作原理和結(jié)構(gòu)葉片葉片 輪轂輪轂風(fēng)輪風(fēng)輪軸軸風(fēng)輪的組成圖風(fēng)輪的組成圖風(fēng)輪風(fēng)輪風(fēng)輪及其組成風(fēng)輪及其組成 風(fēng)輪是風(fēng)力機(jī)最重要的部件，它是風(fēng)力機(jī)區(qū)別于其它動(dòng)力機(jī)的主要標(biāo)志。風(fēng)輪的作用是捕捉和吸收風(fēng)能。并將風(fēng)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能。再由風(fēng)輪軸將能量送給傳動(dòng)裝置以水平軸升力型風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪為例(下圖)來(lái)說(shuō)明風(fēng)輪功率的計(jì)算。 風(fēng)以速度V吹向風(fēng)輪時(shí)，風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)旋轉(zhuǎn)著的風(fēng)輪其掃掠面積為A，空氣密度為 ，在1 s中內(nèi)流向風(fēng)輪的空氣所具有的動(dòng)能為 （1）若風(fēng)輪的直徑為D ，則 （2）這些風(fēng)能不可能全部被風(fēng)輪捕獲。2311

3、22VNmVAV23323112248VDNAVVD V 風(fēng)輪捕獲風(fēng)能并將之轉(zhuǎn)換成機(jī)械能再由風(fēng)輪軸輸出的功率為N（稱之為風(fēng)輪功率)。它與 之比，稱為風(fēng)輪功率系數(shù)(或風(fēng)能利用系數(shù))，用 表示，即 （3） （4） 式中 的值為0.20.5。 238PVNNCNDVPCVDN328PCVNPC由式（3）得知：因此，當(dāng)風(fēng)輪大小、工作風(fēng)速一定時(shí)，應(yīng)盡可能提高 值，以增大風(fēng)輪功率。這是從事風(fēng)能開(kāi)發(fā)利用的科技人員追求的主要目標(biāo)之一。PC風(fēng)輪功率與風(fēng)輪直徑的平方風(fēng)輪功率與風(fēng)輪直徑的平方成正比成正比風(fēng)輪功率與風(fēng)速的立方成正風(fēng)輪功率與風(fēng)速的立方成正比比風(fēng)輪功率與風(fēng)輪的葉片數(shù)目風(fēng)輪功率與風(fēng)輪的葉片數(shù)目無(wú)直接關(guān)系無(wú)直

4、接關(guān)系風(fēng)輪功率與風(fēng)輪功率系數(shù)成風(fēng)輪功率與風(fēng)輪功率系數(shù)成正比正比新型復(fù)合材料葉片新型復(fù)合材料葉片。復(fù)合材料葉片復(fù)合材料葉片鋁合金葉片鋁合金葉片鋼梁玻璃纖維蒙皮葉片鋼梁玻璃纖維蒙皮葉片布蒙皮葉片布蒙皮葉片葉片材料經(jīng)歷了木制葉片葉片材料經(jīng)歷了木制葉片葉片是風(fēng)力機(jī)的關(guān)鍵部件，其良好的設(shè)計(jì)、可靠的質(zhì)量葉片是風(fēng)力機(jī)的關(guān)鍵部件，其良好的設(shè)計(jì)、可靠的質(zhì)量和優(yōu)越的性能是保證機(jī)組正常穩(wěn)定運(yùn)行的決定因素和優(yōu)越的性能是保證機(jī)組正常穩(wěn)定運(yùn)行的決定因素葉片及葉片材料葉片及葉片材料風(fēng)力機(jī)風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪葉片風(fēng)輪葉片向大功率、長(zhǎng)葉片方向大功率、長(zhǎng)葉片方向發(fā)展向發(fā)展風(fēng)力風(fēng)力機(jī)機(jī)風(fēng)輪葉片不斷風(fēng)輪葉片不斷的的更新設(shè)計(jì)更新設(shè)計(jì)，以，以有好

5、的氣動(dòng)性能有好的氣動(dòng)性能碳纖維復(fù)合材料在風(fēng)力碳纖維復(fù)合材料在風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪葉片機(jī)風(fēng)輪葉片上上的應(yīng)用不斷擴(kuò)大的應(yīng)用不斷擴(kuò)大在風(fēng)力在風(fēng)力機(jī)葉片機(jī)葉片上大量采用上大量采用碳碳纖維復(fù)合纖維復(fù)合材料材料，但是又，但是又取決于碳纖維的價(jià)格取決于碳纖維的價(jià)格葉片發(fā)展趨勢(shì)葉片發(fā)展趨勢(shì)葉片橫截面形狀基本類(lèi)型平板型弧板型流線型 葉片是風(fēng)力機(jī)捕捉風(fēng)能的最重要部件。風(fēng)能利用效率取葉片是風(fēng)力機(jī)捕捉風(fēng)能的最重要部件。風(fēng)能利用效率取決于良好的葉片的空氣動(dòng)力外型，以及具有高強(qiáng)度、高硬度、決于良好的葉片的空氣動(dòng)力外型，以及具有高強(qiáng)度、高硬度、低密度以及較長(zhǎng)使用壽命等優(yōu)良特點(diǎn)的制造材料。低密度以及較長(zhǎng)使用壽命等優(yōu)良特點(diǎn)的制造材料。風(fēng)

6、力提水機(jī)的葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片常見(jiàn)的風(fēng)力機(jī)葉片的橫截面結(jié)構(gòu)圖常見(jiàn)的風(fēng)力機(jī)葉片的橫截面結(jié)構(gòu)圖葉片材料選擇的要求及選擇規(guī)則葉片材料選擇的要求及選擇規(guī)則葉片材葉片材料選擇料選擇要求要求運(yùn)行要運(yùn)行要求求材料特材料特性性可靠性可靠性物理屬物理屬性性可處理可處理性性回收再回收再利用性利用性經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性安全性安全性良好的力學(xué)、熱學(xué)及化學(xué)特性良好的力學(xué)、熱學(xué)及化學(xué)特性高硬度、高強(qiáng)度、低密度高硬度、高強(qiáng)度、低密度使用壽命長(zhǎng)、良好的耐腐蝕性使用壽命長(zhǎng)、良好的耐腐蝕性要易于生產(chǎn)加工、要價(jià)格合理要易于生產(chǎn)加工、要價(jià)格合理加工助劑的價(jià)格要盡量低廉并且操作加工助劑的價(jià)格要盡量低廉并且操作時(shí)不污染環(huán)境時(shí)不污染環(huán)境葉片材料

7、選擇規(guī)則葉片材料選擇規(guī)則2纖維增強(qiáng)復(fù)合材料纖維增強(qiáng)復(fù)合材料玻璃纖維復(fù)合材料玻璃纖維復(fù)合材料碳纖維復(fù)合材料碳纖維復(fù)合材料玻璃鋼復(fù)合材料玻璃鋼復(fù)合材料葉片的主要材料特性 玻璃鋼葉片玻璃鋼葉片 用于葉片制造的材料一般有木材、金屬，如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鋼和鋁，以及玻璃鋼。由于葉片的木材一般要選用優(yōu)質(zhì)木材，如樺木、核桃木等，材料來(lái)源困難、用優(yōu)質(zhì)木材，如樺木、核桃木等，材料來(lái)源困難、取材率低、造價(jià)高、維修不便。取材率低、造價(jià)高、維修不便。鋼鋼金屬材料制造，金屬材料制造，又存在加工復(fù)雜、工藝裝備多、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、產(chǎn)又存在加工復(fù)雜、工藝裝備多、生產(chǎn)周

8、期長(zhǎng)、產(chǎn)品不耐腐蝕等一系列問(wèn)題。因此，目前在國(guó)內(nèi)已品不耐腐蝕等一系列問(wèn)題。因此，目前在國(guó)內(nèi)已很少選用木材或金屬制造葉片，大多數(shù)采用玻璃很少選用木材或金屬制造葉片，大多數(shù)采用玻璃鋼鋼。3 玻璃鋼葉片的優(yōu)點(diǎn)玻璃鋼葉片的優(yōu)點(diǎn)可充分根據(jù)葉片的受力特點(diǎn)設(shè)計(jì)強(qiáng)度和剛度可充分根據(jù)葉片的受力特點(diǎn)設(shè)計(jì)強(qiáng)度和剛度容易成型，易于達(dá)到最大氣動(dòng)效果的翼型容易成型，易于達(dá)到最大氣動(dòng)效果的翼型優(yōu)良的動(dòng)力性能和較長(zhǎng)的使用壽命優(yōu)良的動(dòng)力性能和較長(zhǎng)的使用壽命維修簡(jiǎn)便，以節(jié)省大量人力物力維修簡(jiǎn)便，以節(jié)省大量人力物力耐腐蝕性和耐氣候性好耐腐蝕性和耐氣候性好易于修補(bǔ)易于修補(bǔ)4輪轂輪轂輪轂是將葉片和葉片組固定到轉(zhuǎn)軸上的裝置。它輪轂是將葉

9、片和葉片組固定到轉(zhuǎn)軸上的裝置。它將風(fēng)輪的力和力矩傳遞到主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中將風(fēng)輪的力和力矩傳遞到主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中 輪轂是用鑄鋼或鋼板焊接而成。鑄鋼在加工前輪轂是用鑄鋼或鋼板焊接而成。鑄鋼在加工前要對(duì)其進(jìn)行探傷，絕不允許有夾渣，縮孔，砂要對(duì)其進(jìn)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)眼，裂紋等缺陷。焊接的輪轂，其焊縫必須經(jīng)過(guò)超聲波檢查，并按漿葉可能承受的最大離心過(guò)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，還要考慮交變力載荷確定鋼板的厚度。此外，還要考慮交變應(yīng)力引起的焊縫疲勞應(yīng)力引起的焊縫疲勞 焊接的輪轂，其焊縫必須經(jīng)過(guò)超聲波檢查，并焊接的輪轂，其焊縫必須經(jīng)過(guò)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(yīng)力引起的焊縫疲厚度。此外，還要考慮交變應(yīng)力引起的焊縫疲勞勞輪轂有固定式和鉸鏈?zhǔn)絻煞N輪轂有固定式和鉸鏈?zhǔn)絻煞N 主軸也稱為低速軸，安裝在風(fēng)輪和齒輪箱之間。主軸也稱為低速軸，安裝在風(fēng)輪和齒輪箱之間。前端通過(guò)螺栓與輪轂剛性連接，后端與齒輪箱低速連前端通過(guò)螺栓與輪轂剛性連