風(fēng)力發(fā)電機原理及結(jié)構(gòu)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上風(fēng)力發(fā)電機原理及結(jié)構(gòu)風(fēng)力發(fā)電機是一種將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能的能量轉(zhuǎn)換裝置，它包括風(fēng)力機和發(fā)電機兩大部分。空氣流動的動能作用在風(fēng)力機風(fēng)輪上，從而推動風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)起來，將空氣動力能轉(zhuǎn)變成風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)機械能，風(fēng)輪的輪轂固定在風(fēng)力發(fā)電機的機軸上，通過傳動系統(tǒng)驅(qū)動發(fā)電機軸及轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，發(fā)電機將機械能變成電能輸送給負荷或電力系統(tǒng)，這就是風(fēng)力發(fā)電的工作過程。1、風(fēng)機基本結(jié)構(gòu)特征風(fēng)力機主要有風(fēng)輪、傳動系統(tǒng)、對風(fēng)裝置（偏航系統(tǒng)）、液壓系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、控制與安全系統(tǒng)、機艙、塔架和基礎(chǔ)等組成。（1）風(fēng)輪風(fēng)力機區(qū)別于其他機械的主要特征就是風(fēng)輪。風(fēng)輪一班有23個葉片和輪轂所組成，其功能是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機械能。風(fēng)

2、力發(fā)電廠的風(fēng)力機通常有2片或3片葉片，葉尖速度5070m/s，3也片葉輪通常能夠提供最佳效率，然而2葉片葉輪及降低2%3%效率。更多的人認(rèn)為3葉片從審美的角度更令人滿意。3葉片葉輪上的手里更平衡，輪轂可以簡單些。1）葉片 葉片是用加強玻璃塑料（GRP）、木頭和木板、碳纖維強化塑料（CFRP）、鋼和鋁職稱的。對于小型的風(fēng)力發(fā)電機，如葉輪直徑小于5m，選擇材料通常關(guān)心的是效率而不是重量、硬度和葉片的其他特性，通常用整塊優(yōu)質(zhì)木材加工制成，表面涂上保護漆，其根部與輪轂相接處使用良好的金屬接頭并用螺栓擰緊。對于大型風(fēng)機，葉片特性通常較難滿足，所以對材料的選擇更為重要。目前，葉片多為玻璃纖維增強負荷材料，

3、基體材料為聚酯樹脂或環(huán)氧樹脂。環(huán)氧樹脂比聚酯樹脂強度高，材料疲勞特性好，且收縮變形小，聚酯材料較便宜它在固化時收縮大，在葉片的連接處可能存在潛在的危險，即由于收縮變形，在金屬材料與玻璃鋼之間坑能產(chǎn)生裂紋。2）輪轂 輪轂是風(fēng)輪的樞紐，也是葉片根部與主軸的連接件。所有從葉片傳來的力，都通過輪轂傳到傳動系統(tǒng)，在傳到風(fēng)力機驅(qū)動的對象。同時輪轂也是控制葉片槳距（使葉片作俯仰轉(zhuǎn)動）的所在。輪轂承受了風(fēng)力作用在葉片上的推理、扭矩、彎矩及陀螺力矩。通常安裝3片葉片的水平式風(fēng)力機輪轂的形式為三角形和三通形。輪轂可以是鑄造結(jié)構(gòu)，也可以采用焊接結(jié)構(gòu)，其材料可以是鑄鋼，也可以采用高強度球墨鑄鐵。由于高強度球墨鑄鐵具有

4、不可替代性，如鑄造性能好、容易鑄成、減振性能好、應(yīng)力集中敏感性低、成本低等，風(fēng)力發(fā)電機組中大量采用高強度球墨鑄鐵作為輪轂的材料。輪轂的常用形式主要有剛性輪轂和鉸鏈?zhǔn)捷嗇灒ㄈ嵝暂嗇灮蚵N翹板式露骨）。剛性輪轂由于制造成本低、維護少、沒有磨損，三葉片風(fēng)輪一班采用剛性輪轂，且剛性輪轂安裝、使用和維護較簡單，日常維護工作較少，只要在設(shè)計時充分考慮到輪轂的防腐蝕問題，基本上可以說是免維護的，是目前使用最廣泛的一種形式。在設(shè)計中，應(yīng)保證輪轂有足夠的強度，并力求結(jié)構(gòu)簡單，在可能條件下（如采用葉片失速控制），葉片采用定槳距結(jié)構(gòu)，即將葉片固定在輪轂上（無俯仰轉(zhuǎn)動），這樣不但能簡化結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高壽命，而且能有效地降

5、低成本。（2）傳動系統(tǒng)葉輪產(chǎn)生的機械能由機艙里的傳動系統(tǒng)傳遞給發(fā)電機。風(fēng)力機的傳動系統(tǒng)一般包括低速軸、高速軸、齒輪箱、聯(lián)軸器和一個能是風(fēng)力機在緊急情況下通知運行的剎車機構(gòu)等。齒輪箱用于增加葉片葉輪轉(zhuǎn)速，從2050r/min增速到10001500r/min，驅(qū)動發(fā)電機。齒輪箱有兩種：平行軸式和行星式，大型機組中多用行星式（重量和尺寸優(yōu)勢）。但有些風(fēng)力機的輪轂直接連接到齒輪箱上，不需要低速傳動軸。還有些風(fēng)力機（特別是小型風(fēng)力機）設(shè)計成無齒輪箱的，風(fēng)輪直接連接到發(fā)電機。在整個傳動系統(tǒng)中除了齒輪箱，其他部件基本上一目了然。傳動系統(tǒng)要按輸出功率和最大動態(tài)扭矩載荷來設(shè)計。由于葉輪功率輸出有波動，通過增加機

6、械適應(yīng)性和緩沖驅(qū)動來控制動態(tài)載荷，對大型的風(fēng)力發(fā)電機來說是非常重要的，因其動態(tài)載荷很大，而且感應(yīng)發(fā)電機的緩沖余地比小型風(fēng)力機小。機械剎車機構(gòu)由安裝在低速軸或高速軸上剎車圓盤與布置在四周的液壓夾鉗構(gòu)成。液壓夾鉗固定，剎車圓盤隨軸一起轉(zhuǎn)動。剎車夾鉗有一個預(yù)壓的彈簧制動力，液壓力通過油缸中的活塞將制動夾鉗打開。機械剎車的預(yù)壓彈簧制動力，一般要求在額定負載下脫網(wǎng)時能夠保證風(fēng)力發(fā)電機組安全停機。但在正常停機的情況下，液壓力并不是完全釋放，即在制動過程中只作用了一部分彈簧力，為此，在液壓系統(tǒng)中設(shè)置了一個特殊的減壓閥和蓄能器，以保證在制動過程中不完全提供彈簧的制動力。為了監(jiān)視機械剎車機構(gòu)的內(nèi)部狀態(tài)，剎車鉗內(nèi)部裝有溫度傳感器和指示剎車片厚度的傳感器。（3）偏航系統(tǒng)（對風(fēng)裝置）風(fēng)力機的偏航系統(tǒng)也成為對風(fēng)裝置，是上風(fēng)向水平軸式風(fēng)力機必不可少的組成系統(tǒng)之一。而下風(fēng)相風(fēng)力機的風(fēng)輪能自然地對準(zhǔn)風(fēng)向因此一般不需要進行調(diào)相對風(fēng)控制。偏航系統(tǒng)的主要作用有兩個：其一是與風(fēng)力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)相互配合，使風(fēng)力發(fā)電機組的風(fēng)輪始終處于迎風(fēng)狀態(tài)，充分利用風(fēng)能，提高風(fēng)力發(fā)電機組的發(fā)電效率；其二是提供必要的鎖緊力矩，以保障風(fēng)力發(fā)電機組的安全運行。風(fēng)力發(fā)電機組的偏航系統(tǒng)一般分為主動偏航系統(tǒng)和被動偏航系統(tǒng)。被動偏指的是依靠風(fēng)力通過相關(guān)機構(gòu)完成機組