第三講風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)及組成演示文稿

第三講風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)及組成演示文稿當(dāng)前第1頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\16點(diǎn)按其容量劃分小型（10KW以下)中型（10~100KW)大型（100KW以上））風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置按其主軸與地面的相對(duì)位置水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組（主軸與地面平行）垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組（主軸與地面垂直）3.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組概述當(dāng)前第2頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\16點(diǎn)小型及大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組當(dāng)前第3頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\16點(diǎn)水平軸及垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組當(dāng)前第4頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\16點(diǎn)3.2

水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)大型風(fēng)電機(jī)組基本結(jié)構(gòu)

1－葉片；2－輪轂；3－機(jī)艙；4－葉輪軸與主軸連接；5－主軸；6－齒輪箱；7－剎車機(jī)構(gòu)；8－聯(lián)軸器；9－發(fā)電機(jī)；10－散熱器；11－冷卻風(fēng)扇；12－風(fēng)速儀和風(fēng)向標(biāo)；13－控制系統(tǒng)；14－液壓系統(tǒng)；15－偏航驅(qū)動(dòng)；16－偏航軸承；17－機(jī)艙蓋；18－塔架；19、變槳距部分當(dāng)前第5頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\16點(diǎn)風(fēng)輪的組成圖風(fēng)輪3.2.1風(fēng)輪及其組成當(dāng)前第6頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\16點(diǎn)

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。當(dāng)前第7頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\16點(diǎn)

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1s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。當(dāng)前第8頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\16點(diǎn)

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0.2～0.5。當(dāng)前第9頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\16點(diǎn)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。當(dāng)前第10頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\16點(diǎn)

葉片及葉片材料當(dāng)前第11頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\16點(diǎn)3.2.1.1葉片發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)前第12頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\16點(diǎn)

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、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)力提水機(jī)的葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片當(dāng)前第13頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\16點(diǎn)常見(jiàn)的風(fēng)力機(jī)葉片的橫截面結(jié)構(gòu)圖當(dāng)前第14頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\16點(diǎn)

葉片材料選擇的要求及選擇規(guī)則

當(dāng)前第15頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\16點(diǎn)葉片材料選擇規(guī)則2當(dāng)前第16頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\16點(diǎn)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料玻璃纖維復(fù)合材料碳纖維復(fù)合材料玻璃鋼復(fù)合材料葉片的主要材料特性當(dāng)前第17頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\16點(diǎn)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(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。鋼金屬材料制造，又存在加工復(fù)雜、工藝裝備多、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、產(chǎn)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)采用玻璃鋼。3當(dāng)前第18頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\16點(diǎn)玻璃鋼葉片的優(yōu)點(diǎn)4當(dāng)前第19頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\16點(diǎn)20當(dāng)前第20頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\16點(diǎn)3.2.2輪轂當(dāng)前第21頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\16點(diǎn)輪轂有固定式和鉸鏈?zhǔn)絻煞N當(dāng)前第22頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\16點(diǎn)

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接，承力大而且復(fù)雜。3.2.3主軸當(dāng)前第23頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\16點(diǎn)風(fēng)機(jī)每經(jīng)歷一次起動(dòng)和停機(jī)，主軸所受的各種力，都將經(jīng)歷一次循環(huán)因此會(huì)產(chǎn)生循環(huán)疲勞主軸有較高的綜合機(jī)械性當(dāng)前第24頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\16點(diǎn)

齒輪箱是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組關(guān)鍵零部件之一。由于風(fēng)力機(jī)工作在低轉(zhuǎn)速下，而發(fā)電機(jī)工作在高轉(zhuǎn)速下，為了實(shí)現(xiàn)風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)的匹配，采用增速齒輪箱。3.3齒輪箱當(dāng)前第25頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\16點(diǎn)齒輪箱的分類按照傳動(dòng)的方式可以分為：展開(kāi)式，分流式，同軸式以及混合式當(dāng)前第26頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\16點(diǎn)

自然界的風(fēng)速經(jīng)常變化。風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速的增大而變快，發(fā)電機(jī)的輸出電壓、頻率、功率也增加；當(dāng)風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速超過(guò)額定值時(shí)，有可能影響機(jī)組的使用壽命，甚至造成設(shè)備的毀壞。為使風(fēng)輪能以一定的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定地工作，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上設(shè)有調(diào)速裝置。調(diào)速裝置是在風(fēng)速大于設(shè)計(jì)額定風(fēng)速時(shí)才起作用因此，又被稱為限速裝置。當(dāng)風(fēng)速增至停機(jī)風(fēng)速時(shí)，調(diào)速裝置能使風(fēng)輪順槳(風(fēng)向與風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面平行)停機(jī)。3.4調(diào)速裝置當(dāng)前第27頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\16點(diǎn)風(fēng)力機(jī)調(diào)速裝置調(diào)速原理當(dāng)前第28頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\16點(diǎn)側(cè)翼及偏心裝置調(diào)速原理示意圖當(dāng)前第29頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\16點(diǎn)縮小風(fēng)輪圓形迎風(fēng)面積原理圖當(dāng)前第30頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\16點(diǎn)發(fā)電機(jī)是將由風(fēng)輪軸傳來(lái)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能的設(shè)備。3.5發(fā)電機(jī)當(dāng)前第31頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\16點(diǎn)塔架的功能是支撐位于空中的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，塔架與基礎(chǔ)相連接，承受風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行引起的各種載荷，同時(shí)傳遞這些載荷到基礎(chǔ)，使整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。3.6塔架當(dāng)前第32頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\16點(diǎn)當(dāng)前第33頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\16點(diǎn)微型風(fēng)力機(jī)小，中型風(fēng)力機(jī)中，大小型風(fēng)力機(jī)34當(dāng)前第34頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\16點(diǎn)3.7.1機(jī)艙3.7控制系統(tǒng)及附屬部件當(dāng)前第35頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\16點(diǎn)3.7.2機(jī)頭座當(dāng)前第36頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\16點(diǎn)

回轉(zhuǎn)體(轉(zhuǎn)盤)是塔架與機(jī)頭座的連接部件，通常由固定套、回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)圈與機(jī)頭座相連，通過(guò)它們之間的軸承和對(duì)風(fēng)裝置相連，在風(fēng)向變化時(shí)，機(jī)頭便能水平地回轉(zhuǎn)，使風(fēng)輪迎風(fēng)工作。3.7.3回轉(zhuǎn)體當(dāng)前第37頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\16點(diǎn)

大、中型風(fēng)力機(jī)的回轉(zhuǎn)體常借用塔式吊車上的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。小型風(fēng)力機(jī)的回轉(zhuǎn)體通常是在上、下各設(shè)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(lái)承受機(jī)頭的全部重量。微型風(fēng)力機(jī)的回轉(zhuǎn)體不宜采用滾動(dòng)軸承，而采用青銅加工的滑動(dòng)軸承。這是為了防止機(jī)頭對(duì)瞬時(shí)變化的風(fēng)向過(guò)于敏感而導(dǎo)致風(fēng)輪的頻繁回轉(zhuǎn)。當(dāng)前第38頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\16點(diǎn)

制動(dòng)裝置是使風(fēng)力發(fā)電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)的裝置(也稱剎車系統(tǒng))。對(duì)于微型和小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，可采用如圖所示的剎車機(jī)構(gòu)。3.7.4制動(dòng)裝置當(dāng)前第39頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\16點(diǎn)

在中型和大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，有采用葉尖氣動(dòng)剎車和機(jī)械式剎車組成的制動(dòng)系統(tǒng)。功率較大的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，應(yīng)用電磁制動(dòng)器和液壓制動(dòng)器的，當(dāng)采用電磁制動(dòng)器時(shí)，需要有外電源；當(dāng)采用液壓制動(dòng)器時(shí)，除了需要外電源，還需要油泵，電磁閥，液壓油缸和管路等。當(dāng)前第40頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\16點(diǎn)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的傳動(dòng)裝置包括增速器與聯(lián)軸器等。通常，風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速低于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子需要的轉(zhuǎn)速，所以要增速(有的微型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組不設(shè)增速器而直接連接)。增速器與發(fā)電機(jī)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(dòng)器設(shè)計(jì)在一起。風(fēng)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(dòng)裝置當(dāng)前第41頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\16點(diǎn)

控制系統(tǒng)的功能

控制系統(tǒng)利用DSP微機(jī)處理機(jī)，在正常運(yùn)行狀態(tài)下，主要通過(guò)對(duì)運(yùn)行過(guò)程模擬量和開(kāi)關(guān)量的采集、傳輸、分析，來(lái)控制風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速和功率；如發(fā)生故障或其他異常情況能自動(dòng)地監(jiān)測(cè)并分析確定原因，自動(dòng)調(diào)整排除故障或進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。3.7