任務(wù)5.2 偏航系統(tǒng)的組成（電）202011

福建電力學院綜合能源工程系

風電設(shè)備基礎(chǔ)

風力發(fā)電機組及應(yīng)用

授課教師：黃慶專教材:風電設(shè)備基礎(chǔ)第五章機組偏航系統(tǒng)福建電力學院綜合能源工程系

風電設(shè)備基礎(chǔ)

偏航系統(tǒng)是水平軸式風力發(fā)電機組必不可少的組成系統(tǒng)之一。偏航系統(tǒng)的主要作用有兩個:其一是與風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)相互配合,使風力發(fā)電機組的風輪始終處于迎風狀態(tài),充分利用風能,提高風力發(fā)電機組的發(fā)電效率；其二是提供必要的鎖緊力矩,以保障風力發(fā)電機組的安全運行。風力發(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)。被動偏航指的是依靠風力通過相關(guān)機構(gòu)完成機組風輪對風動作的偏航方式,常見的有尾舵、舵輪和下風向三種。主動偏航指的是采用電力或液壓拖動來完成對風動作的偏航方式,常見的有齒輪驅(qū)動和滑動兩種形式。對于并網(wǎng)型風力發(fā)電機組來說,通常都采用主動偏航的齒輪驅(qū)動形式。福建電力學院綜合能源工程系

風電設(shè)備基礎(chǔ)

5.2偏航系統(tǒng)的組成偏航系統(tǒng)一般由偏航軸承、偏航驅(qū)動裝置、偏航制動器、偏航計數(shù)器、紐纜保護裝置、偏航液壓回路等部分組成。偏航系統(tǒng)的一般組成結(jié)構(gòu)如圖5-1和圖5-2所示。圖5-1外齒啟動的偏航系統(tǒng)風力發(fā)電機組的偏航系統(tǒng)一般有外齒形式和內(nèi)齒形式兩種。偏航驅(qū)動裝置可以采用電動機驅(qū)動或液壓馬達驅(qū)動。制動器可以是常閉式或常開式。常開式制動器一般是指有液壓力或電磁力拖動時,制動器處于鎖緊狀態(tài)的制動器;常閉式制動器一般是指有液壓力或電磁力拖動時,制動器處于松開狀態(tài)的制動器。采用常開式制動器時,偏航系統(tǒng)必須具有偏航定位鎖緊裝置或防逆?zhèn)鲃友b置。圖5-2內(nèi)齒啟動的偏航系統(tǒng)一、偏航軸承偏航軸承的軸承內(nèi)外圈分別與機組的機艙和塔體用螺栓連接。輪齒可采用內(nèi)齒或外齒形式。外齒形式是輪齒位于偏航軸承的外圈上,加工相對來說比較簡單。內(nèi)齒形式是輪齒位于偏航軸承的內(nèi)圈上,嚙合受力效果較好,結(jié)構(gòu)緊湊。具體采用內(nèi)齒形式或外齒形式,制造商應(yīng)根據(jù)機組的具體結(jié)構(gòu)和總體布置進行選擇。偏航齒圈的結(jié)構(gòu)簡圖如圖5-3所示。圖5-3偏航齒圈結(jié)構(gòu)簡圖（1）偏航齒圈的輪齒強度計算方法和偏航軸承部分的計算方法參閱漸開線圓柱齒輪承載能力計算方法和回轉(zhuǎn)支撐計算方法相關(guān)資料。（2）偏航軸承的潤滑偏航軸承的潤滑應(yīng)使用制造商推薦的潤滑劑和潤滑油,軸承必須進行密封。軸承的強度分析應(yīng)考慮兩個主要方面:第一是在靜態(tài)計算時,軸承的極端載荷應(yīng)大于靜態(tài)載荷的1.1倍;第二,軸承的壽命應(yīng)按風力發(fā)電機組的實際運行載荷計算。此外,制造偏航齒圈的材料還應(yīng)在-30℃條件下進行V形切口沖擊能量試驗,要求三次試驗平均值不小于27J。二、驅(qū)動裝置驅(qū)動裝置一般由驅(qū)動電動機或驅(qū)動馬達、減速器、傳動齒輪、輪齒間隙調(diào)整機構(gòu)等組成。驅(qū)動裝置的減速器一般可采用行星減速器或蝸輪蝸桿與行星減速器串聯(lián)。傳動齒輪一般采用漸開線圓柱齒輪。傳動齒輪的齒面和齒根應(yīng)采取淬火處理,一般硬度值應(yīng)達到HRC55～62。傳動齒輪的強度分析和計算方法與偏航齒圈的分析和計算方法基本相同;軸靜態(tài)計算應(yīng)采用最大載荷,安全系數(shù)應(yīng)大于材料屈服強度的一倍;軸的動態(tài)計算應(yīng)采用等效載荷,并同時考慮使用系數(shù)Ka=1.3的影響,安全系數(shù)應(yīng)大于材料屈服強度的一倍。偏航驅(qū)動裝置要求啟動平穩(wěn),轉(zhuǎn)速均勻無振動現(xiàn)象。驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)簡圖如圖5-4所示。圖5-4驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)簡圖三、偏航制動器偏航制動器是偏航系統(tǒng)中的重要部件,制動器應(yīng)在額定負載下制動力矩穩(wěn)定,其值應(yīng)不小于設(shè)計值。在機組偏航過程中,制動器提供的阻尼力矩應(yīng)保持平穩(wěn),與設(shè)計值的偏差應(yīng)小于5%,制動過程不得有異常噪聲。制動器在額定負載下閉合時,制動襯墊和制動盤的貼合面積應(yīng)不小于設(shè)計面積的50%;制動襯墊周邊與制動鉗體的配合間隙任一處應(yīng)不大于0.5mm。制動器應(yīng)設(shè)有自動補償機構(gòu),以便在制動襯塊磨損時進行自動補償,保證制動力矩和偏航阻尼力矩的穩(wěn)定。在偏航系統(tǒng)中,制動器可以采用常閉式和常開式兩種結(jié)構(gòu)形式。常閉式制動器是在有動力的條件下處于松開狀態(tài),常開式制動器則是處于鎖緊狀態(tài)。兩種形式相比較并考慮失效保護,一般采用常閉式制動器。制動盤通常位于塔架或塔架與機艙的適配器上,一般為環(huán)狀。制動盤的材質(zhì)應(yīng)具有足夠的強度和韌性,如果采用焊接連接,材質(zhì)還應(yīng)具有比較好的可焊性。此外,在機組壽命期內(nèi),制動盤不應(yīng)出現(xiàn)疲勞損壞。制動盤的連接、固定必須可靠牢固,表面粗糙度應(yīng)達到Ra3.2μm。制動鉗由制動鉗體和制動襯塊組成。制動鉗體一般采用高強度螺栓連接,用經(jīng)過計算的足夠的力矩固定于機艙的機架上。制動襯塊應(yīng)由專用的摩擦材料制成,一般推薦用銅基或鐵基粉末冶金材料制成,銅基粉末冶金材料多用于濕式制動器,而鐵基粉末冶金材料多用于干式制動器。偏航制動器實物圖如圖5-5所示。四、偏航計數(shù)器偏航計數(shù)器是記錄偏航系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)的裝置,如圖5-6所示,當偏航系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)達到設(shè)計所規(guī)定的初級解纜和終極解纜圈數(shù)時,計數(shù)器則給控制系統(tǒng)發(fā)信號,使機組自動進行解纜。計數(shù)器一般是一個帶控制開關(guān)的蝸輪蝸桿裝置或是與其相類似的程序。圖5-6偏航計數(shù)器結(jié)構(gòu)圖五、紐纜保護裝置紐纜保護裝置是偏航系統(tǒng)必須具有的裝置,它是出于失效保護的目的而安裝在偏航系統(tǒng)中的。它的作用是在偏航系統(tǒng)的偏航動作失效后,電纜的紐絞達到威脅機組安全運行的程度而觸發(fā)該裝置,使機組進行緊急停機。一般情況下,這個裝置是獨立于控制系統(tǒng)的,一旦這個裝置被觸發(fā),則機組必須進行緊急停機。紐纜保護裝置一般由控制開關(guān)和觸點機