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发布时间:2019-08-21点击次数:
风力发电机原理及结构

  风力发电机原理及结构_机械/仪表_工程科技_专业资料。风力发电机原理及结构 风力发电机是一种将风能转换为电能的能量转换装置, 它包括风力机和发电机两大部分。空气流动的动能作用在风 力机风轮上,从而推动风轮旋转起来,将空气动力能转变成 风轮旋转机械能,风轮

  风力发电机原理及结构 风力发电机是一种将风能转换为电能的能量转换装置, 它包括风力机和发电机两大部分。空气流动的动能作用在风 力机风轮上,从而推动风轮旋转起来,将空气动力能转变成 风轮旋转机械能,风轮的轮毂固定在风力发电机的机轴上, 通过传动系统驱动发电机轴及转子旋转,发电机将机械能变 成电能输送给负荷或电力系统,这就是风力发电的工作过 程。 1、风机基本结构特征 风力机主要有风轮、传动系统、对风装置(偏航系统) 、 液压系统、制动系统、控制与安全系统、机舱、塔架和基础 等组成。 ( 1)风轮 风力机区别于其他机械的主要特征就是风轮。 风轮一班有 2~3 个叶片和轮毂所组成,其功能是将风能转换为机械能。 风力发电厂的风力机通常有 2 片或 3 片叶片,叶尖速度 50~70m/s ,3 也片叶轮通常能够提供最佳效率,然而 2 叶片 叶轮及降低 2%~3%效率。更多的人认为 3 叶片从审美的角度 更令人满意。3 叶片叶轮上的手里更平衡,轮毂可以简单些。 1)叶片 叶片是用加强玻璃塑料( GRP) 、木头和木板、 碳纤维强化塑料( CFRP) 、钢和铝职称的。对于小型的风力 发电机,如叶轮直径小于 5m,选择材料通常关心的是效率而 不是重量、硬度和叶片的其他特性,通常用整块优质木材加 工制成,表面涂上保护漆,其根部与轮毂相接处使用良好的 金属接头并用螺栓拧紧。对于大型风机,叶片特性通常较难 满足,所以对材料的选择更为重要。 目前,叶片多为玻璃纤维增强负荷材料,基体材料为聚酯 树脂或环氧树脂。环氧树脂比聚酯树脂强度高,材料疲劳特 性好,且收缩变形小,聚酯材料较便宜它在固化时收缩大, 在叶片的连接处可能存在潜在的危险,即由于收缩变形,在 金属材料与玻璃钢之间坑能产生裂纹。 2)轮毂 轮毂是风轮的枢纽,也是叶片根部与主轴的连 接件。所有从叶片传来的力,都通过轮毂传到传动系统,在 传到风力机驱动的对象。同时轮毂也是控制叶片桨距(使叶 片作俯仰转动)的所在。 轮毂承受了风力作用在叶片上的推理、扭矩、弯矩及陀螺 力矩。通常安装 3 片叶片的水平式风力机轮毂的形式为三角 形和三通形。 轮毂可以是铸造结构,也可以采用焊接结构,其材料可以 是铸钢,也可以采用高强度球墨铸铁。由于高强度球墨铸铁 具有不可替代性,如铸造性能好、容易铸成、减振性能好、 应力集中敏感性低、成本低等,风力发电机组中大量采用高 强度球墨铸铁作为轮毂的材料。 轮毂的常用形式主要有刚性轮毂和铰链式轮毂 (柔性轮毂 或翘翘板式露骨) 。刚性轮毂由于制造成本低、维护少、没 有磨损,三叶片风轮一班采用刚性轮毂,且刚性轮毂安装、 使用和维护较简单,日常维护工作较少,只要在设计时充分 考虑到轮毂的防腐蚀问题,基本上可以说是免维护的,是目 前使用最广泛的一种形式。 在设计中,应保证轮毂有足够的强度,并力求结构简单, 在可能条件下(如采用叶片失速控制) ,叶片采用定桨距结 构,即将叶片固定在轮毂上(无俯仰转动) ,这样不但能简 化结构设计,提高寿命,而且能有效地降低成本。 ( 2)传动系统 叶轮产生的机械能由机舱里的传动系统传递给发电机。 风 力机的传动系统一般包括低速轴、高速轴、齿轮箱、联轴器 和一个能是风力机在紧急情况下通知运行的刹车机构等。 齿轮箱用于增加叶片叶轮转速,从 20~50r/min 增速到 1000~1500r/min,驱动发电机。齿轮箱有两种:平行轴式和 行星式,大型机组中多用行星式(重量和尺寸优势) 。但有 些风力机的轮毂直接连接到齿轮箱上,不需要低速传动轴。 还有些风力机(特别是小型风力机)设计成无齿轮箱的,风 轮直接连接到发电机。在整个传动系统中除了齿轮箱,其他 部件基本上一目了然。 传动系统要按输出功率和最大动态扭矩载荷来设计。 由于 叶率输出有波动,通过增加机械适应性和缓冲驱动来控 制动态载荷,对大型的风力发电机来说是非常重要的,因其 动态载荷很大,而且感应发电机的缓冲余地比小型风力机 小。 机械刹车机构由安装在低速轴或高速轴上刹车圆盘与布 置在四周的液压夹钳构成。 液压夹钳固定,刹车圆盘随轴一起转动。刹车夹钳有一个 预压的弹簧制动力,液压力通过油缸中的活塞将制动夹钳打 开。机械刹车的预压弹簧制动力,一般要求在额定负载下脱 网时能够保证风力发电机组安全停机。但在正常停机的情况 下,液压力并不是完全释放,即在制动过程中只作用了一部 分弹簧力,为此,在液压系统中设置了一个特殊的减压阀和 蓄能器,以保证在制动过程中不完全提供弹簧的制动力。 为了监视机械刹车机构的内部状态, 刹车钳内部装有温度 传感器和指示刹车片厚度的传感器。 ( 3)偏航系统(对风装置) 风力机的偏航系统也成为对风装置, 是上风向水平轴式风 力机必不可少的组成系统之一。而下风相风力机的风轮能自 然地对准风向因此一般不需要进行调相对风控制。 偏航系统的主要作用有两个: 其一是与风力发电机组的控 制系统相互配合,使风力发电机组的风轮始终处于迎风状 态,充分利用风能,提高风力发电机组的发电效率;其二是 提供必要的锁紧力矩,以保障风力发电机组的安全运行。 风力发电机组的偏航系统一般分为主动偏航系统和被动 偏航系统。被动偏指的是依靠风力通过相关机构完成机组风 轮对风动作的偏航方式,常见的有尾翼、舵轮两种。主动偏 航指的是采用电力或液压拖动来完成对风动作的偏航方式, 常见的由齿轮驱动和滑动两种形式。对于并网型风力发电机 组来说,通常都采用主动偏航的齿轮驱动形式。

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