您好,欢迎来到ag百家了乐八大技巧-官网在线!
全国咨询热线18018287665
第三讲+风力发电机组的结构及组成
发布时间:第三讲+风力发电机组的结构及组成

  第三讲+风力发电机组的结构及组成_机械/仪表_工程科技_专业资料。风力发电

  第三讲 风力发电机组的结构及组成 3.1 风力发电机组概述 3.2 水平轴风力发电机组结构组成 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 齿轮箱 调速装臵 发电机 塔架 控制系统及附属部件 3.1 风力发电机组概述 小型(10KW以下) 按其容量划分 风力发电机组是将 风能转化为电能的 装臵 按其主轴与地面 的相对位臵 中型(10~100KW) 大型(100KW以上) ) 水平轴风力发电机组 (主轴与地面平行) 垂直轴风力发电机组 (主轴与地面垂直) 小型及大型风力发电机组 水平轴及垂直轴风力发电机组 3.2 水平轴风力发电机组的结构 大型风电机组基本结构 1-叶片;2-轮毂;3-机舱;4-叶轮轴与主轴连接;5-主轴;6-齿 轮箱;7-刹车机构;8-联轴器;9-发电机;10-散热器;11-冷却风扇 ;12-风速仪和风向标;13-控制系统;14-液压系统;15-偏航驱动; 16-偏航轴承;17-机舱盖;18-塔架;19、变桨距部分 3.2.1 风轮及其组成 叶片 风轮 轮毂 风轮 轴 风轮的组成图 风轮是风力机最重要的部件,它是风力机区别 于其它动力机的主要标志。风轮的作用是捕捉和 吸收风能。并将风能转变成机械能。再由风轮轴 将能量送给传动装臵以水平轴升力型风力机的风 轮为例(下图)来说明风率的计算。 风以速度V吹向风轮时,风轮转动。设旋 转着的风轮其扫掠面积为A,空气密度为 ? , 在1 s中内流向风轮的空气所具有的动能为 1 1 2 NV ? mV ? ? AV 3 2 2 (1) 若风轮的直径为D ,则 2 1 1 ? D 3 3 ? 2 NV ? ? AV ? ? V ? D ?V 3 2 2 4 8 这些风能不可能全部被风轮捕获。 (2) 风轮捕获风能并将之转换成机械能.再由 风轮轴输出的功率为N(称之为风率)。它 与 NV 之比,称为风率系数(或风能利用系 数),用CP 表示,即 N N CP ? NV ? D2 ?V 3 8 (3 ) ? 2 3 N ? ?D V C P 8 式中 CP 的值为0.2~0.5。 (4) 由式(3)得知: 风率与风轮直径的平方成正比 风率与风速的立方成正比 风率与风轮的叶片数目无直接关系 风率与风率系数成正比 因此,当风轮大小、工作风速一定时,应尽可能提 高CP 值,以增大风率。这是从事风能开发利用 的科技人员追求的主要目标之一。 3.2.1.1 叶片及叶片材料 叶片是风力机的关键部件,其良好的设计、可靠的质 量和优越的性能是保证机组正常稳定运行的决定因素 叶片材料经历了木制叶片 布蒙皮叶片 钢梁玻璃纤维蒙皮叶片 铝合金叶片 复合材料叶片 新型复合材料叶片 。 3.2.1.1 叶片发展趋势 风力机风轮叶片向大功率、长叶片方向发展 风力机风轮叶片不断的更新设计,以有好的气动性能 碳纤维复合材料在风力机风轮叶片上的应用不断扩大 在风力机叶片上大量采用碳纤维复合材料,但是又取 决于碳纤维的价格 叶片是风力机捕捉风能的最重要部件。风能利用效率取 决于良好的叶片的空气动力外型,以及具有高强度、高硬度、 低密度以及较长使用寿命等优良特点的制造材料。 平板型 风力发电机 组的叶片 风力提水机 的叶片 叶片横截 面形状基 本类型 流线型 弧板型 常见的风力机叶片的横截面结构图 3.2.1.2 叶片材料选择的要求及选择规则 运行要 求 安全性 材料特 性 经济性 叶片材 料选择 要求 可靠性 回收再 利用性 可处理 性 物理属 性 2 叶片材料选择规则 良好的力学、热学及化学特性 高硬度、高强度、低密度 使用寿命长、良好的耐腐蚀性 要易于生产加工、要价格合理 加工助剂的价格要尽量低廉并且操作时不污染环境 叶片的主要材料特性 ? 纤维增强复合材料 ? 玻璃纤维复合材料 ? 碳纤维复合材料 ? 玻璃钢复合材料 3 玻璃钢叶片 用于叶片制造的材料一般有木材、金属,如 钢和铝,以及玻璃钢。由于叶片的木材一般要选 用优质木材,如桦木、核桃木等,材料来源困难、 取材率低、造价高、维修不便。钢金属材料制造, 又存在加工复杂、工艺装备多、生产周期长、产 品不耐腐蚀等一系列问题。因此,目前在国内已 很少选用木材或金属制造叶片,大多数采用玻璃 钢。 4 玻璃钢叶片的优点 可充分根据叶片的受力特点设计强度和刚度 容易成型,易于达到最大气动效果的翼型 优良的动力性能和较长的使用寿命 维修简便,以节省大量人力物力 耐腐蚀性和耐气候性好 易于修补 20 3.2.2 轮毂 轮毂是将叶片和叶片组固定到转轴上的装臵。它 将风轮的力和力矩传递到主传动机构中 ? 轮毂是用铸钢或钢板焊接而成。铸钢在加工前 要对其进行探伤,绝不允许有夹渣,缩孔,砂 眼,裂纹等缺陷。焊接的轮毂,其焊缝必须经 过超声波检查,并按浆叶可能承受的最大离心 力载荷确定钢板的厚度。此外,还要考虑交变 应力引起的焊缝疲劳 ? 焊接的轮毂,其焊缝必须经过超声波检查,并 按浆叶可能承受的最大离心力载荷确定钢板的 厚度。此外,还要考虑交变应力引起的焊缝疲 劳 轮毂有固定式和铰链式两种 3.2.3 主轴 主轴也称为低速轴,安装在风轮和齿轮箱之间。 前端通过螺栓与轮毂刚性连接,后端与齿轮箱低速连 接,承力大而且复杂。 轴向 力 剪切 力 径向 力 受力 形式 弯矩 转矩 风机每经历一次起动和停机,主轴所受的各种 力,都将经历一次循环 因此会产生循环疲劳 主轴有较高的综合机械性 3.3 齿轮箱 ? 齿轮箱是风力发电机组关键零部件之一。由于 风力机工作在低转速下,而发电机工作在高转速下, 为了实现风力机和发电机的匹配,采用增速齿轮箱。 齿轮箱的分类 圆柱齿轮箱 按传动的级数 按传统类型 单级齿轮箱 多级齿轮箱 行星齿轮箱 互相组合的 齿轮箱 按照传动的方式可以分为:展开式,分流式,同 轴式以及混合式 3.4 调速装臵 ? 自然界的风速经常变化。风轮的转速随风速的增 大而变快,发电机的输出电压、频率、功率也增加; 当风轮的转速超过额定值时,有可能影响机组的使 用寿命,甚至造成设备的毁坏。为使风轮能以一定 的转速稳定地工作,风力发电机组上设有调速装臵。 调速装臵是在风速大于设计额定风速时才起作用 因此,又被称为限速装臵。当风速增至停机风速时, 调速装臵能使风轮顺桨(风向与风轮旋转平面平行) 停机。 风力机调速装臵调速原理 减少风轮迎风面积 改变叶片翼型攻角值 ? 侧翼装臵 ? 偏心装臵 ? 缩小风轮圆形迎风 面积 ? 配重(飞球)与弹簧配 合装臵 ? 叶片重量与弹簧配 合装臵 利用空气在风轮圆周 切线方向的阻力 ? 阻力翼 ? 阻尼板 ? 变桨距调速装臵 侧翼及偏心装臵调速原理示意图 缩小风轮圆形迎风面积原理图 3.5 发电机 ? 发电机是将由风轮轴传来的机械能转变成电能的 设备。 直流发电机 永磁发电机 同步交流发 电机 异步交流发 电机 3.6 塔架 ? 塔架的功能是支撑位于空中的风力发电系统, 塔架与基础相连接,承受风力发电系统运行引起的 各种载荷,同时传递这些载荷到基础,使整个风力 发电机组能稳定可靠地运行。 单管拉线 式 衍架拉 线式塔 架 塔架的 基本形 式 锥筒式塔 架 衍架式 塔架 微型风力机 小,中型风 力机 中,大小型 风力机 大型风力机 3.7 控制系统及附属部件 ? 3.7.1 机舱 风力机常年 在野外运转 的袭击 为了使塔架上方 的主要设备不受 风沙的直接侵害 尘砂磨损和 盐雾侵蚀 罩壳——机 舱 3.7.2 机头座 它用来支撑塔架上方的所有装臵及附属部件 它牢固与否将直接关系到风力机的安危与寿命 由于微、小型风力机塔架上方的设备重量轻。一般是由 钢板焊接而成, 即根据设计要求在底板上焊上加强肋 中、大型风力机的机头座要复杂一些,它通常由以纵梁、 横梁为主,再辅以台板、腹板、肋板等焊接而成 焊接质量要高。台板面要刨平,安装孔的位臵要精确 3.7.3 回转体 回转体(转盘)是塔架与机头座的连接 部件,通常由固定套、回转圈以及位于 它们之间的轴承组成。固定套销定在塔 架上部,回转圈与机头座相连,通过它 们之间的轴承和对风装臵相连, 在风向 变化时,机头便能水平地回转,使风轮 迎风工作。 大、中型风力机的回转体常借用塔式吊车上的回 转机构。 小型风力机的回转体通常是在上、下各设一组轴 承,可采用圆锥滚子轴承。也可以上面用向心球轴承 承受径向载荷。下面用推力轴承来承受机头的全部重 量。 微型风力机的回转体不宜采用滚动轴承,而采用 青铜加工的滑动轴承。这是为了防止机头对瞬时变化 的风向过于敏感而导致风轮的频繁回转。 3.7.4 制动装臵 ? 制动装臵是使风力发电机停止运转的装 臵(也称刹车系统)。对于微型和小型风力发 电机,可采用如图所示的刹车机构。 ? 在中型和大型风力发电机组中,有 采用叶尖气动刹车和机械式刹车组成的 制动系统。 ? 功率较大的风力发电机组,应用电 磁制动器和液压制动器的,当采用电磁 制动器时,需要有外电源;当采用液压 制动器时,除了需要外电源,还需要油 泵,电磁阀,液压油缸和管路等。 3.7.5 传动装臵 ? ? 风力发电机组的传动装臵包括增速器与联轴器等。 通常,风轮的转速低于发电机转子需要的转速, 所以要增速(有的微型风力发电机组不设增速器而直 接连接)。增速器与发电机之间用联轴器连接,为了 少占用空间,往往将联轴器与制动器设计在一起。 风轮轴与增速器之间也有用联轴器的,称低速联 轴器。 ? 3.7.6 控制系统 控制系统的功能 ? 控制系统利用DSP微机处理机,在正常运 行状态下,主要通过对运行过程模拟量和开 关量的采集、传输、分析,来控制风电机组 的转速和功率;如发生故障或其他异常情况 能自动地监测并分析确定原因,ag百家了乐八大技巧,自动调整排 除故障或进入保护状态。 控制系统的任务 控制系统主要任务就是能自动控制风电 机组依照其特性运行,自动检测故障并根据 情况采取相应的措施。 根据风电机组的结构载荷状态、风况、变 浆变速风电机组的特点及其它外部条件,将风 电机组的运行情况主要分为以下几类:待机状 态;发电状态;停机状态。 待机状态 没有发电(风速一般为0-3m/s),刹车释放 发电状态 发电状态Ⅰ:启动后,到额定风速前,刹车释放 发电状态Ⅱ:额定风速到切出风速 停车状态 故障停机方式;人工停机方式;紧急停机方式 ? 1 水平轴风力发电机组由哪几部分组成? ? 2 风力机最重要的部件是哪部分? ? 3 风力机调速装臵的调速原理有哪些? ? 4 控制系统主要任务是什么? ? 5 风电发电机组的运行情况主要分为哪 几类?