第4章风力发电机组.ppt

风力发电原理,新能源学院 关新,1,第4章 风力发电机组,4.1 风力发电机组的分类和构成,2,4.1 风力发电机的分类和构成,风力发电机组的分类 根据风力机轴的空间位置分类 水平轴风力发电机组 风轮围绕一个水平轴旋转，风轮的旋转平面与风向垂直 垂直轴风力发电机组 风轮的旋转轴垂直于地面或气流方向，可以接受来自任何方向的风，无须对风；齿轮箱和发电机可以安装在地面上，减轻风力机发电机组承重，且方便维护,2019/10/29,3,4.1 风力发电机的分类和构成,风力发电机组的分类 叶片越多，转得越慢，叶片数多的风力机通常称为低速风力机，它在低速运行时，有较大的转矩它的启动力矩大、启动风速低，因而适用于磨面、提水 叶片数目少的风力机通常称为高速风力机，它在高速运行时有较高的风能利用系数，但启动风速较高，适用于发电,2019/10/29,4,4.1 风力发电机的分类和构成,风力发电机组的分类 根据风轮的迎风方式分类 上风型水平轴风力发电机组 风首先通过风轮再穿过塔架，风轮总是面对来风方向，风轮在塔架“前面”，必须有某种调向装置来保持风轮迎风 下风型水平轴风力发电机组 风首先通过塔架在穿过风轮，风轮在塔架“后面”，能够自动对准风向。

2019/10/29,5,4.1 风力发电机的分类和构成,风力发电机组的分类 根据风轮与发电机之间的连接方式分类 变速式风力发电机组 带有增速齿轮箱 直驱式风力发电机组 风轮直接驱动同步多极发电机,2019/10/29,6,4.1 风力发电机的分类和构成,风力发电机组的分类 根据叶片能否围绕其纵向轴线转动分类 定桨距式风力发电机组 当风速变化时，桨叶的迎风角度不能随之变化，在转速恒定的条件下，风速增加超过额定超过额定风速时，如果风流与叶片分离，叶片将处于“失速”状态，风轮输出功率降低 变桨距式风力发电机组 风速变化时，桨叶的迎风角能随之变化,2019/10/29,7,4.1 风力发电机的分类和构成,风力发电机组的分类 根据发电机组负载形式分类 并网型风力发电机组 通过并网逆变器直接馈入电网，然后电力通过电网再输送给用电户 离网型风力发电机组 独立于现有电网，需要蓄电池蓄能,2019/10/29,8,4.1 风力发电机的分类和构成,风力发电机组的构成 一次能源系统 叶片、轮毂 主传动系统 主轴、主轴轴承、齿轮箱、联轴器 支撑系统 导流罩、机舱罩、底盘 塔筒、基础,2019/10/29,9,4.1 风力发电机的分类和构成,风力发电机组的构成 发电系统 同步发电机（永磁式同步发电机） 异步发电机（双馈式异步发电机） 制动系统 机械制动（液压系统）、空气动力制动、 偏航系统 变桨系统 避雷系统,2019/10/29,10,第4章 风力发电机组,4.2 一次能源系统,11,4.2 一次能源系统,叶片的构造 材料：玻璃纤维增强塑料（GFRP）、碳纤维增强塑料（CFRP）、木材、钢和铝。

复合材料以玻璃纤维或碳纤维为增强材料，树脂为基体优点：比重小，强度较高；易成型性好；耐腐蚀性强；维护少，以修补 钢材主要用于叶片内部结构的连接件,2019/10/29,12,4.2 一次能源系统,叶片叶柄结构 采用螺栓与轮毂连接，形成悬臂形式 螺纹件预埋件 钻孔组装式 木质、铝合金挤压成型等弦长、钢制、钢纵梁玻璃钢、玻璃钢,2019/10/29,13,4.2 一次能源系统,叶片数 两叶片风轮对应最大风能利用系数的转速比较高 对刚性轮毂来说，作用在两叶片风轮的脉动载荷要大于三叶片风轮 接受程度,2019/10/29,14,4.2 一次能源系统,轮毂 固定式轮毂 铸造结构或焊接结构 铰链式轮毂 用于有叶柄的单叶片和二叶片风轮 叶片被悬挂的角度与风轮转速有关，转速越低，角度越大2019/10/29,15,4.2 一次能源系统,叶片的基本几何定义 叶尖 叶片投影面积；叶片翼型 中弧线；前缘；后缘 几何弦；平均几何弦长；气动弦长 厚度；相对厚度 弯度 安装角；扭角；几何攻角,2019/10/29,16,4.2 一次能源系统,叶片的基本几何定义 当攻角增大时，升力系数Cl成线性递增，当攻角达到某一值α时，Cl突然下降，这一现象称为失速。

α称为临界攻角 压力中心点：对于某一特定攻角，翼型总对应一特殊点，空气动力对这个点的力矩为零，将该点称为压力中心点,2019/10/29,17,4.2 一次能源系统,叶片的基本几何定义 气动力效率：在某一攻角下，升力与阻力之比称为升阻比，又称气动力效率，即：,2019/10/29,18,4.2 一次能源系统,风轮的几何定义与参数 风轮直径 风轮扫掠面积 风轮偏角、桨距角、风轮锥角、风轮仰角 风轮额定转速、风轮最高转速 风轮实度 叶尖速比,2019/10/29,19,第4章 风力发电机组,4.3 主传动系统,20,4.3 主传动系统,组成： 主轴、主轴承、齿轮箱、联轴器,2019/10/29,21,4.3 主传动系统,主轴及主轴承 受力形式：轴向力、径向力、弯矩、转矩和剪切力 主轴轴心通孔作用？,2019/10/29,22,4.3 主传动系统,主轴及主轴承 主轴安装方式： 挑臂梁 两点支撑 悬臂梁 三点支撑 优点：前点为刚性支撑；后点为弹性支撑（齿轮箱）2019/10/29,23,4.3 主传动系统,主轴及主轴承 主轴承 双列调心滚子轴承 特点：能够补偿轴的绕曲和同心误差 结构特点径向孔：润滑油通道 进行淬火原因？ 轴承座运行时允许有微量油渗出！,2019/10/29,24,4.3 主传动系统,主轴及主轴承,2019/10/29,25,4.3 主传动系统,齿轮箱（增速箱）,2019/10/29,26,4.3 主传动系统,齿轮箱（增速箱） 润滑油净化和温控系统 粘度对温度的影响? 粘度高，齿轮箱润滑部位不能得到充分润滑。

粘度下降，对啮合齿面油膜的形成不利 为何要控制温度？ 易生成点蚀、胶合和磨损现象2019/10/29,27,4.3 主传动系统,齿轮箱（增速箱） 润滑油净化和温控系统 润滑方式 飞溅润滑 强制润滑 过滤器工作方式 粘度高，液压油通过粗、精两个过滤装置（单向阀开） 粘度低，液压油只通过粗过滤器装置（单向阀关）,2019/10/29,28,4.3 主传动系统,齿轮箱（增速箱） 润滑油净化和温控系统,2019/10/29,29,截止阀,放气接头,4.3 主传动系统,齿轮箱（增速箱） 润滑油净化和温控系统 截止阀作用 更换滤芯时将过滤器壳体内的油液排出 放气接头作用 将系统中的气泡排除 润滑系统冷却方式 风冷式 机组起动前，先启动润滑油泵！,2019/10/29,30,4.3 主传动系统,齿轮箱（增速箱） 齿轮箱安装过程 激光对中 人工盘动 电机反向拖动 分阶段加负载,2019/10/29,31,4.3 主传动系统,联轴器 刚性联轴器 挠性联轴器 无弹性弹性元件联轴器 金属挠性元件联轴器,2019/10/29,32,4.3 主传动系统,联轴器 刚性联轴器 无键连接，可传递转矩、轴向力或两者的复合载荷，承载能力高，定心性好 万向联轴器 适用于有大角位移的两轴之间的连接 轮胎联轴器 补偿性能和缓冲减振能力大，但随扭角增加，两轴会产生相当大的附加轴向力,2019/10/29,33,4.3 主传动系统,联轴器 膜片联轴器 中间体带有力矩限制器，当传动力矩过大时可以自动打滑。

2019/10/29,34,4.3 主传动系统,联轴器 连杆联轴器 特点：保护套的表面有不同的图层，保护套与轴之间的摩擦力始终是保护套和轴套之间摩擦力的2倍，从而保证滑动永远只会发生在保护套与轴套之间2019/10/29,35,第4章 风力发电机组,4.4 支撑系统,36,4.4 支撑系统,机舱 机舱底盘 性能要求：高强度、高刚度和减振特性 结构特点 分为两部分：前机舱底盘为铸件；后机舱底盘为焊接件2019/10/29,37,4.4 支撑系统,机舱 机舱罩 结构特点 分为下舱罩和上舱罩两部分，加中空式加强筋 与底盘连接利用带有橡胶减震器的螺栓将机舱连接板与机舱底盘支架连接2019/10/29,38,4.4 支撑系统,机舱 整流罩 外部呈流线型，有利于减小风对机舱的作用力,2019/10/29,39,4.4 支撑系统,塔筒 功能 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2019/10/29,40,4.4 支撑系统,塔筒 分类 拉索式塔架 通过数根钢索固定在离散的地基上，由每根钢索的调节螺栓调节长短，保证整个风力发电机组对地基的垂直度。

适用小型风电机组2019/10/29,41,4.4 支撑系统,塔筒 分类 桁架式塔架 采用钢管或角铁焊接成截锥形桁塔支撑在地基上，桁塔的横截面多为正方形或正多边形 适用于中小型风力机,2019/10/29,42,4.4 支撑系统,塔筒 分类 塔筒式塔架 钢制塔架 采用强度和塑性较好的多段钢板进行滚压，对接焊成截锥式筒体，两端与法兰盘焊接而构成截锥塔筒 钢混组合塔架 钢筒夹混塔架,2019/10/29,43,4.4 支撑系统,塔筒 塔架结构 安装方式 采用高强度螺栓穿过内翻式法兰将塔筒连接 高度确定 ≤25m 25m,2019/10/29,44,4.4 支撑系统,塔筒 平台 为方便安装螺栓，平台距法兰处1.1m左右 电缆及其固定 通过电缆卷筒与支架固定 电缆卷筒作用 保证电缆有一定的自由旋转，同时承载相应部分的电缆重量 内梯与外梯,2019/10/29,45,4.4 支撑系统,塔筒 塔架的固有频率 振幅大小于激振频率和塔架的固有频率有关2019/10/29,46,4.4 支撑系统,塔筒 塔架的固有频率 受力频率 风轮转子残余的旋转不平衡质量引起的振动频率=转速n 塔影、不对称空气来流、风切变、尾流引起的振动频率=Nn f≥（1+20%）n或Nn,2019/10/29,47,4.4 支撑系统,塔筒 塔架的固有频率 fNn：刚性塔 nfNn：半刚性塔 fn：柔塔,2019/10/29,48,4.4 支撑系统,塔筒 塔架-风轮系统振动模态 分析模态作用 在交变力、交变力矩作用下的振型、振幅和频率，为解决风力机的动态稳定性问题提供依据 固有频率改变 随着离心力增加，叶片的刚性增加，从而固有频率提高。

2019/10/29,49,4.4 支撑系统,基础 厚板块基础 抵制倾覆力矩和机组重力偏心力可承受偏心力距为WB/6 形式 平面板块基础 平放机座基础 嵌入式塔架和倾斜板块基础 岩石床打锚基础,2019/10/29,50,4.4 支撑系统,基础 多桩基础 适用土质疏松的地质 混凝土单桩基础,2019/10/29,51,4.4 支撑系统,避雷系统 风轮叶尖和风速传感器保护 叶尖处设有接闪器 风速传感器的避雷针 机舱外壳 瞬态电流不允许经过轴承等精密部件,2019/10/29,52,4.4 支撑系统,避雷系统 机舱的保护 传动系统齿轮箱、发电机、钢架和机舱构成等位体，避免电压过高对部件的破坏2019/10/29,53,4.4 支撑系统,避雷系统 电气设备的保护 电源系统的保护 三级保护原理 防雷击浪涌保护器 浪涌保护器 终端设备保护器 控制柜内主控器的电源保护 变压器输出端并联加装防雷器,2019/10/29,54,4.4 支撑系统,避雷系统 电气设备的保护 测控线的保护 在变送器前段加装模拟信号防雷器或开关信号防雷器 地基防雷接地体 由垂直接地体和环形接地体组成2019/10/29,55,4.4 支撑系统,支撑系统保护 连接件的维护 力矩检测；防腐 结构件的维护 外观检查；防锈及补漆（底漆、面漆）；焊点处检查；电缆破损检查 塔基水平度检测 下塔筒外法兰盘上选取4个监测点 塔筒标识维护：标识清晰,2019/10/29,56,第4章 风力发电机组,4.5 制动系统,57,4.5 制动系统,制动的两种分类： 运行制动 紧急制动 制动装置：。