風力發(fā)電機組的結構及組成

1、新能源技術工程系張媛媛風力發(fā)電機組的結構及組成風力發(fā)電機組的結構及組成按其容量劃分按其容量劃分小型（小型（10KW10KW以下以下) )中型（中型（10100KW)10100KW)大型（大型（100KW100KW以上）以上）風力發(fā)電機組是將風力發(fā)電機組是將風能轉化為電能的風能轉化為電能的裝置裝置按按其其主軸與地面主軸與地面的相對位置的相對位置水平軸風力發(fā)電機組水平軸風力發(fā)電機組（主軸與地面平行）（主軸與地面平行）垂直軸風力發(fā)電機組垂直軸風力發(fā)電機組（主軸與地面垂直（主軸與地面垂直）風力發(fā)電機組概述風力發(fā)電機組概述3風電機組風電機組風輪風輪輪轂輪轂変槳変槳導流罩導流罩機艙機艙主軸系統(tǒng)主軸系統(tǒng)增速

2、箱增速箱發(fā)電機發(fā)電機偏航偏航剎車剎車散熱排風散熱排風機艙罩機艙罩風速風向儀風速風向儀塔架塔架風電機組的工作原理和結構葉片葉片 輪轂輪轂風輪風輪軸軸風輪的組成圖風輪的組成圖風輪風輪風輪及其組成風輪及其組成 風輪是風力機最重要的部件，它是風力機區(qū)別于其它動力機的主要標志。風輪的作用是捕捉和吸收風能。并將風能轉變成機械能。再由風輪軸將能量送給傳動裝置以水平軸升力型風力機的風輪為例(下圖)來說明風輪功率的計算。 風以速度V吹向風輪時，風輪轉動。設旋轉著的風輪其掃掠面積為A，空氣密度為 ，在1 s中內流向風輪的空氣所具有的動能為 （1）若風輪的直徑為D ，則 （2）這些風能不可能全部被風輪捕獲。2311

3、22VNmVAV23323112248VDNAVVD V 風輪捕獲風能并將之轉換成機械能再由風輪軸輸出的功率為N（稱之為風輪功率)。它與 之比，稱為風輪功率系數(shù)(或風能利用系數(shù))，用 表示，即 （3） （4） 式中 的值為0.20.5。 238PVNNCNDVPCVDN328PCVNPC由式（3）得知：因此，當風輪大小、工作風速一定時，應盡可能提高 值，以增大風輪功率。這是從事風能開發(fā)利用的科技人員追求的主要目標之一。PC風輪功率與風輪直徑的平方風輪功率與風輪直徑的平方成正比成正比風輪功率與風速的立方成正風輪功率與風速的立方成正比比風輪功率與風輪的葉片數(shù)目風輪功率與風輪的葉片數(shù)目無直接關系無直

4、接關系風輪功率與風輪功率系數(shù)成風輪功率與風輪功率系數(shù)成正比正比新型復合材料葉片新型復合材料葉片。復合材料葉片復合材料葉片鋁合金葉片鋁合金葉片鋼梁玻璃纖維蒙皮葉片鋼梁玻璃纖維蒙皮葉片布蒙皮葉片布蒙皮葉片葉片材料經(jīng)歷了木制葉片葉片材料經(jīng)歷了木制葉片葉片是風力機的關鍵部件，其良好的設計、可靠的質量葉片是風力機的關鍵部件，其良好的設計、可靠的質量和優(yōu)越的性能是保證機組正常穩(wěn)定運行的決定因素和優(yōu)越的性能是保證機組正常穩(wěn)定運行的決定因素葉片及葉片材料葉片及葉片材料風力機風力機風輪葉片風輪葉片向大功率、長葉片方向大功率、長葉片方向發(fā)展向發(fā)展風力風力機機風輪葉片不斷風輪葉片不斷的的更新設計更新設計，以，以有好

5、的氣動性能有好的氣動性能碳纖維復合材料在風力碳纖維復合材料在風力機風輪葉片機風輪葉片上上的應用不斷擴大的應用不斷擴大在風力在風力機葉片機葉片上大量采用上大量采用碳碳纖維復合纖維復合材料材料，但是又，但是又取決于碳纖維的價格取決于碳纖維的價格葉片發(fā)展趨勢葉片發(fā)展趨勢葉片橫截面形狀基本類型平板型弧板型流線型 葉片是風力機捕捉風能的最重要部件。風能利用效率取葉片是風力機捕捉風能的最重要部件。風能利用效率取決于良好的葉片的空氣動力外型，以及具有高強度、高硬度、決于良好的葉片的空氣動力外型，以及具有高強度、高硬度、低密度以及較長使用壽命等優(yōu)良特點的制造材料。低密度以及較長使用壽命等優(yōu)良特點的制造材料。風

6、力提水機的葉片風力發(fā)電機組的葉片常見的風力機葉片的橫截面結構圖常見的風力機葉片的橫截面結構圖葉片材料選擇的要求及選擇規(guī)則葉片材料選擇的要求及選擇規(guī)則葉片材葉片材料選擇料選擇要求要求運行要運行要求求材料特材料特性性可靠性可靠性物理屬物理屬性性可處理可處理性性回收再回收再利用性利用性經(jīng)濟性經(jīng)濟性安全性安全性良好的力學、熱學及化學特性良好的力學、熱學及化學特性高硬度、高強度、低密度高硬度、高強度、低密度使用壽命長、良好的耐腐蝕性使用壽命長、良好的耐腐蝕性要易于生產(chǎn)加工、要價格合理要易于生產(chǎn)加工、要價格合理加工助劑的價格要盡量低廉并且操作加工助劑的價格要盡量低廉并且操作時不污染環(huán)境時不污染環(huán)境葉片材料

7、選擇規(guī)則葉片材料選擇規(guī)則2纖維增強復合材料纖維增強復合材料玻璃纖維復合材料玻璃纖維復合材料碳纖維復合材料碳纖維復合材料玻璃鋼復合材料玻璃鋼復合材料葉片的主要材料特性 玻璃鋼葉片玻璃鋼葉片 用于葉片制造的材料一般有木材、金屬，如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鋼和鋁，以及玻璃鋼。由于葉片的木材一般要選用優(yōu)質木材，如樺木、核桃木等，材料來源困難、用優(yōu)質木材，如樺木、核桃木等，材料來源困難、取材率低、造價高、維修不便。取材率低、造價高、維修不便。鋼鋼金屬材料制造，金屬材料制造，又存在加工復雜、工藝裝備多、生產(chǎn)周期長、產(chǎn)又存在加工復雜、工藝裝備多、生產(chǎn)周

8、期長、產(chǎn)品不耐腐蝕等一系列問題。因此，目前在國內已品不耐腐蝕等一系列問題。因此，目前在國內已很少選用木材或金屬制造葉片，大多數(shù)采用玻璃很少選用木材或金屬制造葉片，大多數(shù)采用玻璃鋼鋼。3 玻璃鋼葉片的優(yōu)點玻璃鋼葉片的優(yōu)點可充分根據(jù)葉片的受力特點設計強度和剛度可充分根據(jù)葉片的受力特點設計強度和剛度容易成型，易于達到最大氣動效果的翼型容易成型，易于達到最大氣動效果的翼型優(yōu)良的動力性能和較長的使用壽命優(yōu)良的動力性能和較長的使用壽命維修簡便，以節(jié)省大量人力物力維修簡便，以節(jié)省大量人力物力耐腐蝕性和耐氣候性好耐腐蝕性和耐氣候性好易于修補易于修補4輪轂輪轂輪轂是將葉片和葉片組固定到轉軸上的裝置。它輪轂是將葉

9、片和葉片組固定到轉軸上的裝置。它將風輪的力和力矩傳遞到主傳動機構中將風輪的力和力矩傳遞到主傳動機構中 輪轂是用鑄鋼或鋼板焊接而成。鑄鋼在加工前輪轂是用鑄鋼或鋼板焊接而成。鑄鋼在加工前要對其進行探傷，絕不允許有夾渣，縮孔，砂要對其進行探傷，絕不允許有夾渣，縮孔，砂眼，裂紋等缺陷。焊接的輪轂，其焊縫必須經(jīng)眼，裂紋等缺陷。焊接的輪轂，其焊縫必須經(jīng)過超聲波檢查，并按漿葉可能承受的最大離心過超聲波檢查，并按漿葉可能承受的最大離心力載荷確定鋼板的厚度。此外，還要考慮交變力載荷確定鋼板的厚度。此外，還要考慮交變應力引起的焊縫疲勞應力引起的焊縫疲勞 焊接的輪轂，其焊縫必須經(jīng)過超聲波檢查，并焊接的輪轂，其焊縫必須經(jīng)過超聲波檢查，并按漿葉可能承受的最大離心力載荷確定鋼板的按漿葉可能承受的最大離心力載荷確定鋼板的厚度。此外，還要考慮交變應力引起的焊縫疲厚度。此外，還要考慮交變應力引起的焊縫疲勞勞輪轂有固定式和鉸鏈式兩種輪轂有固定式和鉸鏈式兩種 主軸也稱為低速軸，安裝在風輪和齒輪箱之間。主軸也稱為低速軸，安裝在風輪和齒輪箱之間。前端通過螺栓與輪轂剛性連接，后端與齒輪箱低速連前端通過螺栓與輪轂剛性連