風(fēng)力發(fā)電機(jī)原理及結(jié)構(gòu)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上風(fēng)力發(fā)電機(jī)原理及結(jié)構(gòu)風(fēng)力發(fā)電機(jī)是一種將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能的能量轉(zhuǎn)換裝置，它包括風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)兩大部分。空氣流動(dòng)的動(dòng)能作用在風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪上，從而推動(dòng)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)起來，將空氣動(dòng)力能轉(zhuǎn)變成風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)機(jī)械能，風(fēng)輪的輪轂固定在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)軸上，通過傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)軸及轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，發(fā)電機(jī)將機(jī)械能變成電能輸送給負(fù)荷或電力系統(tǒng)，這就是風(fēng)力發(fā)電的工作過程。1、風(fēng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)特征風(fēng)力機(jī)主要有風(fēng)輪、傳動(dòng)系統(tǒng)、對(duì)風(fēng)裝置（偏航系統(tǒng)）、液壓系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、控制與安全系統(tǒng)、機(jī)艙、塔架和基礎(chǔ)等組成。（1）風(fēng)輪風(fēng)力機(jī)區(qū)別于其他機(jī)械的主要特征就是風(fēng)輪。風(fēng)輪一班有23個(gè)葉片和輪轂所組成，其功能是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。風(fēng)

2、力發(fā)電廠的風(fēng)力機(jī)通常有2片或3片葉片，葉尖速度5070m/s，3也片葉輪通常能夠提供最佳效率，然而2葉片葉輪及降低2%3%效率。更多的人認(rèn)為3葉片從審美的角度更令人滿意。3葉片葉輪上的手里更平衡，輪轂可以簡(jiǎn)單些。1）葉片 葉片是用加強(qiáng)玻璃塑料（GRP）、木頭和木板、碳纖維強(qiáng)化塑料（CFRP）、鋼和鋁職稱的。對(duì)于小型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，如葉輪直徑小于5m，選擇材料通常關(guān)心的是效率而不是重量、硬度和葉片的其他特性，通常用整塊優(yōu)質(zhì)木材加工制成，表面涂上保護(hù)漆，其根部與輪轂相接處使用良好的金屬接頭并用螺栓擰緊。對(duì)于大型風(fēng)機(jī)，葉片特性通常較難滿足，所以對(duì)材料的選擇更為重要。目前，葉片多為玻璃纖維增強(qiáng)負(fù)荷材料，

3、基體材料為聚酯樹脂或環(huán)氧樹脂。環(huán)氧樹脂比聚酯樹脂強(qiáng)度高，材料疲勞特性好，且收縮變形小，聚酯材料較便宜它在固化時(shí)收縮大，在葉片的連接處可能存在潛在的危險(xiǎn)，即由于收縮變形，在金屬材料與玻璃鋼之間坑能產(chǎn)生裂紋。2）輪轂 輪轂是風(fēng)輪的樞紐，也是葉片根部與主軸的連接件。所有從葉片傳來的力，都通過輪轂傳到傳動(dòng)系統(tǒng)，在傳到風(fēng)力機(jī)驅(qū)動(dòng)的對(duì)象。同時(shí)輪轂也是控制葉片槳距（使葉片作俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)）的所在。輪轂承受了風(fēng)力作用在葉片上的推理、扭矩、彎矩及陀螺力矩。通常安裝3片葉片的水平式風(fēng)力機(jī)輪轂的形式為三角形和三通形。輪轂可以是鑄造結(jié)構(gòu)，也可以采用焊接結(jié)構(gòu)，其材料可以是鑄鋼，也可以采用高強(qiáng)度球墨鑄鐵。由于高強(qiáng)度球墨鑄鐵具有

4、不可替代性，如鑄造性能好、容易鑄成、減振性能好、應(yīng)力集中敏感性低、成本低等，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中大量采用高強(qiáng)度球墨鑄鐵作為輪轂的材料。輪轂的常用形式主要有剛性輪轂和鉸鏈?zhǔn)捷嗇灒ㄈ嵝暂嗇灮蚵N翹板式露骨）。剛性輪轂由于制造成本低、維護(hù)少、沒有磨損，三葉片風(fēng)輪一班采用剛性輪轂，且剛性輪轂安裝、使用和維護(hù)較簡(jiǎn)單，日常維護(hù)工作較少，只要在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到輪轂的防腐蝕問題，基本上可以說是免維護(hù)的，是目前使用最廣泛的一種形式。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)保證輪轂有足夠的強(qiáng)度，并力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在可能條件下（如采用葉片失速控制），葉片采用定槳距結(jié)構(gòu)，即將葉片固定在輪轂上（無俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)），這樣不但能簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高壽命，而且能有效地降

5、低成本。（2）傳動(dòng)系統(tǒng)葉輪產(chǎn)生的機(jī)械能由機(jī)艙里的傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞給發(fā)電機(jī)。風(fēng)力機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)一般包括低速軸、高速軸、齒輪箱、聯(lián)軸器和一個(gè)能是風(fēng)力機(jī)在緊急情況下通知運(yùn)行的剎車機(jī)構(gòu)等。齒輪箱用于增加葉片葉輪轉(zhuǎn)速，從2050r/min增速到10001500r/min，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。齒輪箱有兩種：平行軸式和行星式，大型機(jī)組中多用行星式（重量和尺寸優(yōu)勢(shì)）。但有些風(fēng)力機(jī)的輪轂直接連接到齒輪箱上，不需要低速傳動(dòng)軸。還有些風(fēng)力機(jī)（特別是小型風(fēng)力機(jī)）設(shè)計(jì)成無齒輪箱的，風(fēng)輪直接連接到發(fā)電機(jī)。在整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)中除了齒輪箱，其他部件基本上一目了然。傳動(dòng)系統(tǒng)要按輸出功率和最大動(dòng)態(tài)扭矩載荷來設(shè)計(jì)。由于葉輪功率輸出有波動(dòng)，通過增加機(jī)

6、械適應(yīng)性和緩沖驅(qū)動(dòng)來控制動(dòng)態(tài)載荷，對(duì)大型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)來說是非常重要的，因其動(dòng)態(tài)載荷很大，而且感應(yīng)發(fā)電機(jī)的緩沖余地比小型風(fēng)力機(jī)小。機(jī)械剎車機(jī)構(gòu)由安裝在低速軸或高速軸上剎車圓盤與布置在四周的液壓夾鉗構(gòu)成。液壓夾鉗固定，剎車圓盤隨軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。剎車夾鉗有一個(gè)預(yù)壓的彈簧制動(dòng)力，液壓力通過油缸中的活塞將制動(dòng)夾鉗打開。機(jī)械剎車的預(yù)壓彈簧制動(dòng)力，一般要求在額定負(fù)載下脫網(wǎng)時(shí)能夠保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全停機(jī)。但在正常停機(jī)的情況下，液壓力并不是完全釋放，即在制動(dòng)過程中只作用了一部分彈簧力，為此，在液壓系統(tǒng)中設(shè)置了一個(gè)特殊的減壓閥和蓄能器，以保證在制動(dòng)過程中不完全提供彈簧的制動(dòng)力。為了監(jiān)視機(jī)械剎車機(jī)構(gòu)的內(nèi)部狀態(tài)，剎車鉗內(nèi)部裝有溫度傳感器和指示剎車片厚度的傳感器。（3）偏航系統(tǒng)（對(duì)風(fēng)裝置）風(fēng)力機(jī)的偏航系統(tǒng)也成為對(duì)風(fēng)裝置，是上風(fēng)向水平軸式風(fēng)力機(jī)必不可少的組成系統(tǒng)之一。而下風(fēng)相風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪能自然地對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向因此一般不需要進(jìn)行調(diào)相對(duì)風(fēng)控制。偏航系統(tǒng)的主要作用有兩個(gè)：其一是與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)相互配合，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)輪始終處于迎風(fēng)狀態(tài)，充分利用風(fēng)能，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效率；其二是提供必要的鎖緊力矩，以保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航系統(tǒng)一般分為主動(dòng)偏航系統(tǒng)和被動(dòng)偏航系統(tǒng)。被動(dòng)偏指的是依靠風(fēng)力通過相關(guān)機(jī)構(gòu)完成機(jī)組