風(fēng)力發(fā)電理論及整機基礎(chǔ)知識.pptx

1、SL1500風(fēng)力發(fā)電機組整機基礎(chǔ)知識1 課程內(nèi)容 整機機械傳動 葉輪 齒輪箱 聯(lián)軸器制動器 偏航系統(tǒng) 塔筒2輔助系統(tǒng)，例如潤滑、顯示、照明等控制系統(tǒng)原動機部分執(zhí)行部分傳動部分機器的組成？3第一篇 整機機械傳動4一.風(fēng)力發(fā)電理論原理葉輪吸收風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)化為電能風(fēng)能機械能電能變壓器升壓后輸送至電網(wǎng)5風(fēng)力發(fā)電機組的功率曲線D ：葉輪直徑 ：功率系數(shù)，一般在0.20.5之間，最大為0.593 ：機械效率 ：發(fā)電機效率 6風(fēng)力發(fā)電機組立軸式水平軸式7立軸風(fēng)力發(fā)電機水平軸風(fēng)力發(fā)電機采用阻力效應(yīng)作為驅(qū)動力不依賴風(fēng)向?qū)︼L(fēng)向依賴大機器部件在基礎(chǔ)底上，便于維修高空維修難度大葉片自重影響小葉片自

2、重產(chǎn)生交變負荷對葉片壽命產(chǎn)生決定性影響低風(fēng)下葉片不會自己啟動達到切入風(fēng)速機組即啟動地面到風(fēng)輪中心點的距離很小，減少了發(fā)電量輪轂中心高度可靈活掌握拉索產(chǎn)生振動問題，減振成本高沒有拉索，塔筒振動小利用葉片角度來進行功率調(diào)節(jié)的可能性很小可調(diào)節(jié)葉片角度8水平軸風(fēng)力發(fā)電機組9二.風(fēng)力發(fā)電機組組成 兆瓦級的大型風(fēng)力發(fā)電機組包括四個部分：葉輪機艙塔架基礎(chǔ)10葉片輪轂 一. 葉輪三. SL1500風(fēng)力發(fā)電機組概述葉輪又叫風(fēng)輪，是獲取風(fēng)中能量的關(guān)鍵部件，由葉片和輪轂組成。分變槳距風(fēng)輪和定槳距風(fēng)輪。 葉輪的作用是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能。11 二. 機艙小型風(fēng)電機組：主要是發(fā)電機大型風(fēng)電機組：齒輪箱、發(fā)電機、偏航、制動

3、器聯(lián)軸器、風(fēng)速風(fēng)向儀等主要部件。12小機型風(fēng)電機組：塔桿大型風(fēng)電機組：鋼結(jié)構(gòu)，有錐形筒體和桁架式結(jié)構(gòu)。三. 塔架13小型風(fēng)電機組：用螺栓將底座固定于地面或其它地點。大型風(fēng)電機組：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)置接地、排水系統(tǒng) 四. 基礎(chǔ)14葉輪直徑尺寸分類：SL1500/61 SL1500/70 SL1500/82 SL1500/77機型環(huán)境溫度分類： 常溫型：生存溫度：-25+45 運行溫度：-15+45 低溫型：生存溫度：-45+45 運行溫度：-30+45SL1500系列風(fēng)電機組分類15技術(shù)參數(shù)單位SL1500/70SL1500/61SL1500/83SL1500/77額定功率kW150015001

4、5001500切入風(fēng)速m/s3約3.533切出風(fēng)速m/s25252020額定風(fēng)速m/s121410.511葉輪直徑m70.460.98377.4輪轂高度m65/70/80657065/70/80/100平均風(fēng)速m/s8.510.138.57.5/8.5生存風(fēng)速m/s59.58052.5/59.552.5/59.5轉(zhuǎn)速范圍rpm11.5-21.211-229.7-199.8-18.3額定轉(zhuǎn)速rpm20.120.117.417.4風(fēng)機類型IEC /抗臺風(fēng)型超IECIEC IEC / IEC SL1500系列風(fēng)力發(fā)電機組基本參數(shù)16SL1500風(fēng)力發(fā)電機組機艙內(nèi)部簡圖17 SL1500風(fēng)力發(fā)電機組由

5、傳動系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)與制動系統(tǒng)、發(fā)電機、控制與安全系統(tǒng)等組成。傳動系統(tǒng)組成：主傳動：（輪轂）主軸齒輪箱聯(lián)軸器（發(fā)電機）制動系統(tǒng)組成：空氣動力制動、機械制動18吸收風(fēng)能增加轉(zhuǎn)速減小扭矩產(chǎn)生電能補償軸向偏差四.SL1500系列風(fēng)電機組主傳動19第二篇 葉輪20一.葉片數(shù)量：三只作用：機組吸收風(fēng)能的部件主要材料：玻璃鋼改變?nèi)~片迎角可實現(xiàn)功率調(diào)節(jié)變槳系統(tǒng)葉片的工作位置：在90度迎角時21現(xiàn)場照片22車間照片23SL1500系列風(fēng)電機組葉片參數(shù)型號SL1500/61SL1500/70SL1500/77SL1500/83重量（噸）約5約5.95.75.9約6.4長度（米）29.253437.3，3

6、7.5，3840.25重心距葉片根部距離（米）約6.6約11.25約11.3約13.5524風(fēng)力發(fā)電機組的氣動基礎(chǔ)二維翼型氣體流動情況 上翼面靜壓值小于下翼面靜壓值，形成了升力、阻力、力矩等氣動力。25 A ：葉片前緣 B：葉片后緣 AB ：翼弦，用 t 表示 ：沖角 ：翼型厚度 f ：翼型的彎度葉片翼型幾何定義26C點：壓力中心點R：葉片翼型剖面受到的合力Ry：垂直于來流方向的分力Rx：平行于來流方向的分力葉片受力分析27Cl：升力系數(shù)Cd：阻力系數(shù)葉片升阻力系數(shù)與沖角的關(guān)系升阻力系數(shù)28葉片的最大升阻比斜率=升力與阻力之比最大升阻比cot= Cl/ Cd葉片系數(shù)與阻力系數(shù)的關(guān)系29風(fēng)電機組

7、對葉片的要求比重輕且具有最佳的疲勞強度和機械性能，能經(jīng)受暴風(fēng)等極端惡劣條件和隨機負荷的考驗；葉片的彈性、旋轉(zhuǎn)時的慣性及其振動頻率特性曲線都正常，傳遞給整個發(fā)電系統(tǒng)的負荷穩(wěn)定性好；耐腐蝕、紫外線照射和雷擊的性能好；發(fā)電成本較低，維護費用最低。 30葉片技術(shù)發(fā)展材料木制葉片及布蒙皮葉片 鋼梁玻璃纖維蒙皮葉片 鋁合金等弦長擠壓成型葉片 玻璃鋼復(fù)合葉片 碳纖維復(fù)合葉片 31葉片技術(shù)發(fā)展尺寸32葉片技術(shù)發(fā)展數(shù)量三葉片外形美觀性輪轂所受力和力矩空氣動力平衡性噪聲振動價格雙葉片單葉片33二.輪轂主要零部件：滑環(huán) 雷電保護爪輪轂罩 楔形盤 導(dǎo)流帽 加油嘴分隔壁 變槳電機滑環(huán) 變槳控制柜輪轂（鑄鋼件） 變槳軸承

8、各種限位開關(guān)、撞塊等功能： 固定葉片，連接齒輪箱。葉片受力后，帶動輪轂順時針旋轉(zhuǎn)，即將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能。34輪轂變槳電機輪轂罩分隔壁導(dǎo)流帽輪轂主要結(jié)構(gòu)輪轂變槳控制柜變槳限位撞塊變槳接近開關(guān)緩沖器極限工作位置開關(guān)極限工作位置撞塊35輪轂受力情況固定輪轂 常用于三葉片葉輪 一般采用圓錐體型式 上半圈時，葉片離心力和軸向推力的合力K和葉片軸向重合 由于推力Su S0 ，離心力Fu F0 ，所以下半圈時，合力K并不停在葉片軸向上。 36輪轂受力情況鉸鏈?zhǔn)捷嗇?常用于兩葉片葉輪 半固定式輪轂，鉸鏈軸與葉片長度方向及葉輪軸兩兩垂直37第三篇 齒輪箱38齒輪箱葉輪發(fā)電機低轉(zhuǎn)速需要高轉(zhuǎn)速將低轉(zhuǎn)速的動能轉(zhuǎn)化為高

9、轉(zhuǎn)速的動能39裝配位置40一.風(fēng)電機組中齒輪箱的特點 環(huán)境條件惡劣： 風(fēng)大、砂塵、鹽霧、潮濕、高溫、嚴寒 工作條件復(fù)雜： 風(fēng)速風(fēng)向多變、強陣風(fēng)、高空無人值守 要求高可靠性、高效率、高安全性 要求工作壽命長： 二十年（175200小時） 輸入輸出速比大 加工制造要求高41二.風(fēng)電機組中齒輪箱的結(jié)構(gòu)原理傳動比： 為獲取更多風(fēng)能希望風(fēng)輪直徑大些，又受葉尖速度過大的制約； 為減輕發(fā)電機重量又希望發(fā)電機轉(zhuǎn)速再高些。 通常在50100左右。齒輪： 使用壽命長和高可靠性要求； 運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、振動小、噪音低的要求 要采用硬齒面斜齒輪傳動。遠程監(jiān)控配置： 高空、無人值守 必須有遠程監(jiān)控配置，如設(shè)置轉(zhuǎn)速、油溫等傳感器

10、。42三.SL1500風(fēng)電機組齒輪箱結(jié)構(gòu)43行星機構(gòu)行星機構(gòu)的幾種應(yīng)用方式行星減速機構(gòu)4445型號SL1500/61SL1500/70SL1500/77SL1500/83主要結(jié)構(gòu)二級行星，一級平行軸傳動比 9090104104額定驅(qū)動功率 （kW）1700旋轉(zhuǎn)方向（迎向葉輪）順時針空轉(zhuǎn)（rpm）03潤滑方式： 飛濺潤滑+壓力潤滑 SL1500系列風(fēng)電機組的齒輪箱參數(shù)46齒輪箱的減噪裝置 齒輪箱的重量約占機艙重量的1/2，而且當(dāng)風(fēng)機運轉(zhuǎn)時，齒輪箱會產(chǎn)生振動。為減小振動對其它部件的不利影響，齒輪箱與主機架之間增加了減振元件。47結(jié)構(gòu)特點 主軸內(nèi)置于齒輪箱的內(nèi)部，不需要現(xiàn)場主軸對中； 主軸軸承采用稀

11、油潤滑，效果更好； 采用兩極行星、一級平行軸機構(gòu)傳動，提高了速比，降低了齒輪箱的體積； 采用先進的潤滑與冷卻系統(tǒng)，使每個潤滑點都可以得到充分的潤滑，確保了齒輪箱的使用壽命。48四.齒輪箱上的附件1.轉(zhuǎn)子鎖（葉輪鎖）： 數(shù)量：一套位置：齒輪箱的前端作用：鎖定風(fēng)輪，確保機組處于安全狀態(tài)?？刂品绞剑菏謩?92.雷電保護裝置：數(shù)量：三組位置：齒輪箱前端連接輪轂處作用：將葉輪上的電流傳導(dǎo)到齒輪箱的機體上，再通過接地線將電流倒入大地，以保護機組?？刂品绞剑翰恍杩刂?03.加熱器：數(shù)量：六個（兩組，每組一個備用）位置：齒輪箱的前部和后部作用：當(dāng)齒輪箱工作環(huán)境溫度較低時，加熱器對齒輪箱潤滑油進行加熱，以確保齒

12、輪箱內(nèi)部的潤滑油保持在一定的粘度范圍?？刂品绞剑合到y(tǒng)自動控制514.Pt 100（溫度傳感器）：數(shù)量：三個（油溫、軸承各一個，備用一個）位置：齒輪箱后部右側(cè)和上方作用：監(jiān)控油溫和高速端軸承溫度，確保機組的安全控制方式：系統(tǒng)自動控制525.液位傳感器：數(shù)量：一組位置：齒輪箱左后方作用：監(jiān)控對齒輪箱內(nèi)部潤滑油的油位，當(dāng)油位低于系統(tǒng)設(shè)定值時，系統(tǒng)會自動發(fā)出報警。通過觀油窗可以觀察潤滑油的狀態(tài)（如顏色、油位高度、油質(zhì)等情況） ?？刂品绞剑翰恍杩刂?36.空氣過濾器：數(shù)量：一個位置：齒輪箱上部作用：它可以保證齒輪箱內(nèi)部的壓力穩(wěn)定，防止外部雜質(zhì)進入齒輪箱內(nèi)部控制方式：不需控制54五.油冷系統(tǒng) 齒輪箱的冷卻

13、、潤滑油冷系統(tǒng) 功能： 為齒輪箱潤滑 冷卻齒輪油 加熱齒輪油55潤滑冷卻系統(tǒng)對齒輪和軸承的保護作用： 減小摩擦和磨損，具有更高的承載能力，防止膠合。 吸收沖擊和振動。 防止疲勞點蝕。 冷卻、防銹、抗腐蝕。 SL1500機組的齒輪箱采用飛濺潤滑+加壓潤滑方式，此種方式可以起到更好的潤滑作用。56主要部件： 齒輪箱 油冷泵、過濾器 溫度傳感器 油冷風(fēng)扇、加熱器 連接管路及單向閥過濾器有兩級濾網(wǎng)：精濾和粗濾57油冷系統(tǒng)工作原理 油冷泵通過/連接方法的轉(zhuǎn)換，完成低速/高速的轉(zhuǎn)換；當(dāng)油溫繼續(xù)升高時，啟動高速油冷泵的同時，啟動油冷風(fēng)扇，使油溫達到更好的冷卻效果。 齒輪油溫度大于5，風(fēng)機運行 45 以下，潤

14、滑效果 大于45 ，小于55 ，油冷泵冷卻效果 大于55 油冷風(fēng)扇啟動，小于50 油冷風(fēng)扇停止 齒輪油溫度高于75 ，則限制功率，高于80 故障停機58主軸外置的風(fēng)電機組59直驅(qū)式風(fēng)電機組葉輪發(fā)電機偏航系統(tǒng)60第四篇 聯(lián)軸器制動器61裝配位置62一.聯(lián)軸器聯(lián)軸器作用： 作為一個柔性軸，它補償齒輪箱輸出軸和發(fā)電機轉(zhuǎn)子的平行性偏差和角度誤差。為了減少傳動的振動，聯(lián)軸器需要有振動和阻尼。阻抗：100M承受電壓：2 kV作用：這將防止寄生電流通過聯(lián)軸器從發(fā)電機轉(zhuǎn)子流向齒輪箱輸出軸。63制動器作用： 制動器是一個液壓動作的盤式制動器，用于機械剎車制動。二.制動器64制動器工作原理 制動器將作用于制動鉗上

15、的夾緊力轉(zhuǎn)換成制動力矩施加在制動盤上，使制動盤停止轉(zhuǎn)動或在停機狀態(tài)下防止松動(停機制動)。651. 應(yīng)確保制動器已經(jīng)工作過5-10次。2. 用塞尺檢測制動盤和閘墊之間間隙。制動器間隙檢測66 制動器具有自動閘瓦調(diào)整功能，也就是說當(dāng)閘瓦磨損時不需要手動調(diào)整制動器。 用標(biāo)尺檢查制動器襯墊的厚度，如果其磨損量超出5mm(閘瓦剩余厚度小于27mm)，則必須更換制動器閘墊。67剎車系統(tǒng)位于齒輪箱高速端與低速端的比較低速軸上高速軸上優(yōu)點高可靠剎車直接作用在風(fēng)輪上剎車力矩小剎車力矩不會變成齒輪箱載荷齒輪箱可帶集成風(fēng)輪支撐缺點剎車力矩很大剎車力矩對齒輪箱有載荷沖擊多數(shù)要采用非集成風(fēng)輪支撐的齒輪箱安全性差68（

16、1） 空氣動力制動 葉片受力自動停機（2） 機械制動 葉輪鎖制動 制動器制動制動系統(tǒng)69三.發(fā)電機對中 為保證聯(lián)軸器的使用壽命，必須每6個月進行一次同軸度檢測。 軸的平行度誤差：0.2mm 同軸度檢測設(shè)備：激光對中儀。 調(diào)整方法：調(diào)整發(fā)電機的位置70豎直方向誤差的調(diào)整： 用液壓千斤將發(fā)電機頂起一定高度后，通過調(diào)整發(fā)電機減振器上的調(diào)整螺母來調(diào)整發(fā)電機的高度，從而配合齒輪箱的輸出軸。水平方向誤差的調(diào)整： 拆下發(fā)電機減振器安裝螺栓，將發(fā)電機調(diào)整工裝安裝在減振器安裝螺栓上，擰緊工裝上的螺栓，通過調(diào)節(jié)減振器的位置來調(diào)整發(fā)電機的水平位置。71第五篇 偏航系統(tǒng)72裝配位置73偏航系統(tǒng)功能：改變機艙朝向以實現(xiàn)

17、對風(fēng)、解纜保護主要部件：偏航大齒圈側(cè)面軸承滑墊保持裝置滑動襯墊 偏航驅(qū)動裝置圓彈簧即調(diào)整螺栓偏航計數(shù)器風(fēng)速風(fēng)向儀74偏航驅(qū)動裝置側(cè)面軸承偏航大齒圈滑墊保持裝置75偏航大齒圈 通過高強度螺栓與塔架緊固在一起，上下面與滑動襯墊配合。 四個偏航小齒輪與偏航大齒圈嚙合并圍繞著它旋轉(zhuǎn)，從而帶動整個機艙旋轉(zhuǎn)。 表面經(jīng)過氮化、淬火處理。76側(cè)面軸承塔筒偏航大齒圈側(cè)面軸承77滑動襯墊： 是特殊材料制作的圓形墊片，具有自潤滑的功能，在滑動過程中滑動墊片產(chǎn)生潤滑物質(zhì)，無需加注潤滑油。圓彈簧： 放在定位銷上的，每個定位銷共有8個圓彈簧，分兩組背靠背放置。側(cè)面軸承： 共6個（前側(cè)2個，后側(cè)4個）。 有5個沉孔，用于放

18、置定位銷、圓形彈簧和壓板。78滑墊保持裝置： 后側(cè)有四個滑墊保持裝置，如圖（左），前側(cè)有兩個滑墊保持裝置，如圖（左）， 凹槽用于粘結(jié)滑動墊片。79偏航驅(qū)動裝置數(shù)量：4個結(jié)構(gòu)： 偏航電機：內(nèi)部有溫度傳感器，控制繞組溫度 偏航齒輪箱：行星式減速機 偏航小齒輪80風(fēng)速風(fēng)向儀 風(fēng)電機組對風(fēng)的測量是由風(fēng)速風(fēng)向儀來實現(xiàn)的。81凸輪計數(shù)器82第六篇 塔筒831. 獲得較高且穩(wěn)定的風(fēng)速，即讓風(fēng)輪處于風(fēng)能最佳的位置。2. 給風(fēng)輪及主機（機艙）提供滿足功能要求的、可靠的固定支撐。3. 提供安裝、維修等工作的平臺。一.塔筒的作用84 塔架有張線支撐式和懸臂梁式兩種基本形式。塔架所用的材料可以是木桿、鐵管或其它圓柱結(jié)

19、構(gòu)，也可以是鋼材做成的桁架結(jié)構(gòu)。a、張線支撐式 b、懸臂梁式 c、桁架式及塔架的主要受力情況二.塔架的主要形式85 使所用的風(fēng)輪捕獲盡可能多的風(fēng)能； 滿足所處的工況（從強度方面考慮）； 成本。 目前大型風(fēng)力發(fā)電機組所用的塔架主要為錐形鋼制塔架。 華銳風(fēng)電目前所用的塔架為錐形鋼制塔架。塔筒的設(shè)計思想86塔筒高度限制 塔筒越高，輪轂中心高度處風(fēng)力越大，發(fā)電量也越高，但并不能無限制增加高度。 塔筒增高，塔筒費用也相應(yīng)提高，兩者存在費用比。87三.SL1500機組塔筒 目前華銳風(fēng)電所用塔架（以輪轂中心高計算）主要為： 65米、70米、80米、100米 以運行的環(huán)境溫度劃分有： 低溫型（-40C） 常溫型（-20C）88塔筒段參數(shù)65m70m80m上段塔筒頂部法蘭外徑 m2.72.72.7高度 m22.424.324.1中段塔筒中上高度 m22.424.224中下高度 m16.8下段塔筒高度 m17.618.912.5底法蘭外徑 m444.3基礎(chǔ)環(huán)高度 m1.91.91.9合計高度(不含基礎(chǔ)環(huán)) m62.467.477.4重量（含附件）噸115125169主要參數(shù)89塔筒的結(jié)構(gòu)90塔筒主要