第四章风力发电机组主要部件介绍发电机齿轮箱偏航系统刹车系统安全系统控制系统塔架与基础.pptx

水平轴风力发电机的主要组成部分水平轴风力发电机的主要组成部分包括：风轮，发电机，塔架，对风包括：风轮，发电机，塔架，对风装置（尾舵），蓄能系统，逆变器装置（尾舵），蓄能系统，逆变器等，如图等，如图1 1风力发电机主要组成（水风力发电机主要组成（水平轴）。平轴）。图图1 1 风力发电机主要组成部分风力发电机主要组成部分大型大型风力发电机组成风力发电机组成 大型风力发电机组由两大部分组成：大型风力发电机组由两大部分组成：气动机械部分和电气部分。气动机气动机械部分和电气部分。气动机械部分包括风轮、低速轴、增速齿械部分包括风轮、低速轴、增速齿轮箱、高速轴，其功能是驱动发电轮箱、高速轴，其功能是驱动发电机转子，将风能转换为机械能。机转子，将风能转换为机械能。电气部分包括异步发电机、电力电电气部分包括异步发电机、电力电子变频器、变压器和电网，其功能子变频器、变压器和电网，其功能是将机械能转换为频率恒定的电能。是将机械能转换为频率恒定的电能。单机容量从最初的数十千瓦发展到单机容量从最初的数十千瓦发展到最近进入市场的最近进入市场的MWMW级级机组；控制方机组；控制方式从单一定桨距失速控制向全桨叶式从单一定桨距失速控制向全桨叶变距和变速恒频发展，预计在最近变距和变速恒频发展，预计在最近的几年内将推出智能型风力发电机的几年内将推出智能型风力发电机组；组；运行可靠性从运行可靠性从2020世纪世纪8080年代初年代初50%50%，提高到提高到98%98%以上，并且在风电场运行以上，并且在风电场运行的风力发电机组全部可以实现集中的风力发电机组全部可以实现集中控制和远程控制。控制和远程控制。对于大型风力发电机，由于限制其对于大型风力发电机，由于限制其转速，风轮需要通过传动装置与发转速，风轮需要通过传动装置与发电机相连接。传动装置的增速比一电机相连接。传动装置的增速比一般为般为40405050。这样，可以降低发电。这样，可以降低发电机重量，从而降低成本。机重量，从而降低成本。发电机发电机 由于风速的不稳定性，发电机处于由于风速的不稳定性，发电机处于负载不稳定状态。无风时（或风速负载不稳定状态。无风时（或风速达不到起动风速）处于停机状态，达不到起动风速）处于停机状态，风速不够时处于轻载状态，极端时风速不够时处于轻载状态，极端时发电机严重过载。所以风力发电机发电机严重过载。所以风力发电机的并网和脱网操作比其他类型的发的并网和脱网操作比其他类型的发电机要频繁许多。电机要频繁许多。由于风力发电条件的种种特殊性，由于风力发电条件的种种特殊性，对风力发电机也就有相应的一些特对风力发电机也就有相应的一些特殊要求：殊要求：1 1）发电机的外壳应为全封闭的；）发电机的外壳应为全封闭的；2 2）发电机外壳表面应带有散热筋；）发电机外壳表面应带有散热筋；3 3）发电机的绝缘等级选用）发电机的绝缘等级选用F F级；级；4 4）发电机底部要有气压平衡孔，此）发电机底部要有气压平衡孔，此孔又能起到排出凝露水的作用；孔又能起到排出凝露水的作用；5 5）发电机振动要小，振速不超过）发电机振动要小，振速不超过2.8mm2.8mms s；噪声要低，一般要求；噪声要低，一般要求Lp85dBLp85dB 6 6）对安装在北方地区的发电机轴承）对安装在北方地区的发电机轴承润滑脂选用时要考虑到冬季的低温；润滑脂选用时要考虑到冬季的低温；7 7）发电机的外形尺寸要小，重量要）发电机的外形尺寸要小，重量要轻，以减小机舱的体积，减轻机舱轻，以减小机舱的体积，减轻机舱的重量；的重量；8 8）发电机端电压的波动一般为）发电机端电压的波动一般为55；独立运行风力发电系统的发电机独立运行风力发电系统的发电机风力发电机所用的发电机可以是直风力发电机所用的发电机可以是直流发电机，也可以是交流发电机。流发电机，也可以是交流发电机。直流发电机直流发电机在结构上有永磁式和电励磁式两种在结构上有永磁式和电励磁式两种类型。类型。永磁式直流发电机利用永久磁铁来永磁式直流发电机利用永久磁铁来提供发电机所需的励磁磁通。电励提供发电机所需的励磁磁通。电励磁式直流发电机则是借助在励磁线磁式直流发电机则是借助在励磁线圈内流过的电流产生磁通来提供发圈内流过的电流产生磁通来提供发电机所需的励磁磁通，由于励磁绕电机所需的励磁磁通，由于励磁绕组与电枢绕组连接方式的不同，分组与电枢绕组连接方式的不同，分为他励与并励为他励与并励(自励自励)两种型式。两种型式。图图2 2 永磁式直流发电机永磁式直流发电机图图3 3（a a）他励式直流发电机）他励式直流发电机 （b b）自励式直流发电机）自励式直流发电机直流电通常是在发电机内产生交流直流电通常是在发电机内产生交流电，然后通过电刷和集流环把交流电，然后通过电刷和集流环把交流电转变成直流电。现在有一个更常电转变成直流电。现在有一个更常用的方法，通过二极管，把交流发用的方法，通过二极管，把交流发电机产生的交流电变成直流电，它电机产生的交流电变成直流电，它无需电刷和集流环，从而可利用交无需电刷和集流环，从而可利用交流电机的低速特性比直流电机好的流电机的低速特性比直流电机好的优点。优点。交流发电机交流发电机永磁式发电机永磁式发电机永磁发电机的特点永磁发电机的特点 永磁发电机转子上无励磁绕组，因永磁发电机转子上无励磁绕组，因此不存在励磁绕组铜损耗，比同容此不存在励磁绕组铜损耗，比同容量的电励磁式发电机效率高；转子量的电励磁式发电机效率高；转子上没有滑环，运转时更安全可靠；上没有滑环，运转时更安全可靠；永磁发电机的重量轻永磁发电机的重量轻,体积小，体积小，制造工艺简单。因此在小型及微制造工艺简单。因此在小型及微型风力发电机中被广泛采用，永型风力发电机中被广泛采用，永磁发电机的缺点是电压调节性能磁发电机的缺点是电压调节性能差。差。图图4 4 凸极式永磁发电机结构图与爪极式电机转子结构凸极式永磁发电机结构图与爪极式电机转子结构硅整流自励交流发电机硅整流自励交流发电机硅整流自励交流发电机的定子由定硅整流自励交流发电机的定子由定子铁芯和定子绕组组成，定子绕组子铁芯和定子绕组组成，定子绕组为三组，为三组，Y Y形连接，放在定子铁芯内形连接，放在定子铁芯内圆槽内，转子由转子铁芯、转子绕圆槽内，转子由转子铁芯、转子绕组（即励磁绕组组（即励磁绕组)、滑环和转子轴组、滑环和转子轴组成。成。转子铁芯可做成凸极式或爪形，转转子铁芯可做成凸极式或爪形，转子励磁绕组的两端接到滑环上，通子励磁绕组的两端接到滑环上，通过与滑环接触的电刷与硅整流器的过与滑环接触的电刷与硅整流器的直流输出端相连，从而获得直流励直流输出端相连，从而获得直流励磁电流。磁电流。图图5 5 硅整流自励交流发电机及励磁调节器电路原理硅整流自励交流发电机及励磁调节器电路原理交流电是交流发电机中的绕组通过交流电是交流发电机中的绕组通过交变磁极产生的，产生的交流电由交变磁极产生的，产生的交流电由导线输送。交流电的频率由发电机导线输送。交流电的频率由发电机转速决定。对于小型风力发电机，转速决定。对于小型风力发电机，为了保持风轮转速恒定，就必须使为了保持风轮转速恒定，就必须使用叶片控制结构。用叶片控制结构。产产生生交交流流电电的的电电机机有有同同步步发发电电机机和和感感应应电电机机两两种种。采采用用同同步步发发电电机机时时，产产生生的的交交流流电电的的频频率率和和电电压压要要与与电电网网相相同同，这这就就增增加加了了控控制制系系统统的的复复杂杂性性，同同时时增增加加了了风风力力机机的的成成本本。在在大大型型风风力力发发电电机机上上，通通常常采采用用同同步电机。步电机。现在，人们正在研制风力发电机的现在，人们正在研制风力发电机的专用电机，发电机的转速可变，但专用电机，发电机的转速可变，但发电的频率不变，因而不需要常转发电的频率不变，因而不需要常转速叶片控制系统。速叶片控制系统。其它得到固定频率交流电的方法是其它得到固定频率交流电的方法是先产生直流电，然后通过逆变器，先产生直流电，然后通过逆变器，将直流电变成交流电。将直流电变成交流电。因此，交流发电机发的电可提供给因此，交流发电机发的电可提供给蓄电池和其他需要直流电的电器。蓄电池和其他需要直流电的电器。当发电机发出的电压较低时，可先当发电机发出的电压较低时，可先让交流电通过一个变压器，提高电让交流电通过一个变压器，提高电压，然后再变成直流电。当风力机压，然后再变成直流电。当风力机到负载的距离较大时；这样做可以到负载的距离较大时；这样做可以减小线路损失。减小线路损失。在线路的另一端，另一个变压器在线路的另一端，另一个变压器可将高电压降至所需电压。这时，可将高电压降至所需电压。这时，交流电转变成直流电。在此过程交流电转变成直流电。在此过程中能量损失不大。中能量损失不大。发电机多为低转速永磁同步电机，发电机多为低转速永磁同步电机，永磁材料选用稀土材料，使发电机永磁材料选用稀土材料，使发电机的效率达到的效率达到0.750.75以上。以上。齿轮箱齿轮箱风力发电机组中的齿轮箱是一个重风力发电机组中的齿轮箱是一个重要的机械部件，其主要功能是将风要的机械部件，其主要功能是将风轮在风力作用下所产生的动力传递轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速。给发电机并使其得到相应的转速。风轮的转速很低，远达不到发电机风轮的转速很低，远达不到发电机发电的要求，必须通过齿轮箱齿轮发电的要求，必须通过齿轮箱齿轮副的增速作用来实现，故也将风力副的增速作用来实现，故也将风力发电机组中的齿轮箱称为增速箱。发电机组中的齿轮箱称为增速箱。由于机组安装在高山、荒野、海滩、由于机组安装在高山、荒野、海滩、海岛等风口处，受无规律的变向变海岛等风口处，受无规律的变向变载荷的风力作用以及强阵风的冲击，载荷的风力作用以及强阵风的冲击，常年经受酷暑、严寒大的温差影响，常年经受酷暑、严寒大的温差影响，加之所处自然环境交通不便，齿轮加之所处自然环境交通不便，齿轮箱安装在塔顶的狭小空间内，一旦箱安装在塔顶的狭小空间内，一旦出现故障，修复非常困难。出现故障，修复非常困难。所以对其可靠性和使用寿命都提出所以对其可靠性和使用寿命都提出了比一般机械高得多的要求。例如，了比一般机械高得多的要求。例如，对构件材料的要求，除常规状态下对构件材料的要求，除常规状态下机械性能外，还应该具有低温状态机械性能外，还应该具有低温状态下抗冷脆性等特性；下抗冷脆性等特性；应保证齿轮箱平稳工作，防止振动应保证齿轮箱平稳工作，防止振动和冲击；保证充分的润滑条件等等。和冲击；保证充分的润滑条件等等。对冬夏温差巨大的地区，要配置合对冬夏温差巨大的地区，要配置合适的加热和冷却装置。适的加热和冷却装置。齿轮箱的设计齿轮箱的设计齿轮箱的设计必须保证在满足可靠齿轮箱的设计必须保证在满足可靠性和预期寿命的前提下，使结构简性和预期寿命的前提下，使结构简化并重量最轻。化并重量最轻。根据机组要求，选用合理的设计参根据机组要求，选用合理的设计参数，拟定最佳传动方案，选择稳定数，拟定最佳传动方案，选择稳定可靠的构件和具有良好力学特性以可靠的构件和具有良好力学特性以及在环境极端温差下仍然保持稳定及在环境极端温差下仍然保持稳定的材料，配备完整充分的润滑、冷的材料，配备完整充分的润滑、冷却系统和监控装置等等，是设计齿却系统和监控装置等等，是设计齿轮箱的必要前提条件。轮箱的必要前提条件。设计要求设计要求齿轮箱作为传递动力的部件，在运齿轮箱作为传递动力的部件，在运行期间同时承受动、静载荷。其动行期间同时承受动、静载荷。其动载荷部分取决于风轮、发电机的特载荷部分取决于风轮、发电机的特性和传动轴、联轴器的质量、刚度、性和传动轴、联轴器的质量、刚度、阻尼值以及发电机的外部工作条件。阻尼值以及发电机的外部工作条件。风力发电机组齿轮箱的主要承载零风力发电机组齿轮箱的主要承载零件是齿轮，其轮齿的失效形式主要件是齿轮，其轮齿的失效形式主要是轮齿折断和齿面点蚀、剥落，故是轮齿折断和齿面点蚀、剥落，故各种标准和规范都要求对齿轮的承各种标准和规范都要求对齿轮的承载能力进行分析计算，进行齿根弯载能力进行分析计算，进行齿根弯曲疲劳和齿面接触疲劳校核计算，曲疲劳和齿面接触疲劳校核计算，对轮齿进行极限状态分析。对轮齿进行极限状态分析。效率效率齿轮箱的效率可通过功率损失计算齿轮箱的效率可通过功率损失计算或在试验中实测得到。功率损失主或在试验中实测得到。功率损失主要包括齿轮啮合，轴承摩擦，润滑要包括齿轮啮合，轴承摩擦，润滑油飞溅和搅拌损失等。油飞溅和搅拌损失等。噪声级噪声级噪声主要来自各传动件，风力发电机齿噪声主要来自各传动件，风力发电机齿轮箱的噪声标准为轮箱的噪声标准为8585分贝左右。分贝左右。降噪措施：降噪措施：1.1.适当提高齿轮精度，进行齿形修缘，适当提高齿轮精度，进行齿形修缘，增加啮合重合度；增加啮合重合度；2.2.提高轴和轴承的刚度；提高轴和轴承的刚度；3.3.合理布置轴系和轮系传动，避免发生合理布置轴系和轮系传动，避免发生共振。共振。图图6 6 常用风力发电机组齿轮箱的形式常用风力发电机组齿轮箱的形式 图图7 7 常用风力发电机组齿轮箱的形式常用风力发电机组齿轮箱的形式图图8 8 常用风力发电机组齿轮箱的形式常用风力发电机组齿轮箱的形式图图9 9 两级平行轴圆柱齿轮传动齿轮箱两级平行轴圆柱齿轮传动齿轮箱齿轮箱的主要零部件一、箱体一、箱体 箱体是齿轮箱的重要部件，它箱体是齿轮箱的重要部件，它承受来自风轮的作用力和齿轮传承受来自风轮的作用力和齿轮传动时产生的反力。箱体必须具有动时产生的反力。箱体必须具有足够的刚性去承受力和力矩的作足够的刚性去承受力和力矩的作用，防止变形，保证传动质量。用，防止变形，保证传动质量。箱体的设计应按照风力发电机组动箱体的设计应按照风力发电机组动力传动的布局，加工，装配，检查力传动的布局，加工，装配，检查以及维护等要求来进行。以及维护等要求来进行。应增设必要的加强筋。应增设必要的加强筋。筋的位置须筋的位置须与引起箱体变形的作用力的方向相与引起箱体变形的作用力的方向相一致。一致。采用铸铁箱体可发挥其减振性，易采用铸铁箱体可发挥其减振性，易于切削加工等特点，适于批量生产。于切削加工等特点，适于批量生产。常用的材料有球墨铸铁和其他高强常用的材料有球墨铸铁和其他高强度铸铁。设计铸造箱体时应尽量避度铸铁。设计铸造箱体时应尽量避免壁厚突变，减小壁厚差，以免产免壁厚突变，减小壁厚差，以免产生缩孔和疏松等缺陷。生缩孔和疏松等缺陷。为了减小齿轮箱传到机舱机座的振为了减小齿轮箱传到机舱机座的振动，齿轮箱可安装在弹性减振器上。动，齿轮箱可安装在弹性减振器上。箱盖上还应设有透气罩、油标或油箱盖上还应设有透气罩、油标或油位指示器。在相应部位设有注油器位指示器。在相应部位设有注油器和放油孔。放油孔周围应留有足够和放油孔。放油孔周围应留有足够的放油空间。采用强制润滑和冷却的放油空间。采用强制润滑和冷却的齿轮箱，在箱体的合适部位要设的齿轮箱，在箱体的合适部位要设置进出油口和相关的液压件的安装置进出油口和相关的液压件的安装位置。位置。二、齿轮和轴二、齿轮和轴风力发电机组运转环境非常恶劣，风力发电机组运转环境非常恶劣，受力情况复杂，要求所用的材料除受力情况复杂，要求所用的材料除了要满足机械强度条件外，还应满了要满足机械强度条件外，还应满足极端温差条件下所具有的材料特足极端温差条件下所具有的材料特性，如抗低温冷脆性、冷热温差影性，如抗低温冷脆性、冷热温差影响下的尺寸稳定性等等。响下的尺寸稳定性等等。对齿轮和轴类零件而言，由于其传对齿轮和轴类零件而言，由于其传递动力的作用而要求极为严格的选递动力的作用而要求极为严格的选材和结构设计，一般情况下不推荐材和结构设计，一般情况下不推荐采用装配式拼装结构或焊接结构，采用装配式拼装结构或焊接结构，齿轮毛坯只要在锻造条件允许的范齿轮毛坯只要在锻造条件允许的范围内，都采用整体锻造的形式。围内，都采用整体锻造的形式。当齿轮顶圆直径在当齿轮顶圆直径在2 2倍轴径以下时，倍轴径以下时，由于齿轮与轴之间的联接所限，常由于齿轮与轴之间的联接所限，常制成轴齿轮的形式。为了提高承载制成轴齿轮的形式。为了提高承载能力，齿轮一般都采用优质合金钢能力，齿轮一般都采用优质合金钢制造。制造。图图11 11 联轴器的安装位置联轴器的安装位置齿轮箱轴伸部位的密封一方面应能齿轮箱轴伸部位的密封一方面应能防止润滑油外泄，同时也能防止杂防止润滑油外泄，同时也能防止杂质进入箱体内。质进入箱体内。三、密封三、密封常用的密封分为非接触式密封和接常用的密封分为非接触式密封和接触式密封两种。触式密封两种。1 1非接触式密封非接触式密封 所有的非接触式所有的非接触式密封不会产生磨损，使用时间长。密封不会产生磨损，使用时间长。2 2接触式密封接触式密封 接触式密封使用的接触式密封使用的密封件应密封可靠、耐久、摩擦阻密封件应密封可靠、耐久、摩擦阻力小、容易制造和装拆，应能随压力小、容易制造和装拆，应能随压力的升高而提高密封能力和有利于力的升高而提高密封能力和有利于自动补偿磨损。自动补偿磨损。四、齿轮箱的润滑、冷却四、齿轮箱的润滑、冷却齿轮箱的润滑十分重要，良好的润齿轮箱的润滑十分重要，良好的润滑能够对齿轮和轴承起到足够的保滑能够对齿轮和轴承起到足够的保护作用。护作用。为此，必须高度重视齿轮箱的润滑为此，必须高度重视齿轮箱的润滑问题，严格按照规范保持润滑系统问题，严格按照规范保持润滑系统长期处于最佳状态。齿轮箱常采用长期处于最佳状态。齿轮箱常采用飞溅润滑或强制润滑，一般以强制飞溅润滑或强制润滑，一般以强制润滑为多见。润滑为多见。偏航系统偏航系统偏航系统是为了在风向发生变化时，偏航系统是为了在风向发生变化时，通过控制系统的命令使叶轮对准主通过控制系统的命令使叶轮对准主风向。一般风机在机舱后部有两个风向。一般风机在机舱后部有两个互相独立的传感器互相独立的传感器(风速计和风向标风速计和风向标)。自然界的风，不论是速度还是方向，自然界的风，不论是速度还是方向，都经常发生变化。对于水平轴风力都经常发生变化。对于水平轴风力机，为了得到最高的风能利用效率，机，为了得到最高的风能利用效率，应使风轮的旋转面经常对准风向，应使风轮的旋转面经常对准风向，为此，需要对风装置。为此，需要对风装置。当风向发生时，风向标登记这个方当风向发生时，风向标登记这个方位，并传递信号到控制器，然后控位，并传递信号到控制器，然后控制器控制偏航系统转动机舱制器控制偏航系统转动机舱 。风力机的偏航系统也称为对风装置，风力机的偏航系统也称为对风装置，其作用在于当风速矢量的方向变化其作用在于当风速矢量的方向变化时，能够快速平稳地对准风向，以时，能够快速平稳地对准风向，以便风轮获得最大的风能。便风轮获得最大的风能。图图1212是一些典型对风装置。采用方是一些典型对风装置。采用方法主要有（法主要有（a a）用尾舵控制对风；）用尾舵控制对风；（b b）在风力机两侧装有控制方向的）在风力机两侧装有控制方向的小型舵轮；（小型舵轮；（c c）用专门设计的风向）用专门设计的风向传感器和伺服电机相结合。多用于传感器和伺服电机相结合。多用于大型风力机。大型风力机。图图12 12 对风装置对风装置中小型风机可用舵轮作为对风装置，中小型风机可用舵轮作为对风装置，其工作原理大致如下：当风向变化其工作原理大致如下：当风向变化时，位于风轮后面两舵轮（其旋转时，位于风轮后面两舵轮（其旋转平面与风轮旋转平面相垂直）旋转，平面与风轮旋转平面相垂直）旋转，并通过一套齿轮传动系统使风轮偏并通过一套齿轮传动系统使风轮偏转，当风轮重新对准风向后，舵轮转，当风轮重新对准风向后，舵轮停止转动，对风过程结束。停止转动，对风过程结束。大中型风力机一般采用电动的偏航大中型风力机一般采用电动的偏航系统来调整风轮并使其对准风向。系统来调整风轮并使其对准风向。偏航系统一般包括感应风向的风向偏航系统一般包括感应风向的风向标，偏航电机，偏航行星齿轮减速标，偏航电机，偏航行星齿轮减速器，回转体大齿轮等。器，回转体大齿轮等。风向标作为感应元件将风向的变化风向标作为感应元件将风向的变化用电信号传递到偏航电机的控制回用电信号传递到偏航电机的控制回路的处理器里，经过比较后处理器路的处理器里，经过比较后处理器给偏航电机发出顺时针或逆时针的给偏航电机发出顺时针或逆时针的偏航命令。偏航命令。为了减少偏航时的陀螺力矩，电机为了减少偏航时的陀螺力矩，电机转速将通过同轴联接的减速器减速转速将通过同轴联接的减速器减速后，将偏航力矩作用在回转体大齿后，将偏航力矩作用在回转体大齿轮上，带动风轮偏航对风，当对风轮上，带动风轮偏航对风，当对风完成后，风向标失去电信号，电机完成后，风向标失去电信号，电机停止工作，偏航过程结束。停止工作，偏航过程结束。刹车系统刹车系统风风机机刹刹车车常常用用于于安安全全系系统统.也也用用于于静静止止或或正正常常运运行行。刹刹车车一一般般采采用用机机械械的的、电电气气的的及及空空气气力力，使使风风机机安安全全可靠停止运行。可靠停止运行。刹刹车车闸闸通通常常设设置置在在高高速速轴轴或或低低速速闸闸上。上。设设置置在在高高速速轴轴有有以以下下优优点点刹刹车车力力矩矩较较小小，刹刹车车力力矩矩与与齿齿轮轮箱箱的的变变比比有有关关系系；齿齿轮轮箱箱可可带带集集成成风风轮轮支支撑撑。但但同同时时它它也也存存在在不不足足，制制动动载载荷荷大大，对齿轮箱冲击大，安全性也较差。对齿轮箱冲击大，安全性也较差。设设置置在在低低速速闸闸上上有有以以下下优优点点:有有较较大大的的制制动动力力矩矩作作用用在在低低速速轴轴上上，刹刹车车较较可可靠靠，刹刹车车时时产产生生的的制制动动载载荷荷不不会会作作用用在在齿齿轮轮箱箱上上；但但同同时时它它也也存存在在不不足足，所所需需刹刹车车力力矩矩大大，且且闸闸体体支排材料好。支排材料好。国产化风机是由空气制动闸和高速国产化风机是由空气制动闸和高速轴上、下两套闸体构成。其中，高轴上、下两套闸体构成。其中，高速刹车闸较空气制动闸更为重要。速刹车闸较空气制动闸更为重要。图图1313风机在停机状况时，闸体在弹簧力风机在停机状况时，闸体在弹簧力作用下使闸垫与圆闸盘接触，由于作用下使闸垫与圆闸盘接触，由于磨擦力作用在闸垫与圆闸盘上。使磨擦力作用在闸垫与圆闸盘上。使风机不能起动，在无故障或风速到风机不能起动，在无故障或风速到达起动风速时，液压泵工作，当液达起动风速时，液压泵工作，当液压站系统压力大于弹簧力时，上、压站系统压力大于弹簧力时，上、下闸体分别于圆闸盘分离，风机自下闸体分别于圆闸盘分离，风机自由旋转由旋转。高速轴设置刹车闸最大的弊端高速轴设置刹车闸最大的弊端:齿轮齿轮箱经常过载，由于风轮制动时叶片箱经常过载，由于风轮制动时叶片不连贯停顿，动态载荷使齿轮箱内不连贯停顿，动态载荷使齿轮箱内齿与齿来回碰撞，使齿牙长期受弯齿与齿来回碰撞，使齿牙长期受弯曲应力。曲应力。为了避免上述情况，保护刹车片，为了避免上述情况，保护刹车片，刹车力矩的设定及恒定，是至关重刹车力矩的设定及恒定，是至关重要的，只有刹车力矩恒定，风机在要的，只有刹车力矩恒定，风机在制动过程才能保持柔性。制动过程才能保持柔性。控制与安全系统控制与安全系统控制与安全系统是风力发电机组安控制与安全系统是风力发电机组安全运行的大脑指挥中心，控制系统全运行的大脑指挥中心，控制系统的安全运行就是保证了机组安全运的安全运行就是保证了机组安全运行，通常风力发电机组运行所涉及行，通常风力发电机组运行所涉及的内容相当广泛就运行工况而言，的内容相当广泛就运行工况而言，包括起动、停机、功率调解、变速包括起动、停机、功率调解、变速控制和事故处理等方面的内容。控制和事故处理等方面的内容。功率调节功率调节定浆距功率调节：定浆距功率调节：根据异步发电机转速与同步转速的根据异步发电机转速与同步转速的转差率来调节功率的输出及风轮转转差率来调节功率的输出及风轮转速。速。变浆距功率调节：变浆距功率调节：根据测量风速和测量风轮转速调节根据测量风速和测量风轮转速调节浆叶安装角的变化和变化速度来控浆叶安装角的变化和变化速度来控制功率的输出及转速。制功率的输出及转速。顺序控制顺序控制 迎风机构的控制：迎风机构的控制：根据风向传感器的信号控制迎风机根据风向传感器的信号控制迎风机构的伺服电动机正反转来驱动机舱构的伺服电动机正反转来驱动机舱转盘，使机舱旋转跟随迎风。转盘，使机舱旋转跟随迎风。为防止机舱向某一方向旋转过多，为防止机舱向某一方向旋转过多，设置电缆纽转传感器，当转盘旋转设置电缆纽转传感器，当转盘旋转到某一设定值时，向控制系统发出到某一设定值时，向控制系统发出信号，使电缆解除缠绕。信号，使电缆解除缠绕。异步电机大异步电机大/小电机的切换：小电机的切换：由于风力机的输出功率与风速率的由于风力机的输出功率与风速率的3 3次方成正比，随着风速的变化，电次方成正比，随着风速的变化，电机输出功率将在大范围内变化。机输出功率将在大范围内变化。为使电机能高效率地运行，风力发为使电机能高效率地运行，风力发电机常配置双电机或双绕组电机，电机常配置双电机或双绕组电机，以适应不能的风速段。解决电机切以适应不能的风速段。解决电机切换过程的瞬变电流，是此切换控制换过程的瞬变电流，是此切换控制功能的主要内容。功能的主要内容。机组的起动与停机：机组的起动与停机：机组能在控制系统的控制下，按照机组能在控制系统的控制下，按照风力机组起动风力机组起动/停止的顺序来控制机停止的顺序来控制机组的起动组的起动/停止。停止。紧急停机控制：紧急停机控制：对变浆距风力发电机组，通过应急对变浆距风力发电机组，通过应急顺浆机构和变速传动机构中的气顺浆机构和变速传动机构中的气(液液)动制动装置的动作来实现紧急停机。动制动装置的动作来实现紧急停机。对定浆距风力发电机组，通过叶尖对定浆距风力发电机组，通过叶尖气动刹车机构和变速传动机构中的气动刹车机构和变速传动机构中的气气(液液)动制动装置的动作来实现紧动制动装置的动作来实现紧急停机。急停机。自动并网自动并网/解列控制：解列控制：风力发电机的并网控制和风力发电风力发电机的并网控制和风力发电机的类型有关，主要用于线路投切机的类型有关，主要用于线路投切和机组并网，它通过交流量的采样，和机组并网，它通过交流量的采样，开关量输入和输出，以及各种手开关量输入和输出，以及各种手/自自动操作，达到交流信号的检同期和动操作，达到交流信号的检同期和自动同期功能；自动同期功能；风力发电机组在启停过程中，机组风力发电机组在启停过程中，机组各部件将受到剧烈的机械应力的变各部件将受到剧烈的机械应力的变化，而对安全运行起决定因素是风化，而对安全运行起决定因素是风速变化引起的转速的变化。所以转速变化引起的转速的变化。所以转速的控制是机组安全运行的关键。速的控制是机组安全运行的关键。风力发电机组组的运行是一项复杂风力发电机组组的运行是一项复杂的操作，涉及的问题很多，如风速的操作，涉及的问题很多，如风速的变化、转速的变化、温度的变化、的变化、转速的变化、温度的变化、振动等都是直接威胁风力发电机组振动等都是直接威胁风力发电机组的安全运行。的安全运行。塔架与基础塔架与基础 为了让风轮在地面上较高的风速中为了让风轮在地面上较高的风速中运行，需要用塔架把风轮支撑起来。运行，需要用塔架把风轮支撑起来。塔架在风力发电机中主要起支撑作塔架在风力发电机中主要起支撑作用，同时吸收机组震动。用，同时吸收机组震动。这时塔架承受两个载荷：一个是风这时塔架承受两个载荷：一个是风力机重力，向下压在塔架上，一个力机重力，向下压在塔架上，一个是阻力，使塔架向风的下游方向弯是阻力，使塔架向风的下游方向弯曲曲。塔架主要分为塔筒状和桁架式。塔塔架主要分为塔筒状和桁架式。塔架所用材料，可以是铁管，或其他架所用材料，可以是铁管，或其他圆柱结构，也可以采用钢材做成的圆柱结构，也可以采用钢材做成的桁架结构。桁架结构。锥型圆筒状塔架锥型圆筒状塔架国国外外引引进进及及国国产产机机组组绝绝大大多多数数采采用用塔塔筒筒式式结结构构。这这种种结结构构的的优优点点是是刚刚性性好好，冬冬季季人人员员登登塔塔安安全全，连连接接部部分分的的螺螺栓栓与与桁桁架架式式塔塔相相比比要要少少的的多多，维护工作量少，便于安装和调整。维护工作量少，便于安装和调整。目目前前我我国国完完全全可可以以自自行行生生产产塔塔架架，有有些些达达到到了了国国际际先先进进水水平平。40m40m塔塔筒筒主主要要分分上上下下两两段段，安安装装方方便便。一一般般两两者者之之间间用用法法兰兰及及螺螺栓栓连连接接。塔塔筒筒材材料料多多采采用用Q235DQ235D板板焊焊接接而而成成，法法兰兰要要求求采采用用Q345Q345板板(或或Q235DQ235D冲冲压压)以以提提高层间抗剪切力。高层间抗剪切力。从从塔塔架架底底部部到到塔塔顶顶，壁壁厚厚逐逐步步减减小小，如如6 6、8 8、12mm12mm。从从上上到到下下采采用用5 50 0的的锥锥度度，因因此此塔塔筒筒上上每每块块钢钢板板都都要要计计算算好好尺尺寸寸再再下下料料。在在塔塔架架的的整整个个生生产产过过程程中中，对对焊焊接接的的要要求求很很高高，要要保保证证法法兰兰的的平平面面度度以以及及整整个个塔塔筒筒的的同同心。心。桁架式塔架桁架式塔架桁桁架架式式是是采采用用类类似似电电力力塔塔的的结结构构型型式式。这这种种结结构构风风阻阻小小，便便于于运运输输。但但组组装装复复杂杂，并并且且需需要要每每年年对对塔塔架架上上的的螺螺栓栓进进行行紧紧固固，工工作作量量很很大大。冬季爬塔条件恶劣。冬季爬塔条件恶劣。桁架式桁架式多采用多采用l6Mnl6Mn钢材料的角钢结钢材料的角钢结构构(热镀锌热镀锌)，螺栓多采用高强型，螺栓多采用高强型(10.9(10.9级级)。它更适于南方海岛使用，。它更适于南方海岛使用，特别是阵风大、风向不稳定的风场特别是阵风大、风向不稳定的风场使用，桁架塔更能吸收机组运行中使用，桁架塔更能吸收机组运行中产生的扭矩和振动。产生的扭矩和振动。塔架与地基的连接塔架与地基的连接塔塔架架与与地地基基的的连连接接主主要要有有两两种种型型式式：一一种种是是地地脚脚螺螺栓栓。地地脚脚螺螺栓栓除除要要求求塔塔架架底底法法兰兰螺螺孔孔有有良良好好的的精精度度外外，要要求求地地脚脚螺螺栓栓强强度度高高，在在地地基基中中需需要要良良好好定定位位，并并且且在在底底法法兰兰与与地地基基间还要打一层膨胀水泥。间还要打一层膨胀水泥。一一种种是是地地基基环环。地地基基环环则则要要加加工工一一个个短短段段塔塔架架并并要要求求良良好好防防腐腐放放入入地地基基，塔塔架架底底段段与与地地基基采采用用法法兰兰直直接接对法兰连接，便于安装。对法兰连接，便于安装。海上风电场的基础结构海上风电场的基础结构 单桩固定式单桩固定式单桩固定式基础现在已经逐渐成为风电单桩固定式基础现在已经逐渐成为风电机组安装的一种标准方案，并已经在许机组安装的一种标准方案，并已经在许多大型风电场中采用。此方案的最大优多大型风电场中采用。此方案的最大优点在于它的简易性点在于它的简易性利用打桩、钻孔或利用打桩、钻孔或喷冲的方法将桩基安装在海底泥沙以下喷冲的方法将桩基安装在海底泥沙以下一定的深度，通过调整片或护套来补偿一定的深度，通过调整片或护套来补偿打桩过程中的微小倾斜以保证基础的平打桩过程中的微小倾斜以保证基础的平正。正。三腿或多腿固定式三腿或多腿固定式此方案用于水深超过此方案用于水深超过30m30m的条件。较的条件。较单桩固定式更为坚固和多用，但其单桩固定式更为坚固和多用，但其成本较高，移动性也不好。成本较高，移动性也不好。混凝土重力固定式混凝土重力固定式这是海上风电采用的第一种结构，这是海上风电采用的第一种结构，它主要是靠体积庞大的混凝土块的它主要是靠体积庞大的混凝土块的重力来固定风机的位置。这种方案重力来固定风机的位置。这种方案使用方便，而且适用于各种海床土使用方便，而且适用于各种海床土质。质。钢制重力固定式钢制重力固定式当把钢制基座固定之后，向其内部当把钢制基座固定之后，向其内部填充重矿石以增加重量。虽然此方填充重矿石以增加重量。虽然此方案也适用于所有海床土质，但其抗案也适用于所有海床土质，但其抗腐蚀性较差，需要长期保护。腐蚀性较差，需要长期保护。桶式基础桶式基础这种基础是将其放置在海床上之后，这种基础是将其放置在海床上之后，抽空内部的海水，靠周围海水所产抽空内部的海水，靠周围海水所产生的压力将其固定在海床上。此种生的压力将其固定在海床上。此种基础节省了钢材用量和海上施工时基础节省了钢材用量和海上施工时间，降低了生产、运输、安装成本。间，降低了生产、运输、安装成本。浮置式浮置式浮置式基础适用于浮置式基础适用于50m50m100m100m的水深，的水深，其成本较低，而且能够扩展现有海其成本较低，而且能够扩展现有海上风电场的范围。但是，由于其不上风电场的范围。但是，由于其不稳定，意味着仅能适用于海浪较低稳定，意味着仅能适用于海浪较低的情况。的情况。塔塔架架的的选选型型原原则则应应充充分分考考虑虑外外形形美美观观、刚刚性性好好、便便于于维维护护、冬冬季季登登塔塔条件好等特点（特别在中国北方条件好等特点（特别在中国北方)。在选择塔架时，还要考虑运输和塔在选择塔架时，还要考虑运输和塔架成本等问题。架成本等问题。储能装置储能装置 储能装置对孤立运行的小型风力机储能装置对孤立运行的小型风力机是十分重要的。其储能方式有两种。是十分重要的。其储能方式有两种。1.1.热能储存。只要使用电阻式电热热能储存。只要使用电阻式电热器就可将电能变成热能器就可将电能变成热能,用热水将其用热水将其储存起来。储存起来。2.2.化学能储存。蓄电池是化学储能化学能储存。蓄电池是化学储能的典型方式。的典型方式。铅铅酸酸蓄蓄电电池池的的单单片片电电压压为为2 2伏伏，在在使使用用中中，往往往往把把几几个个蓄蓄电电池池串串联联或或并并联起来。联起来。蓄电池的容量用安时（蓄电池的容量用安时（AhAh）表示。）表示。蓄电池的电压随着放电逐渐下降，蓄电池的电压随着放电逐渐下降，并且在放电后期电压大幅度下降，并且在放电后期电压大幅度下降，所以铅酸蓄电池的电压在所以铅酸蓄电池的电压在1.41.41.81.8伏的范围内必须停止使用。伏的范围内必须停止使用。蓄电池能够多次反复使用，但经过蓄电池能够多次反复使用，但经过若干次放电周期后，蓄电池的容量若干次放电周期后，蓄电池的容量老化到标准值的老化到标准值的80%80%以下时，便不能以下时，便不能继续使用。铅酸蓄电池的使用寿命继续使用。铅酸蓄电池的使用寿命为为1 12020年左右。年左右。蓄电池的电压在不用时会逐渐降低，蓄电池的电压在不用时会逐渐降低，平均每个月自身放电平均每个月自身放电20%20%左右。温度左右。温度越高，蓄电池越旧以及铅酸蓄电池越高，蓄电池越旧以及铅酸蓄电池电解液的比重越大，其自身放电也电解液的比重越大，其自身放电也越严重。越严重。蓄电池的充放电特性在低温状态下蓄电池的充放电特性在低温状态下明显下降。并且蓄电池必须放在通明显下降。并且蓄电池必须放在通风的地方风的地方,因为蓄电池在充电时会产因为蓄电池在充电时会产生氢气和氧气，不通风易造成氢气生氢气和氧气，不通风易造成氢气爆炸。爆炸。在使用蓄电池时要注意下列事项：在使用蓄电池时要注意下列事项：1.1.防防止止过过充充、过过放放电电，因因过过充充、过过放放电会降低蓄电池的寿命。电会降低蓄电池的寿命。2.2.避避免免在在高高温温下下使使用用。因因高高温温会会使使蓄蓄电池寿命显著缩短。电池寿命显著缩短。3.3.避避开开火火源源。因因蓄蓄电电池池产产生生氢氢气气，易易引起爆炸。引起爆炸。4.4.电解液要注意及时添蒸馏水。电解液要注意及时添蒸馏水。逆变器逆变器 逆变器是一种将直流电变成交流电逆变器是一种将直流电变成交流电的装置。现在有很多电气设备，如的装置。现在有很多电气设备，如电动机、电视以及其它音响设备都电动机、电视以及其它音响设备都要求要求120120220V220V的交流电，就