1、風機結構詳解(精華風電機結構 :機艙:機艙包含著風電機的關鍵設備, 包括齒輪箱、 發(fā)電機。 維護人員可以通過風電機塔進 入機艙。機艙左端是風電機轉子,即轉子葉片及軸。轉子葉片:捉獲風, 并將風力傳送到轉子軸心。 現(xiàn)代 600千瓦風電機上, 每個轉子葉片的測 量長度大約為 20米,而且被設計得很象飛機的機翼。軸心:轉子軸心附著在風電機的低速軸上。低速軸:風電機的低速軸將轉子軸心與齒輪箱連接在一起。 在現(xiàn)代 600千瓦風電機上, 轉子 轉速相當慢, 大約為 19至 30轉每分鐘。 軸中有用于液壓系統(tǒng)的導管, 來激發(fā)空氣動力閘的 運行。齒輪箱:齒輪箱左邊是低速軸,它可以將高速軸的轉速提高至低速軸的

2、50倍。高速軸及其機械閘:高速軸以 1500轉每分鐘運轉,并驅動發(fā)電機。它裝備有緊急機械閘, 用于空氣動力閘失效時,或風電機被維修時。發(fā)電機:通常被稱為感應電機或異步發(fā)電機。在現(xiàn)代風電機上,最大電力輸出通常為 500至 1500千瓦。偏航裝置:借助電動機轉動機艙, 以使轉子正對著風。 偏航裝置由電子控制器操作, 電子控 制器可以通過風向標來感覺風向。 圖中顯示了風電機偏航。 通常,在風改變其方向時, 風電 機一次只會偏轉幾度。電子控制器:包含一臺不斷監(jiān)控風電機狀態(tài)的計算機, 并控制偏航裝置。 為防止任何故障 (即 齒輪箱或發(fā)電機的過熱 ,該控制器可以自動停止風電機的轉動,并通過電話調(diào)制解調(diào)器來

3、 呼叫風電機操作員。液壓系統(tǒng):用于重置風電機的空氣動力閘。冷卻元件:包含一個風扇,用于冷卻發(fā)電機。此外,它包含一個油冷卻元件,用于冷卻齒輪 箱內(nèi)的油。一些風電機具有水冷發(fā)電機。塔:風電機塔載有機艙及轉子。通常高的塔具有優(yōu)勢,因為離地面越高,風速越大。現(xiàn)代 600千瓦風汽輪機的塔高為 40至 60米。它可以為管狀的塔,也可以是格子狀的塔。管狀的 塔對于維修人員更為安全, 因為他們可以通過內(nèi)部的梯子到達塔頂。 格狀的塔的優(yōu)點在于它 比較便宜。風速計及風向標:用于測量風速及風向。風電機發(fā)電機風電機發(fā)電機將機械能轉化為電能。 風電機上的發(fā)電機與你通常看到的, 電網(wǎng)上的發(fā)電設備 相比,有點不同。原因是,

4、發(fā)電機需要在波動的機械能條件下運轉。輸出電壓大型風電機(100-150千瓦通常產(chǎn)生 690伏特的三相交流電。然后電流通過風電機旁的變 壓器(或在塔內(nèi) ,電壓被提高至一萬至三萬伏,這取決于當?shù)仉娋W(wǎng)的標準。大型制造商可以提供 50赫茲風電機類型(用于世界大部分的電網(wǎng) ,或 60赫茲類型(用于 美國電網(wǎng) 。冷卻系統(tǒng)發(fā)電機在運轉時需要冷卻。 在大部分風電機上, 發(fā)電機被放置在管內(nèi), 并使用大型風扇來空 冷; 一部分制造商采用水冷。 水冷發(fā)電機更加小巧, 而且電效高, 但這種方式需要在機艙內(nèi) 設置散熱器,來消除液體冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量。啟動及停止發(fā)電機如果你通過彈開一個普通開關, 將大型風電機發(fā)電機與電網(wǎng)

5、連接或解開, 你很可能會損毀發(fā) 電機、齒輪箱及鄰近電網(wǎng)。發(fā)電機電網(wǎng)的設計風電機可以使用同步或異步發(fā)電機, 并直接或非直接地將發(fā)電機連接在電網(wǎng)上。 直接電網(wǎng)連 接指的是將發(fā)電機直接連接在交流電網(wǎng)上。 非直接電網(wǎng)連接指的是, 風電機的電流通過一系 列電力設備,經(jīng)調(diào)節(jié)與電網(wǎng)匹配。采用異步發(fā)電機,這個調(diào)節(jié)過程自動完成。轉子葉片轉子葉片輪廓(橫切面風電機轉子葉片看起來像航行器的機翼。 實際上, 轉子葉片設計師通常將葉片最遠端的部分 的橫切面設計得類似于正統(tǒng)飛機的機翼。 但是葉片內(nèi)端的厚輪廓, 通常是專門為風電機設計 的。 為轉子葉片選擇輪廓涉及很多折衷的方面, 諸如可靠的運轉與延時特性。 葉片的輪廓設

6、計,即使在表面有污垢時,葉片也可以運轉良好。轉子葉片的材質(zhì)大型風電機上的大部分轉子葉片用玻璃纖維強化塑料 (GRP 制造。 采用碳纖維或芳族聚酰 胺作為強化材料是另外一種選擇,但這種葉片對大型風電機是不經(jīng)濟的。木材、環(huán)氧木材、 或環(huán)氧木纖維合成物目前還沒有在轉子葉片市場出現(xiàn),盡管目前在這一領域已經(jīng)有了發(fā)展。 鋼及鋁合金分別存在重量及金屬疲勞等問題,他們目前只用在小型風電機上。風電機齒輪箱為什么要使用齒輪箱?風電機轉子旋轉產(chǎn)生的能量,通過主軸、齒輪箱及高速軸傳送到發(fā)電機。為什么要使用齒輪箱?為什么我們不能通過主軸直接驅動發(fā)電機?如果我們使用普通發(fā)電機,并使用兩個、四個或六個電極直接連接在 50赫

7、茲交流三相電網(wǎng) 上,我們將不得不使用轉速為 1000至 3000轉每分鐘的風電機。對于 43米轉子直徑的風電 機, 這意味著轉子末端的速度比聲速的兩倍還要高。 另外一種可能性是建造一個帶許多電極的交流發(fā)電機。 但如果你要將發(fā)電機直接連在電網(wǎng)上, 你需要使用 200個電極的發(fā)電機, 來 獲得 30轉每分鐘的轉速。另外一個問題是,發(fā)電機轉子的質(zhì)量需要與轉矩大小成比例。因 此直接驅動的發(fā)電機會非常重。更低的轉矩,更高的速度使用齒輪箱, 你可以將風電機轉子上的較低轉速、 較高轉矩, 轉換為用于發(fā)電機上的較高轉 速、 較低轉矩。 風電機上的齒輪箱, 通常在轉子及發(fā)電機轉速之間具有單一的齒輪比。 對于 6

8、00千瓦或 750千瓦機器,齒輪比大約為 1比 50。下圖顯示了用于風電機的 1.5兆瓦的齒輪箱。這個齒輪箱有些不同尋常,因為在高速點的兩 個發(fā)電機上安裝有法蘭。右側安裝在發(fā)電機下的橙黃色配件,是液壓驅動的緊急盤狀剎車。 在背景處你可以看到用于 1.5MW 風電機的機艙的下半部分風電機偏航裝置風電機偏航裝置用于將風電機轉子轉動到迎風的方向。偏航誤差當轉子不垂直于風向時, 風電機存在偏航誤差。 偏航誤差意味著, 風中的能量只有很少一部 分可以在轉子區(qū)域流動。 如果只發(fā)生這種情況, 偏航控制將是控制向風電機轉子電力輸入的 極佳方式。 但是, 轉子靠近風源的部分受到的力比其它部分要大。一方面, 這意味著轉子傾 向于自動對著風偏轉, 逆風或順風的汽輪機都存在這種情況。 另一方面, 這意味著葉片在轉 子每一次轉動時, 都會沿著受力方向前后彎曲。 存在偏航誤差的風電機, 與沿垂直于風向偏 航的風電機相比,將承受更大的疲勞負載。偏航機構幾乎所有水平軸的風電機都會強迫偏航。 即, 使用一個帶有電動機及齒輪箱的機構來保持風 電機對著風偏轉。 本圖顯示的是 750千瓦風電機上的偏航機構。 我們可以看到環(huán)繞外沿的偏 航軸承, 及內(nèi)部偏航馬達及偏航閘的輪子。 幾乎所有逆風設備的制造商都喜歡在不需要的情 況下,停止偏航機構。偏航機構由電子控制器來激發(fā)。電纜扭曲計