风力发电机组机械系统

1、 风力发电风力发电机组机械系统机组机械系统 华能河北清洁能源分公司华能河北清洁能源分公司 涿鹿风电场 1 1 组成与原理结构组成与原理结构 2 2 传动系统传动系统 3 3 偏航、变桨系统偏航、变桨系统 4 4 液压、润滑系统液压、润滑系统 5 5 制动系统制动系统 6 6 冷却系统冷却系统 7 7 塔架结构塔架结构 CWT2000型机组为我方自主设计的具有完全自主知识产权的变速恒频 风力发电机组，该机组采用三叶片、上风向、水平轴、双馈异步发电机、 电动变桨距、变速恒频逆变器并网设计。其结构图如下： 1轮毂总成；2轴承座组成；3偏航驱动；4偏航轴承；5底架；6弹性支 撑；7齿轮箱；8联轴器；9

2、机舱柜；10发电机；11机舱罩；12气象桅杆 CWT2000风电机组传动链采用传统的三点支撑方式。主轴 通过一个调心滚子轴承封装在一个轴承座里，主轴另一端通 过涨紧套与齿轮箱低速轴端相连。齿轮箱高速轴与发电机通 过弹性膜片式联轴器相连，并要精确对中。 CWT2000风力发电机组齿轮箱采用一级行星+两级平行轴 齿轮箱结构，该齿轮箱的特点是结构紧凑，在同样增速比条 件下比传统齿轮箱体积小，有效节省机舱空间。同时采用新 型号的轴承以及较高的齿轮精度，保证齿轮箱在整个工作范 围内都有较高的传动效率，性能先进。 齿轮箱减振支撑的弹性体安装在齿轮箱两侧的扭力臂上， 每台四件，此处弹性支撑非常关键，采用轴瓦

3、结构。齿轮箱 减振系统能够承受径向和轴向的冲击载荷，有着良好的阻尼 及减振性能。齿轮箱减震支撑在工作过程中主要承受齿轮箱 的重量、低速轴的扭转载荷和冲击载荷。 高速联轴器联接齿箱输出轴与发电机主轴，配带制动盘， 是一种扭向刚性的钢膜片联轴器，它有非常优异的纠偏性能。 所配的风电绝缘过载保护器具备非常可靠的绝缘保护和过载 保护功能，从而实现齿轮箱和发电机进行长期有效的保护。 偏航系统采用主动电驱齿轮传动偏航，由偏航轴承、偏 航驱动装置、偏航制动器、偏航计数器、纽缆保护装置、偏 航液压回路等部分组成。主要作用包括：自动对风捕获更多 风能；配备液压制动器，提供必要的锁紧力矩，保证机组稳 定运行。偏航

4、装置根据风速风向仪测得的信号，通过同步控 制的四套驱动电机，实现机舱绕着固定在塔架上的偏航轴承 齿圈转动。 设有偏航计数器，自动监控偏航角度，偏航装置设置限 位，能够自动解缆。 偏航系统设有润滑装置，以保证轴承滚道、驱动齿轮和 偏航齿圈的润滑，润滑油脂均具有耐低温特性。 主要功能：控制桨叶的角度以实现预定的发电功率及叶 轮转速；当风机需要停机时，变桨系统能够将桨叶转到预定 位置来实现空气动力刹车。CWT2000风电机组变桨系统采用 电动变桨，每个叶片具有独立的变桨机构。在风速大于额定 风速时，调节桨叶节距，改变气流对叶片攻角，从而改变风 电机组获得的空气动力转矩，使功率输出保持稳定。在风速 小

5、于额定风速时，桨叶可以转动到合适的角度，使风轮获得 最大的空气动力转矩，尽可能多地获取风能。风电机组需要 脱离电网时，变桨系统快速转动叶片使之减小风能吸收，降 低风轮转速，使风电机组运行更稳定、更安全。 变桨系统的功能是通过控制变桨电机转动使桨叶达到指 定位置。在正常情况下，所有的停机程序都有风机主控来控 制，系统内置后备电源，实现电网掉电时变桨系统控制叶片 顺桨所需的驱动供电和控制系统的不间断供电功能。在发生 通讯故障或变桨自身故障的情况下，由变桨驱动系统独立执 行停机。在紧急顺桨时由变频器驱动电机快速顺桨；当电网 掉电时需要有后备电源给变桨驱动供电，因此系统包含后备 电源以保证在最恶劣的情

6、况下停机过程完成。限位开关可保 证叶片在顺桨位置停机。 液压系统为高速轴钳盘刹车、偏航刹车系统及风轮锁 销提供液压控制。 液压系统有采用常态安全设计，有良好的操作性和稳 定性。当发生误动时可有效做出安全响应。根据不同的使 用环境，液压系统有良好的防高温和防冻措施。液压系统 设计时已充分考虑各种安全保护装置，比如设置手动泵、 储能器、压力、液位、温度保护等等，液压系统内还配备 加热器，保证系统能够在低温正常启动。其原理图如下： 集中润滑系统可分为二个子系统：变桨轴承及齿轮润滑系统、 主轴承+偏航轴承及偏航齿轮润滑系统。系统均采用递进式结构 设计，润滑泵配有控制面板，可根据需要手动设置工作、间歇

7、时间；配有低油位报警系统，当润滑泵油位低于设定值时，系 统会给主控系统发出报警信号。一级分配器配有堵塞信号报警 系统，当发生堵塞情况时，其会发出一个高频信号给主控系统。 变桨轴承及齿轮润滑系统采用一套8kg润滑泵，含有38个 变桨轴承润滑点，38个集油瓶，38个润滑小齿。变桨润滑 系统由1个主泵通过泵芯及安全阀连接至一块6出口的一级分配 器,再由一级分配器的6个出口整合成3个出口连接至二级分配器， 二级分配器共10个出口，其中8个进入轴承管道，其余2口合为1 口后连接到润滑小齿轮。滚道与润滑小齿油量比为4:1。主轴承 +偏航轴承及偏航齿轮润滑系统也采用一套8kg润滑泵，含有4个 主轴承润滑点，

8、8个偏航轴承润滑点， 8个偏航集油瓶，2个润 滑小齿。润滑系统由1个主泵通过泵芯及安全阀连接至一块8出 口的一级分配器,再由8个出口整合为5出口后，4个进入主轴承 润滑点，1口进入二级分配器。二级分配器共12个出口，整合成 10个出口后，其中8个进入轴承管道，其余2口连接到润滑小齿 轮。主轴承、偏航轴承滚道与偏航润滑小齿油量比为9:2:1。 机组设计了两套独立的制动系统。一套是变桨系统，通 过变桨系统顺桨、通过叶片的空气阻力施加制动力矩，快速 降低风轮转速。另一套是高速轴制动系统，该系统采用液压 作为动力，对高速轴上的制动盘施加制动力矩进行制动，制 动摩擦片采用耐磨材 料，磨损小，同时控 制系

9、统对摩擦片的磨 损情况进行监控，当 过磨损时系统告警。 CWT2000风电机组采用强制冷却设置，其中齿轮箱冷却为油 空冷设计，其由电机、电动泵、过滤器、冷却器、管路等组成。 电动泵从齿轮箱吸油并向系统供油，润滑油经过过滤器FL01过 滤后其中OUT1直接经过冷却风扇进入齿轮箱分配器。另一路至 出口阀块，出口阀块中的温控阀TV01根据油温控制油液流出 OUT2油口的比例。当油温低于45时，OUT2油口全开。润滑油 经过滤后不经过冷却器直接进入齿轮箱分配器。当油温达到 45且继续升高。温控阀会随着油温的升高，逐渐关闭OUT2油 口，减少润滑油流出流出OUT2油口的比列。当油温高于60时， OUT2油口全部关闭，润滑油通过冷却器OL01冷却后再进入分配 器。原理图及冷却风扇控制图如下： 塔筒采用容性塔筒设计，采取上端 圆锥下端圆柱的形式，分4节设计，各 节