任务大型风力发电机组结构认知

任务1.2大型风电机组结构认知山东职业学院机电装备系新能源应用技术教研室

《风力机组安装与调试》

主讲教师：张为宾项目一风电机组结构认知任务描述：了解大型风电机组工作原理，认识1.5MW风电机组组成，能够说出1.5MW风电机组的各组成结构及作用，并列出1.5MW风电机组的零部件明细表。提交成果：1.5MW风电机组的零部件明细表项目课程过程性表格文件1、能够根据风机技术要求，进行风电机组的结构选型，并能够列出风电机组的零部件清单；2、在进行风机装配工作之前，学会查阅安装工艺书，并识读安装零部件清单及装配图。1、了解大型风电机组的工作原理；2、掌握风电机组的各组成部分结构及作用。1、形成质量意识、团队意识和创新意识；2、养成良好的劳动习惯和卫生习惯；3、具有爱岗敬业、诚实守信等良好品质。知识目标素质目标能力目标大型风电机组结构组成典型风电机组结构认知操作指导子任务1大型风电机组结构组成一、工作原理

风力发电机组（简称风电机组、机组）是将风的动能转换为电能的系统。在风力发电机组中，存在两种物质流，一种能量流，另一种是信息流。两者的相互作用，使机组完成发电功能。一、工作原理1、能量流

当风以一定的速度吹向风力机时，在风轮上产生的力矩驱动风轮转动。将风的动能变成风轮转动的动能，两者属于机械能。1）风能的输出功率为：P1=M1Ω1式中，P1——风轮的输出功率，单位为W；

M1——风轮的输出转矩，单位为Nm；Ω1——风轮的角速度，单位为rad/s。一、工作原理

2）主传动系统的输出功率

风轮的输出功率通过主传动系统传递。主传动系统可使转矩和转速发生变化，于是有P2=M2Ω2=M1Ω1η1式中，P2——主传动系统的输出功率，单位为W；

M2——主传动系统的输出转矩，单位为Nm；

Ω2——主传动系统的输出角速度，单位为rad/s；η1——主传动系统总效率。一、工作原理

一、工作原理2、信息流

信息流的传递是围绕控制系统进行的。控制系统的功能是过程控制和安全保护。过程控制包括起动、运行、暂停、停止等。在出现恶劣的外部环境和机组零部件突然失效时应该紧急关机。风速、风向、风力发电机的转速、发电功率等物理量通过传感器变成电信号传给控制系统，他们是控制系统的输入信息。控制系统随时对输入信息进行加工和比较，及时地发出控制指令，这是控制系统的输出信息。对于变桨距机组，档风速大于额定风速时，控制系统发出变桨距指令，通过变桨距系统改变风轮叶片的桨距角，从而控制风电机组输出功率。在起动和停止的过程中，也需要改变叶片的桨距角。一、工作原理对于变速型机组，当风速小于额定风速时，控制系统可以根据风的大小发出改变发电机转速的指令，以便使风力发电机最大限度地捕获风能。当风轮的轴向与风向偏离时，控制系统发出偏航指令，通过偏航系统校正风轮轴的指向，使风轮始终对准来风方向。当需要停机时，控制系统发出关机指令，除了借助变桨距制动职务，还可以通过安装在传动轴上的制动装置实现制动。实际上，风电机组中，能量流和信息流组成了闭环控制系统。同时，变桨距系统、偏航系统等组成了若干闭环的子系统，实现相应的控制功能。二、风电机组构成1、风电机组的构成风轮——叶片和轮毂组成。叶片具有空气动力外形，在气流作用下产生力矩驱动风轮转动，通过轮毂将转动输入到主传动系统。机舱——由底盘、整流罩和机舱罩组成，底盘上安装除主控制器以外的主要部件。机舱罩后部的上方装有风速和风向传感器，舱壁上有隔音和通风装置等，底部与塔架连接。塔架——支撑机舱达到所需要的高度，其上安置发电机和主控制器之间的动力电缆、控制和通信电缆，还装有供操作人员上下机舱的扶梯，大型机组还设有升降梯。基础——钢筋混凝土结构，根据当地地质情况设计成不同的形式。其中心预置与塔架连接的基础部件，保证将风电机组牢牢地固定在基础上，基础周围还要设置预防雷击的接地装置。二、风电机组构成

变桨距、变速型的风电机组内部结构二、风电机组构成基本部分组成：1）变桨距系统

——设在轮毂之中。对于电力变桨距系统来说，包括变桨电动机、变桨控制器、电池盒等。2）发电系统——包括发电机、变流器等。3）主传动系统

——包括主轴及主轴承、齿轮箱、高速轴和联轴器等。4）偏航系统——包括偏航电动机、减速器、变距轴承、制动机构等。5）控制系统——包括传感器、电气设备、计算机控制系统和相应软件。6）液压制动系统——主要为高速轴上的制动装置、偏航制动装置提供液压动力。包括液压站、输油管和执行机构。7）冷却系统

——为了实现齿轮箱、发电机、变流器的温度控制，设有循环油冷却风扇和加热器。8）润滑系统

——实现传动部件的润滑。子任务2典型风电机组结构1、北车1.5MW风机结构简图一、风电机组参数2、北车风电风机的技术参数额定功率（千瓦）

1500额定风速（m/s）

10.5/11叶片直径（m）

82/77叶片长度(m)

40.3/37.5叶片转速(r/min)17.4/18.6叶片材料

玻璃纤维增强树脂轮毂高度(m)

75/70机舱重量(t)

57风轮重量(t)

35机舱宽度（m）

9.5X3.5X3.5变流器的位置

塔底变压器的位置

外塔机舱底座

铸造设计齿轮箱原理

一级行星两级平行轴/两级行星一级平行轴变桨距控制系统

3个独立的电动变桨叶偏航系统

2个偏航电力驱动第一安全系统

桨叶全顺桨第二安全系统

机械制动一、风电机组参数发电机总的额定输出功率..............1567KW控制转速范围................1097rpm–1945rpm软件控制的超速值（并网情况下）..1945rpm硬件控制的超速值（并网情况下）...2030rpm额定转速........................................1735rpm极对数................................................4转子功率.......................................约600KW相数.......................................................3定子电压...................................690V±10%正常转子电压....................................690V设备具有低电压穿越功能一、风电机组参数二、叶轮结构叶轮：由叶片和轮毂组成的。叶片：具有空气动力学形状，使叶轮转动，将风能转化为机械能的主要构件。同时，叶片是决定风力发电机的风能转换效率、安全可靠运行的关键部件。轮毂：固定叶片位置，并能将叶片组件安装在叶轮轴上的装置。由于叶片尺寸较大，为了便于运输，叶轮叶片一般在风电场现场进行组装。而轮毂一般在总装车间进行装配。叶轮1二、叶轮结构叶片是风力机最重要的部件之一。它的平面形状与剖面几何形状和风力机空气动力特性密切相关,特别是剖面几何形状即翼型气动特性的好坏,将直接影响风力机的捕风效率。制造叶片的材料有玻璃纤维增强塑料（GFRP）、碳纤维增强塑料（CFRP）、木材、钢和铝。目前，水平轴风力发电机组的叶轮叶片数一般是2片或3片，其中3片占多数。叶片2二、叶轮结构轮毂系统主要组成包括：轮毂变桨轴承变桨控制系统变桨润滑系统轮毂罩轮毂3二、叶轮结构轮毂总成主要零部件二、偏航系统1、偏航系统功能主要功能：1）迎风功能：与风力发电机组控制系统相互配合，使风力发电机组的风轮始终处于迎风状态，充分利用风能，提高风力发电机组的发电效率；2）锁紧功能：提供必要锁紧力矩，以保障风力发电机组的安全运行；3）解缆功能：机舱在反复调整方向的过程中，有可能发生沿着同一方向累计转了许多圈，造成机舱与塔底之间的电缆扭绞，因此偏航系统应具备解缆功能。二、偏航系统2、偏航系统分类偏航系统一般分为主动偏航系统和被动偏航系统。

1）被动偏航——指的是依靠风力通过相关机构完成机组风轮对风动作的偏航方式，常见的有尾舵、舵轮和下风向三种；

2）主动偏航——指的是采用电力或液压拖动来完成对风动作的偏航方式，常见的有齿轮驱动和滑动两种形式。对于并网型风力发电机组来说，通常都采用主动偏航的齿轮驱动形式。二、偏航系统3、偏航系统安装图风力发电机组的机舱与偏航轴承内圈用螺栓紧固相连；偏航轴承的外齿圈与风力发电机组塔架固接；在机舱底板上装有盘式制动装置，以塔架顶部法兰为制动盘。调向是通过两组或多组偏航驱动机构完成的。外齿形式偏航系统安装图二、偏航系统二、偏航系统偏航系统执行机构

偏航系统执行机构一般由偏航轴承、偏航驱动装置、偏航制动器、偏航液压回路等部分组成。偏航轴承与齿圈是一体的，根据齿圈位置不同，可以分为外齿形式和内齿形式两种。二、偏航系统三、传动系统传动系统传动系统由旋转部件组成，主要包括主轴、主轴承、齿轮箱和联轴器。叶轮的转速一般在10～30r/min范围内，轮毂与主轴固定连接，将叶轮的扭矩传递给齿轮箱。通过齿轮箱增速到发电机的同步转速1500r/min(或1000r/min)，经高速轴、联轴器驱动发电机旋转。三、传动系统主轴主轴轴承三、传动系统三、传动系统主轴承室三、传动系统主轴总成与齿轮箱组装齿轮箱三、传动系统三、传动系统高速制动器三、传动系统高速轴联轴器后机舱四、发电机发电机外形四、发电机四、发电机发电机发电机基本结构定子轴承转子滑环编码器轴承四、发电机四、发电机弹性支撑液压系统液压站液压蓄能器风轮制动高速轴刹车液压偏航制动器五、液压系统子任务3操作指导小组分工组号分工人数姓名角色职责组长1XX班班长小组统筹规划，负责组内活动组织，资料整理、成果汇报，完成本组终检，并协助老师完成考核