任务5.2 偏航系统的组成（电）202011

福建电力学院综合能源工程系

风电设备基础

风力发电机组及应用

授课教师：黄庆专教材:风电设备基础第五章机组偏航系统福建电力学院综合能源工程系

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偏航系统是水平轴式风力发电机组必不可少的组成系统之一。偏航系统的主要作用有两个:其一是与风力发电机组的控制系统相互配合,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；其二是提供必要的锁紧力矩,以保障风力发电机组的安全运行。风力发电机组的偏航系统一般分为主动偏航系统和被动偏航系统。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。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。福建电力学院综合能源工程系

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5.2偏航系统的组成偏航系统一般由偏航轴承、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。偏航系统的一般组成结构如图5-1和图5-2所示。图5-1外齿启动的偏航系统风力发电机组的偏航系统一般有外齿形式和内齿形式两种。偏航驱动装置可以采用电动机驱动或液压马达驱动。制动器可以是常闭式或常开式。常开式制动器一般是指有液压力或电磁力拖动时,制动器处于锁紧状态的制动器;常闭式制动器一般是指有液压力或电磁力拖动时,制动器处于松开状态的制动器。采用常开式制动器时,偏航系统必须具有偏航定位锁紧装置或防逆传动装置。图5-2内齿启动的偏航系统一、偏航轴承偏航轴承的轴承内外圈分别与机组的机舱和塔体用螺栓连接。轮齿可采用内齿或外齿形式。外齿形式是轮齿位于偏航轴承的外圈上,加工相对来说比较简单。内齿形式是轮齿位于偏航轴承的内圈上,啮合受力效果较好,结构紧凑。具体采用内齿形式或外齿形式,制造商应根据机组的具体结构和总体布置进行选择。偏航齿圈的结构简图如图5-3所示。图5-3偏航齿圈结构简图（1）偏航齿圈的轮齿强度计算方法和偏航轴承部分的计算方法参阅渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法和回转支撑计算方法相关资料。（2）偏航轴承的润滑偏航轴承的润滑应使用制造商推荐的润滑剂和润滑油,轴承必须进行密封。轴承的强度分析应考虑两个主要方面:第一是在静态计算时,轴承的极端载荷应大于静态载荷的1.1倍;第二,轴承的寿命应按风力发电机组的实际运行载荷计算。此外,制造偏航齿圈的材料还应在-30℃条件下进行V形切口冲击能量试验,要求三次试验平均值不小于27J。二、驱动装置驱动装置一般由驱动电动机或驱动马达、减速器、传动齿轮、轮齿间隙调整机构等组成。驱动装置的减速器一般可采用行星减速器或蜗轮蜗杆与行星减速器串联。传动齿轮一般采用渐开线圆柱齿轮。传动齿轮的齿面和齿根应采取淬火处理,一般硬度值应达到HRC55～62。传动齿轮的强度分析和计算方法与偏航齿圈的分析和计算方法基本相同;轴静态计算应采用最大载荷,安全系数应大于材料屈服强度的一倍;轴的动态计算应采用等效载荷,并同时考虑使用系数Ka=1.3的影响,安全系数应大于材料屈服强度的一倍。偏航驱动装置要求启动平稳,转速均匀无振动现象。驱动装置的结构简图如图5-4所示。图5-4驱动装置结构简图三、偏航制动器偏航制动器是偏航系统中的重要部件,制动器应在额定负载下制动力矩稳定,其值应不小于设计值。在机组偏航过程中,制动器提供的阻尼力矩应保持平稳,与设计值的偏差应小于5%,制动过程不得有异常噪声。制动器在额定负载下闭合时,制动衬垫和制动盘的贴合面积应不小于设计面积的50%;制动衬垫周边与制动钳体的配合间隙任一处应不大于0.5mm。制动器应设有自动补偿机构,以便在制动衬块磨损时进行自动补偿,保证制动力矩和偏航阻尼力矩的稳定。在偏航系统中,制动器可以采用常闭式和常开式两种结构形式。常闭式制动器是在有动力的条件下处于松开状态,常开式制动器则是处于锁紧状态。两种形式相比较并考虑失效保护,一般采用常闭式制动器。制动盘通常位于塔架或塔架与机舱的适配器上,一般为环状。制动盘的材质应具有足够的强度和韧性,如果采用焊接连接,材质还应具有比较好的可焊性。此外,在机组寿命期内,制动盘不应出现疲劳损坏。制动盘的连接、固定必须可靠牢固,表面粗糙度应达到Ra3.2μm。制动钳由制动钳体和制动衬块组成。制动钳体一般采用高强度螺栓连接,用经过计算的足够的力矩固定于机舱的机架上。制动衬块应由专用的摩擦材料制成,一般推荐用铜基或铁基粉末冶金材料制成,铜基粉末冶金材料多用于湿式制动器,而铁基粉末冶金材料多用于干式制动器。偏航制动器实物图如图5-5所示。四、偏航计数器偏航计数器是记录偏航系统旋转圈数的装置,如图5-6所示,当偏航系统旋转的圈数达到设计所规定的初级解缆和终极解缆圈数时,计数器则给控制系统发信号,使机组自动进行解缆。计数器一般是一个带控制开关的蜗轮蜗杆装置或是与其相类似的程序。图5-6偏航计数器结构图五、纽缆保护装置纽缆保护装置是偏航系统必须具有的装置,它是出于失效保护的目的而安装在偏航系统中的。它的作用是在偏航系统的偏航动作失效后,电缆的纽绞达到威胁机组安全运行的程度而触发该装置,使机组进行紧急停机。一般情况下,这个装置是独立于控制系统的,一旦这个装置被触发,则机组必须进行紧急停机。纽缆保护装置一般由控制开关和触点机