风力发电机组的结构及组成
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中型（10~100KW)
大型（100KW以上）
）
水平轴风力发电机组 （主轴与地面平行）
垂直轴风力发电机组 （主轴与地面垂直）
小型及大型风力发电机组
水平轴及垂直轴风力发电机组
3.2 水平轴风力发电机组的结构
大型风电机组基本结构 1－叶片；2－轮毂；3－机舱；4－叶轮轴与主轴连接；5－主轴；6－齿
4 玻璃钢叶片的优点
可充分根据叶片的受力特点设计强度和刚度 容易成型，易于达到最大气动效果的翼型 优良的动力性能和较长的使用寿命 维修简便，以节省大量人力物力 耐腐蚀性和耐气候性好 易于修补
20
3.2.2 轮毂
轮毂是将叶片和叶片组固定到转轴上的装置。它 将风轮的力和力矩传递到主传动机构中
• 轮毂是用铸钢或钢板焊接而成。铸钢在加工前 要对其进行探伤，绝不允许有夹渣，缩孔，砂 眼，裂纹等缺陷。焊接的轮毂，其焊缝必须经 过超声波检查，并按浆叶可能承受的最大离心 力载荷确定钢板的厚度。此外，还要考虑交变 应力引起的焊缝疲劳
CP
N NV
N
D2V 3
8
（3）
N
8
D 2V
3CP
式中 CP的值为0.2～0.5。
（4）
由式（3）得知：
风轮功率与风轮直径的平方成正比
风轮功率与风速的立方成正比
风轮功率与风轮的叶片数目无直接关系
风轮功率与风轮功率系数成正比
因此，当风轮大小、工作风速一定时，应尽可能提 高CP 值，以增大风轮功率。这是从事风能开发利用 的科技人员追求的主要目标之一。
径向
力
受力
力
形式
弯矩
转矩
风机每经历一次起动和停机，主轴所受的各种 力，都将经历一次循环
因此会产生循环疲劳
主轴有较高的综合机械性
3.3 齿轮箱
齿轮箱是风力发电机组关键零部件之一。由于 风力机工作在低转速下，而发电机工作在高转速下， 为了实现风力机和发电机的匹配，采用增速齿轮箱。
齿轮箱的分类
按传统类型 按传动的级数
圆柱齿轮箱
行星齿轮箱 互相组合的
齿轮箱
单级齿轮箱 多级齿轮箱
按照传动的方式可以分为：展开式，分流式，同 轴式以及混合式
3.4 调速装置
自然界的风速经常变化。风轮的转速随风速的增 大而变快，发电机的输出电压、频率、功率也增加； 当风轮的转速超过额定值时，有可能影响机组的使 用寿命，甚至造成设备的毁坏。为使风轮能以一定 的转速稳定地工作，风力发电机组上设有调速装置。 调速装置是在风速大于设计额定风速时才起作用 因此，又被称为限速装置。当风速增至停机风速时，
3.2.1.1 叶片及叶片材料
叶片是风力机的关键部件，其良好的设计、可靠的质 量和优越的性能是保证机组正常稳定运行的决定因素
叶片材料经历了木制叶片
布蒙皮叶片 钢梁玻璃纤维蒙皮叶片
铝合金叶片 复合材料叶片 新型复合材料叶片。
3.2.1.1 叶片发展趋势
风力机风轮叶片向大功率、长叶片方向发展
风力机风轮叶片不断的更新设计，以有好的气动性能
第三讲 风力发电机组的结构及组成
3.1 风力发电机组概述 3.2 水平轴风力发电机组结构组成 3.3 齿轮箱 3.4 调速装置 3.5 发电机 3.6 塔架 3.7 控制系统及附属部件
3.1 风力发电机组概述
风力发电机组是将 风能转化为电能的
装置
按其容量划分
按其主轴与地面 的相对位置
小型（10KW以下)
风以速度V吹向风轮时，风轮转动。设旋 转着的风轮其扫掠面积为A，空气密度为 ， 在1 s中内流向风轮的空气所具有的动能为
NV
1 mV 2 2
1 2
AV 3
（1）
若风轮的直径为D ，则
NV
1 2
AV 3
1 2
D2 4
V3
8
D2V 3
这些风能不可能全部被风轮捕获。
（2）
风轮捕获风能并将之转换成机械能．再由 风轮轴输出的功率为N（称之为风轮功率)。它 与NV 之比，称为风轮功率系数(或风能利用系 数)，用CP表示，即
碳纤维复合材料在风力机风轮叶片上的应用不断扩大 在风力机叶片上大量采用碳纤维复合材料，但是又取 决于碳纤维的价格
叶片是风力机捕捉风能的最重要部件。风能利用效率取 决于良好的叶片的空气动力外型，以及具有高强度、高硬度、 低密度以及较长使用寿命等优良特点的制造材料。
平板型
风力发电机 组的叶片
流线型
叶片横截 面形状基
本类型
风力提水机 的叶片
弧板型
常见的风力机叶片的横截面结构图
3.2.1.2 叶片材料选择的要求及选择规则
安பைடு நூலகம்性
运行要 求
材料特 性
经济性
叶片材 料选择
要求
可靠性
回收再 利用性
可处理 性
物理属 性
2 叶片材料选择规则
良好的力学、热学及化学特性 高硬度、高强度、低密度 使用寿命长、良好的耐腐蚀性 要易于生产加工、要价格合理 加工助剂的价格要尽量低廉并且操作时不污染环境
叶片的主要材料特性
纤维增强复合材料 玻璃纤维复合材料 碳纤维复合材料 玻璃钢复合材料
3 玻璃钢叶片
用于叶片制造的材料一般有木材、金属，如 钢和铝，以及玻璃钢。由于叶片的木材一般要选 用优质木材，如桦木、核桃木等，材料来源困难、 取材率低、造价高、维修不便。钢金属材料制造， 又存在加工复杂、工艺装备多、生产周期长、产 品不耐腐蚀等一系列问题。因此，目前在国内已 很少选用木材或金属制造叶片，大多数采用玻璃 钢。
轮箱；7－刹车机构；8－联轴器；9－发电机；10－散热器；11－冷却风扇 ；12－风速仪和风向标；13－控制系统；14－液压系统；15－偏航驱动； 16－偏航轴承；17－机舱盖；18－塔架；19、变桨距部分
3.2.1 风轮及其组成
叶片
风轮 轮毂
风轮 轴
风轮的组成图
风轮是风力机最重要的部件，它是风力机区别 于其它动力机的主要标志。风轮的作用是捕捉和 吸收风能。并将风能转变成机械能。再由风轮轴 将能量送给传动装置以水平轴升力型风力机的风 轮为例(下图)来说明风轮功率的计算。
• 焊接的轮毂，其焊缝必须经过超声波检查，并 按浆叶可能承受的最大离心力载荷确定钢板的 厚度。此外，还要考虑交变应力引起的焊缝疲 劳
轮毂有固定式和铰链式两种
3.2.3 主轴
主轴也称为低速轴，安装在风轮和齿轮箱之间。 前端通过螺栓与轮毂刚性连接，后端与齿轮箱低速连 接，承力大而且复杂。
轴向 力
剪切
调速装置能使风轮顺桨(风向与风轮旋转平面平行) 停机。
风力机调速装置调速原理
减少风轮迎风面积
大型（100KW以上）
）
水平轴风力发电机组 （主轴与地面平行）
垂直轴风力发电机组 （主轴与地面垂直）
小型及大型风力发电机组
水平轴及垂直轴风力发电机组
3.2 水平轴风力发电机组的结构
大型风电机组基本结构 1－叶片；2－轮毂；3－机舱；4－叶轮轴与主轴连接；5－主轴；6－齿
4 玻璃钢叶片的优点
可充分根据叶片的受力特点设计强度和刚度 容易成型，易于达到最大气动效果的翼型 优良的动力性能和较长的使用寿命 维修简便，以节省大量人力物力 耐腐蚀性和耐气候性好 易于修补
20
3.2.2 轮毂
轮毂是将叶片和叶片组固定到转轴上的装置。它 将风轮的力和力矩传递到主传动机构中
• 轮毂是用铸钢或钢板焊接而成。铸钢在加工前 要对其进行探伤，绝不允许有夹渣，缩孔，砂 眼，裂纹等缺陷。焊接的轮毂，其焊缝必须经 过超声波检查，并按浆叶可能承受的最大离心 力载荷确定钢板的厚度。此外，还要考虑交变 应力引起的焊缝疲劳
CP
N NV
N
D2V 3
8
（3）
N
8
D 2V
3CP
式中 CP的值为0.2～0.5。
（4）
由式（3）得知：
风轮功率与风轮直径的平方成正比
风轮功率与风速的立方成正比
风轮功率与风轮的叶片数目无直接关系
风轮功率与风轮功率系数成正比
因此，当风轮大小、工作风速一定时，应尽可能提 高CP 值，以增大风轮功率。这是从事风能开发利用 的科技人员追求的主要目标之一。
径向
力
受力
力
形式
弯矩
转矩
风机每经历一次起动和停机，主轴所受的各种 力，都将经历一次循环
因此会产生循环疲劳
主轴有较高的综合机械性
3.3 齿轮箱
齿轮箱是风力发电机组关键零部件之一。由于 风力机工作在低转速下，而发电机工作在高转速下， 为了实现风力机和发电机的匹配，采用增速齿轮箱。
齿轮箱的分类
按传统类型 按传动的级数
圆柱齿轮箱
行星齿轮箱 互相组合的
齿轮箱
单级齿轮箱 多级齿轮箱
按照传动的方式可以分为：展开式，分流式，同 轴式以及混合式
3.4 调速装置
自然界的风速经常变化。风轮的转速随风速的增 大而变快，发电机的输出电压、频率、功率也增加； 当风轮的转速超过额定值时，有可能影响机组的使 用寿命，甚至造成设备的毁坏。为使风轮能以一定 的转速稳定地工作，风力发电机组上设有调速装置。 调速装置是在风速大于设计额定风速时才起作用 因此，又被称为限速装置。当风速增至停机风速时，
3.2.1.1 叶片及叶片材料
叶片是风力机的关键部件，其良好的设计、可靠的质 量和优越的性能是保证机组正常稳定运行的决定因素
叶片材料经历了木制叶片
布蒙皮叶片 钢梁玻璃纤维蒙皮叶片
铝合金叶片 复合材料叶片 新型复合材料叶片。
3.2.1.1 叶片发展趋势
风力机风轮叶片向大功率、长叶片方向发展
风力机风轮叶片不断的更新设计，以有好的气动性能
第三讲 风力发电机组的结构及组成
3.1 风力发电机组概述 3.2 水平轴风力发电机组结构组成 3.3 齿轮箱 3.4 调速装置 3.5 发电机 3.6 塔架 3.7 控制系统及附属部件
3.1 风力发电机组概述
风力发电机组是将 风能转化为电能的
装置
按其容量划分
按其主轴与地面 的相对位置
小型（10KW以下)
风以速度V吹向风轮时，风轮转动。设旋 转着的风轮其扫掠面积为A，空气密度为 ， 在1 s中内流向风轮的空气所具有的动能为
NV
1 mV 2 2
1 2
AV 3
（1）
若风轮的直径为D ，则
NV
1 2
AV 3
1 2
D2 4
V3
8
D2V 3
这些风能不可能全部被风轮捕获。
（2）
风轮捕获风能并将之转换成机械能．再由 风轮轴输出的功率为N（称之为风轮功率)。它 与NV 之比，称为风轮功率系数(或风能利用系 数)，用CP表示，即
碳纤维复合材料在风力机风轮叶片上的应用不断扩大 在风力机叶片上大量采用碳纤维复合材料，但是又取 决于碳纤维的价格
叶片是风力机捕捉风能的最重要部件。风能利用效率取 决于良好的叶片的空气动力外型，以及具有高强度、高硬度、 低密度以及较长使用寿命等优良特点的制造材料。
平板型
风力发电机 组的叶片
流线型
叶片横截 面形状基
本类型
风力提水机 的叶片
弧板型
常见的风力机叶片的横截面结构图
3.2.1.2 叶片材料选择的要求及选择规则
安பைடு நூலகம்性
运行要 求
材料特 性
经济性
叶片材 料选择
要求
可靠性
回收再 利用性
可处理 性
物理属 性
2 叶片材料选择规则
良好的力学、热学及化学特性 高硬度、高强度、低密度 使用寿命长、良好的耐腐蚀性 要易于生产加工、要价格合理 加工助剂的价格要尽量低廉并且操作时不污染环境
叶片的主要材料特性
纤维增强复合材料 玻璃纤维复合材料 碳纤维复合材料 玻璃钢复合材料
3 玻璃钢叶片
用于叶片制造的材料一般有木材、金属，如 钢和铝，以及玻璃钢。由于叶片的木材一般要选 用优质木材，如桦木、核桃木等，材料来源困难、 取材率低、造价高、维修不便。钢金属材料制造， 又存在加工复杂、工艺装备多、生产周期长、产 品不耐腐蚀等一系列问题。因此，目前在国内已 很少选用木材或金属制造叶片，大多数采用玻璃 钢。
轮箱；7－刹车机构；8－联轴器；9－发电机；10－散热器；11－冷却风扇 ；12－风速仪和风向标；13－控制系统；14－液压系统；15－偏航驱动； 16－偏航轴承；17－机舱盖；18－塔架；19、变桨距部分
3.2.1 风轮及其组成
叶片
风轮 轮毂
风轮 轴
风轮的组成图
风轮是风力机最重要的部件，它是风力机区别 于其它动力机的主要标志。风轮的作用是捕捉和 吸收风能。并将风能转变成机械能。再由风轮轴 将能量送给传动装置以水平轴升力型风力机的风 轮为例(下图)来说明风轮功率的计算。
• 焊接的轮毂，其焊缝必须经过超声波检查，并 按浆叶可能承受的最大离心力载荷确定钢板的 厚度。此外，还要考虑交变应力引起的焊缝疲 劳
轮毂有固定式和铰链式两种
3.2.3 主轴
主轴也称为低速轴，安装在风轮和齿轮箱之间。 前端通过螺栓与轮毂刚性连接，后端与齿轮箱低速连 接，承力大而且复杂。
轴向 力
剪切
调速装置能使风轮顺桨(风向与风轮旋转平面平行) 停机。
风力机调速装置调速原理
减少风轮迎风面积