兆瓦级风电机组主轴轴承选型及分析

风电机组结构及选型

第一节风电机组结构 1．外部条件根据最大抗风能力和工作环境的恶劣程度，按强度变化的程度对风电机组进行分级。根据IEC61400设计标准，共分为4级。一类风场I：参考风速为50m/s，年平均风速为10m/s，50年一遇极限风速为70m/s，一年一遇极限风速为s；二类风场II：参考风速为s，年平均风速为s，50年一遇极限风速为s，一年一遇极限风速为s；三类风场III：参考风速为s，年平均风速为s，50年一遇极限风速为s，一年一遇极限风速为s；四类风场IV：低于三类风场风速，属低风速区，鲜有商业风电场开发。对电网的要求：电压波动为额定值±10%，频率波动为额定值±5%。2．机械结构总体描述整机是建立在钢结构底座上，该结构应具有很大的强韧度，底部由坚固底法兰组成，风电机组所有的主要部件都连接于其上。发电机固定位置与机舱轴线偏离,以使得风电机组在满载运行时，整机质心与塔架和基础中心相一致。偏航机构直接安装在机舱底部，机舱通过偏航轴承与偏航机构连

接，并安装在塔架上，整个机舱底部对叶轮转子到塔架造成的动力负载和疲劳负荷有很强的吸收作用。机舱座上覆盖有机舱罩，材料是玻璃钢，具有轻质高强的特点，有效地密封，以防止外界侵蚀，如雨、潮湿、盐雾、风砂等。产品生产采用多种工艺，包括：滚涂、轻质RTM、真空灌注等，机舱罩主体部分设置PVC泡沫夹层，以增加强度。内层设置消音海绵，以降低主机噪声。机舱上安装有散热器，用于齿轮箱和发电机的冷却；同时，在机舱内还安装有加热器，使得风电机组在冬季寒冷的环境下，机舱内保持在10℃以上的温度。载荷情况 - 启动：从任一静止位置或空转状态到发电过渡期间，对风电机组产生的载荷。 - 发电：风电机组处于运行状态，有电负荷。 - 正常关机：从发电工况到静止或空转状态的正常过渡期间，对风电机组产生的载荷。 - 紧急关机：突发事件（如故障、电网波动等），引起的停机。 - 停机：停机后的风电机组叶轮处于静止状态，采用极端风况对其进行设计。 - 运输/安装/维护：整体装配结构便于运输，安装、维护易于实施。叶片

风力发电机原理及结构

风力发电机原理及结构风力发电机是一种将风能转换为电能的能量转换装置，它包括风力机和发电机两大部分。空气流动的动能作用在风力机风轮上，从而推动风轮旋转起来，将空气动力能转变成风轮旋转机械能，风轮的轮毂固定在风力发电机的机轴上，通过传动系统驱动发电机轴及转子旋转，发电机将机械能变成电能输送给负荷或电力系统，这就是风力发电的工作过程。 1、风机基本结构特征风力机主要有风轮、传动系统、对风装置（偏航系统）、液压系统、制动系统、控制与安全系统、机舱、塔架和基础等组成。（1）风轮风力机区别于其他机械的主要特征就是风轮。风轮一班有2~3个叶片和轮毂所组成，其功能是将风能转换为机械能。风力发电厂的风力机通常有2片或3片叶片，叶尖速度50~70m/s，3也片叶轮通常能够提供最佳效率，然而2叶片叶轮及降低2%~3%效率。更多的人认为3叶片从审美的角度更令人满意。3叶片叶轮上的手里更平衡，轮毂可以简单些。 1）叶片叶片是用加强玻璃塑料（GRP）、木头和木板、碳纤维强化塑料（CFRP）、钢和铝职称的。对于小型的风力发电机，如叶轮直径小于5m，选择材料通常关心的是效率而

不是重量、硬度和叶片的其他特性，通常用整块优质木材加工制成，表面涂上保护漆，其根部与轮毂相接处使用良好的金属接头并用螺栓拧紧。对于大型风机，叶片特性通常较难满足，所以对材料的选择更为重要。目前，叶片多为玻璃纤维增强负荷材料，基体材料为聚酯树脂或环氧树脂。环氧树脂比聚酯树脂强度高，材料疲劳特性好，且收缩变形小，聚酯材料较便宜它在固化时收缩大，在叶片的连接处可能存在潜在的危险，即由于收缩变形，在金属材料与玻璃钢之间坑能产生裂纹。 2）轮毂轮毂是风轮的枢纽，也是叶片根部与主轴的连接件。所有从叶片传来的力，都通过轮毂传到传动系统，在传到风力机驱动的对象。同时轮毂也是控制叶片桨距（使叶片作俯仰转动）的所在。轮毂承受了风力作用在叶片上的推理、扭矩、弯矩及陀螺力矩。通常安装3片叶片的水平式风力机轮毂的形式为三角形和三通形。轮毂可以是铸造结构，也可以采用焊接结构，其材料可以是铸钢，也可以采用高强度球墨铸铁。由于高强度球墨铸铁具有不可替代性，如铸造性能好、容易铸成、减振性能好、应力集中敏感性低、成本低等，风力发电机组中大量采用高强度球墨铸铁作为轮毂的材料。轮毂的常用形式主要有刚性轮毂和铰链式轮毂（柔性轮毂

风电机组选型的几个关键问题

本文数据为2009年统计数据，但现在看来仍不失为一篇很好的科普文章，仅供大家参考。摘要：风电机组选型在风电项目开发过程中至关重要，项目有盈利可能是进行选型的前提。本文回顾了我国风电电价发展历程，给出了收益率、电价与风资源的定量关系；研究了风电机组等级与GL型式认证的相关问题；澄清了一些对可利用率、可靠性的混淆认识；论证了国内风电机组理论功率曲线偏高问题。 1．前言如今，风电发展已跨越初期示范阶段，进入大规模产业化时代，追求利润最大化成为投资的主要目的。决定风电项目盈利水平的要素包括风资源状况、电网接入状况、上网电价、机组选型和运维水平等。项目核准后，前三项基本已成定局，机组选型的重要性显而易见。据《2009年中国风电机组制造商竞争态势与投资分析研究报告》分析，截止到2008年10月1日，中国境内的风电机组整机生产商已经达到76家目前，其中真正有产品推出的内资与合资企业共10多家，加上几家在中国市场表现积极的外资企业，总数在20左右。而每个厂家还有不同等级、不同轮毂高度、不同容量、不同应用环境的多种机型，如何从中抉择出高安全性、高性价比的机组，成为风电投资必须面对的问题。 2.机组选型的前提进行机组选型的前提是项目有盈利的可能。众所周知，电价越高风，风资源越好，项目的盈利水平就越高，先来看电价。 1）我国风电电价发展历程我国风电并网电价的形成大体经历了四个不同的历史阶段： 1）发展初期，机组多由国外资金援助，竞争上网，电价很低，每千瓦时约0.3元； 2）1994年起，电力部全额收购风电上网电量，差价全网均摊，各地由价格主管部门审批，致使风电价格参差不齐，低的与火电相当，高的每千瓦时超过1元； 3）2002年开始，招标电价和审批电价并存，特许权招标项目的招标由国家发改委牵头组织，电价区间趋于稳定； 4）2009年，国家发改委下发《关于完善风力发电上网电价政策的通知》，《通知》按风能资源状况和工程建设条件，将全国分为四类风能资源区，并制定相应的风电标杆上网电价，见表1，今后新建陆上风电项目统一执行。这对风电的投资预期起到很好的引导作用，消除了不确定性，增强了可持续性，有利于竞争格局的稳定，标志着我国风电上网电价机制基本成熟。表1各风能资源区风电标杆电价

风力发电机主轴同轴度的测量

风力发电机主轴同轴度的测量风机主轴是风力发电设备中的关键件之一，我公司充分利用特种钢冶炼、锻造、热处理、机械加工方面的优势，能够主产0.75~2.5MW多种型号的风力发电机主轴产品。钢种材料为 34CrNiMo6、42CrMoS4/42CrMo4，执行DINEN10083—3标准。同轴度测量是在风力发电机主轴各要素测量工作中遇到的一个问题，用三坐标机（CMM）进行同轴度的检测测量结果精度高，并且重复性好，是首选的测量仪器。但由于风力发电机主轴图样存在短基准长距离的客观情况，因此能否准确地测量出其同轴度？在测量过程中应注意哪些问题？笔者针对这些问题做了一些分析。 1．情况简介在国标中同轴度公差带的定义是指直径公差为值t，且与基准轴线同轴的圆柱面内的区域。它有以下三种控制要素：①轴线与轴线。②轴线与公共轴线。③圆心与圆心。因此影响同轴度的主要因素有被测元素与基准元素的圆心位置和轴线方向，特别是轴线方向。测量设备：海克斯康APLLO-IMAGE 25.50.18 三坐标测量机（CMM），其最大允许误差 P=7十7L/1000μm，测量软件：PC一DMIS。风力发电机主轴如图1所示。测量过程：在端面建立坐标系后，依据图样，将相关图样理论按照自动特征需要填写到自动特征界面，选择同轴度测量，定义基准。测量基准需测量2层圆截面，取两个圆心构造空间线，用作基准轴；选择测量元素，需测量2层圆截面构造，进行同轴度评价。 PC一DMIS软件对同轴度的计算方法：为被测轴线到基准轴线的最大3D距离的两倍。对于圆柱几何量元素，其轴线是通过软件计算功能得到的虚拟轴线。软件仅计算虚拟轴线的两个端点到基准轴线的3D距离，其同轴度为两者间的最大值的两倍。图2为风力发电机主轴图样。

风力发电机结构介绍

风力发电机结构介绍风力发电机组是由风轮、传动系统、偏航系统、液压系统、制动系统、发电机、控制与安全系统、机舱、塔架和基础等组成。该机组通过风力推动叶轮旋转，再通过传动系统增速来达到发电机的转速后来驱动发电机发电，有效的将风能转化成电能。风力发电机组结构示意图如下。 1、叶片 2、变浆轴承 3、主轴 4、机舱吊 5、齿轮箱 6、高速轴制动器 7、发电机 8、轴流风机9、机座10、滑环11、偏航轴承12、偏航驱动13、轮毂系统各主要组成部分功能简述如下（1）叶片叶片是吸收风能的单元，用于将空气的动能转换为叶轮转动的机械能。叶轮的转动是风作用在叶片上产生的升力导致。由叶片、轮毂、变桨系统组成。每个叶片有一套独立的变桨机构，主动对叶片进行调节。叶片配备雷电保护系统。风机维护时，叶轮可通过锁定销进行锁定。（2）变浆系统变浆系统通过改变叶片的桨距角，使叶片在不同风速时处于最佳的吸收风能的状态，当风速超过切出风速时，使叶片顺桨刹车。（3）齿轮箱齿轮箱是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机，并使其得到相应的转速。（4）发电机发电机是将叶轮转动的机械动能转换为电能的部件。明阳1.5s/se机组采用是带滑环三相双馈异步发电机。转子与变频器连接，可向转子回路提供可调频率的电压，输出转速可以在同步转速±30%范围内调节。（5）偏航系统偏航系统采用主动对风齿轮驱动形式，与控制系统相配合，使叶轮始终处于迎风状态，充分利用风能，提高发电效率。同时提供必要的锁紧力矩，以保障机组安全运行。（6）轮毂系统轮毂的作用是将叶片固定在一起，并且承受叶片上传递的各种载荷，然后传递到发电机转动轴上。轮毂结构是3个放射形喇叭口拟合在一起的。（7）底座总成底座总成主要有底座、下平台总成、内平台总成、机舱梯子等组成。通过偏航轴承与塔架相连，并通过偏航系统带动机舱总成、发电机总成、变浆系统总成。 MY1.5s/se型风电机组主要技术参数如下：（1）机组：机组额定功率：1500kw

风力发电机的组成部件及其功用

风力发电机的组成部件及其功用风力发电机是将风能转换成机械能，再把机械能转换成电能的机电设备。风力发电机通常由风轮、对风装置、调速装置、传动装置、发电机、塔架、停车机构等组成。下面将以水平轴升力型风力发电机为主介绍它的各主要组成部件及其工作情况。图3-3-4和3-3-5是小型和中大型风力发电机的结构示意图。图3-3-4 小型风力发电机示意图 1—风轮2—发电机3—回转体4—调速机构5—调向机构6—手刹车机构7—塔架8—蓄电池9—控制/逆变器图3-3-5 中大型风力发电机示意图 1—风轮；2—变速箱；3—发电机；4—机舱；5—塔架。 1 风轮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。其作用是捕捉和吸收风能，并将风能转变成机械能，由风轮轴将能量送给传动装置。

风轮一般由叶片（也称桨叶）、叶柄、轮毂及风轮轴等组成（见图3-3-6）。叶片横截面形状基本类型有3种（见图第二节的图3-2-3）：平板型、弧板型和流线型。风力发电机的叶片横截面的形状，接近于流线型；而风力提水机的叶片多采用弧板型，也有采用平板型的。图3-3-7所示为风力发电机叶片（横截面）的几种结构。图3-3-6 风轮 1.叶片 2.叶柄 3.轮毂 4.风轮轴图3-3-7 叶片结构（a）、(b)—木制叶版剖面； (c)、(d)—钢纵梁玻璃纤维蒙片剖面； (e) —铝合金等弦长挤压成型叶片；(f)—玻璃钢叶片。木制叶片（图中的a与b）常用于微、小型风力发电机上；而中、大型风力发电机的叶片常从图中的（c）→（f）选用。用铝合金挤压成型的叶片（图中之e），基于容易制造角度考虑，从叶根到叶尖一般是制成等弦长的。叶片的材质在不

风电机组选型

5 风电机组选型、布置及风电场发电量估算 5.1 风电机组选型 5.1.1 单机容量范围及方案的拟定 5.1.1.1 风电机组发电机类型的确定风电场机型选择应考虑适合风电场场址的风资源条件，有利于提高风电场的发电效益。随着国内外风力发电设备制造技术日趋成熟，针对不同区域风资源条件，各风机设备制造厂家已经开发出不同结构型式、不同控制调节方式的风力发电机组可供选择。按照IEC61400-1标准（风电机组设计要求），风电场机组按50年一遇极大风速可分为I、II、III三个标准等级，每个等级按15m/s风速区间的湍流强度可分为A、B、C三个标准等级，为特殊风况和外部条件设计的为S级。因此，根据怀宁风电场场址的地形、交通运输情况、风资源条件和风况特征，结合国内外商品化风电机组的制造水平、技术成熟程度以及风电机组本地化率的要求，进行风电场机组型式选择。风力发电机组选型应考虑的几种因素 (1) 风电机组应满足一定的安全等级要求表5.1.1.1-1 IEC61400-1各等级WTGS基本参数上表中各数据应用于轮毂高度，其中V ref为10min平均参考风速，A 表示较高湍流特性，B表示中等湍流特性，C表示较低湍流特性，Iref为湍流强度15m/s时的特性。在轮毂高度处，15m/s风速区间的湍流强度值不大于0.12，极大风速为28.2m/s。根据国际电工协会IEC61400-1(2005)标准判定本风电场工程70~90m轮毂高度适宜选择IECⅢC及以上等级的风力发电机组。

(2) 风轮输出功率控制方式风轮输出功率控制方式分为失速调节和变桨距调节两种。两种控制方式各有利弊，各自适应不同的运行环境和运行要求。从目前市场情况看，采用变桨距调节方式的风电机组居多。 (3) 风电机组的运行方式风电机组的运行方式分为变速运行与恒速运行。恒速运行的风力机的好处是控制简单，可靠性好。缺点是由于转速基本恒定，而风速经常变化，因此风力发电机组经常工作在风能利用系数(Cp)较低的点上，风能得不到充分利用。变速运行的风电机组一般采用双馈异步发电机或多极永磁同步发电机。变速运行方式通过控制发电机的转速，能使风力机的叶尖速比接近最佳值，从而最大限度的利用风能，提高风力发电机组的运行效率。 (4) 发电机的类型目前，市场上主流的变速变桨恒频型风电机组技术分为双馈式和直驱式两大类。双馈式变桨变速恒频技术的主要特点是采用了风轮可变速变桨运行，传动系统采用齿轮箱增速和双馈异步发电机并网，而直驱式变速变桨恒频技术采用了风轮与发电机直接耦合的传动方式，发电机多采用多极同步电机，通过全功率变频装置并网。直驱技术的最大特点是可靠性和效率都进一步得到了提高。还有一种介于二者之间的半直驱式，由叶轮通过单级增速装置驱动多极同步发电机，是直驱式和传统型风力发电机的混合，但是该类产品还不是很成熟，因此本工程不推荐。双馈式：交流励磁发电机又被人们称之为双馈发电机。双馈风电机组中，为了让风轮的转速和发电机的转速相匹配，必须在风轮和发电机之间用齿轮箱来联接，这就增加了机组的总成本；而齿轮箱噪音大、故障率高、需要定期维护，并且增加了机械损耗；机组中采用的双向变频器结构和控制复杂；电刷和滑环间也存在机械磨损。目前，世界各国正在针对这些缺点改进机组或研制新型机组，如无刷双馈机组。永磁直驱风电机组，就是取消了昂贵而又沉重的增速齿轮箱，风轮轴直接和发电机轴直接相连，转子的转速随来流风速的变化而改变，其交流

风电场风电机组选型、布置及风电场发电量估算2

5 风电机组选型、布置及风电场发电量估算

批准：宋臻核定：董德兰审查：吉超盈校核：牛子曦编写：李庆庆

5 机型选择和发电量估算 5.1风力发电机组选型在风电场的建设中，风力发电机机组的选择受到风电场自然环境、交通运输、吊装等条件等制约。在技术先进、运行可靠的前提下，选择经济上切实可行的风力发电机组。根据风场的风能资源状况和所选的风力发电机组，计算风场的年发电量，选择综合指标最佳的风力发电机组。 5.1.1 建设条件酒泉地区南部为祁连山脉，北部为北山山系，中部为平坦的戈壁荒滩，形成两山夹一谷的地形，成为东西风的通道，风能资源丰富。场址位于祁连山山脉北麓山前冲洪积戈壁平原上，地势开阔，地形平缓，便于风机安装；风电场东侧距312国道约30km，可通过简易道路运输大型设备。根据黑厓子北测风塔 2008年7月～2009年6月测风数据计算得到该风电场场址90m高度风功率密度分布图见图5.1（图中颜色由深至浅代表风能指标递减）。由图5.1可见，该风电场场址地势开阔，地形平坦，风能指标基本一致。根据风能资源计算结果，该风电场主风向和主风能方向一致，以E风和W风的风速、风能最大和频次最高。用WASP9.0软件推算到预装风电机组轮毂高度90m高度年平均风速为7.32m/s，平均风功率密度为380W/m2，威布尔参数A=8.3， k=2.0；50m高度年平均风速为7.04m/s，平均风功率密度为330W/m2，威布尔参数A=7.9， k=2.06。根据《风电场风能资源评估方法》判定该风电场风功率密度等级为3级。黑厓子西风电场90m高度年有效风速（3.0m/s～25.0m/s）时数为7131h，风速频率主要集中在3.0 m/s～12.0m/s ,3.0m/s以下和25.0m/s以上的无效风速少，无破坏性风速, 年内变化小，全年均可发电。由玉门镇气象站近30年资料推算70m、80 m、90 m和100m高度标准空气密度条件下50年一遇极大风速分别为48.00m/s、48.90 m/s、49.71 m/s和50.45m/s,小于52.5m/s。50～90m高度15m/s风速段湍流强度介于0.0660～0.0754之间,小于0.1，湍流强度较小。根据国际电工协会IEC61400-1(2005)判定该风电场可选用适合IECⅢ及其

风力发电机组主要部件的检修与维护

风力发电机组主要部件的检修与维护装备本121--李勇 2012525107维护检修时应对风机各部件按照维护手册和维护计划逐项详细检查，特别是叶片、轮毂、导流罩、主轴、齿轮箱、集电环（及传动轴）、联轴器、发电机、空气和机械制动系统、传感器、偏航系统、控制部分、电气回路、塔筒、监控系统及配套设备检查等。控制部分概述控制计算机、变频器和变桨控制器通过接口彼此联系。每个组件都带有自己的监视功能。控制计算机位于塔顶（机舱内）的机舱控制柜内，它通过玻璃光纤数据传输电缆与塔基内的显示屏相连。控制计算机连续不断的发出转矩设定给变频器控制计算机，发出叶片角度设定值给同步控制器，同步控制器驱动在轮毂中的变桨控制电机。出现内部故障时，控制计算机可以通过所谓的看门狗电路中断安全链。刹车通过刹车瓦的磨损和刹车是否完全松开来监视刹车情况。控制计算机和变桨控制装置之间的通讯通过不同的系统功能持续监视，如果发现错误，“变桨控制失败”触点打开以开始紧急停机。变频器系统由几个控制柜组成，位于塔基。变频器系统配置了自己的计算机控制系统。变频器能自己关闭，它能给信号给控制计算机使变桨控制机构立即开始工作。在同步控制器中，变桨控制自身监视只对故障起作用，象下列故障：叶片和叶片角度偏差等。它能够通过始终联结的电缆请求控制计算机快速停机。控制面板基本功能 - 按 CTRL 激活显示灯（屏幕节电功能）。 - 连续按两次任何按键可以激活控制面板。- 某些功能的激活需要同时按两个键。如同时按下 CTRL 或 SHIFT 键可以激活想要的功能。功能键 ENTER 用来确定通过数字键盘输入的参数值和某些菜单的确认 STOP WEC 停机：风机正常停机。RESET 复位和执行自动运行。 START 快速启动。 F1 指示选择菜单的位置 F2 指示有关联的其他菜单F3 对按键0-9 向前或向后转换数字或字母。按下F3 后，当按键 1 时将显示字母 A，再次按键 1 将显示字母 B，第 3 次将显示 C。然而如果包含字母的值被编辑，字母也被显示。 F4 光标上移一行 F5 显示上级单 F6 屏幕向上翻滚F7 屏幕向下翻滚 F8 显示图形 F9 光标下移一行 F10 显示下级菜单

风电场风电机组选型布置及风电场发电量估算

风电场风电机组选型布置及风电场发电量估算集团标准化工作小组 [Q8QX9QT-X8QQB8Q8-NQ8QJ8-M8QMN]

5 风电机组选型、布置及风电场发电量估算批准：宋臻核定：董德兰审查：吉超盈校核：牛子曦编写：李庆庆

5 机型选择和发电量估算风力发电机组选型在风电场的建设中，风力发电机机组的选择受到风电场自然环境、交通运输、吊装等条件等制约。在技术先进、运行可靠的前提下，选择经济上切实可行的风力发电机组。根据风场的风能资源状况和所选的风力发电机组，计算风场的年发电量，选择综合指标最佳的风力发电机组。建设条件酒泉地区南部为祁连山脉，北部为北山山系，中部为平坦的戈壁荒滩，形成两山夹一谷的地形，成为东西风的通道，风能资源丰富。场址位于祁连山山脉北麓山前冲洪积戈壁平原上，地势开阔，地形平缓，便于风机安装；风电场东侧距312国道约 30km，可通过简易道路运输大型设备。根据黑厓子北测风塔 2008年7月～2009年6月测风数据计算得到该风电场场址90m高度风功率密度分布图见图（图中颜色由深至浅代表风能指标递减）。由图可见，该风电场场址地势开阔，地形平坦，风能指标基本一致。根据风能资源计算结果，该风电场主风向和主风能方向一致，以E风和W风的风速、风能最大和频次最高。用软件推算到预装风电机组轮毂高度90m高度年平均风速为s，平均风功率密度为380W/m2，威布尔参数A=， k=；50m高度年平均风速为s，平均风功率密度为 330W/m2，威布尔参数A=， k=。根据《风电场风能资源评估方法》判定该风电场风功率密度等级为3级。黑厓子西风电场90m高度年有效风速（s～s）时数为7131h，风速频率主要集中在 m/s～s ,s以下和s以上的无效风速少，无破坏性风速, 年内变化小，全年均可发电。由玉门镇气象站近30年资料推算70m、80 m、90 m和100m高度标准空气密度条件下50年一遇极大风速分别为s、 m/s、 m/s和s,小于s。50～90m高度15m/s风速段湍流强度介于～之间,小于，湍流强度较小。根据国际电工协会IEC61400-1(2005)判定该风电场可选用适合IECⅢ及其以上安全等级的风机。图黑厓子西风电场90m高度风功率密度分布图

大型风电机组主轴结构优化设计

大型风电机组主轴结构优化设计发表时间：2019-07-01T15:19:53.903Z 来源：《防护工程》2019年第7期作者：王范华[导读] 应当逐步促进电气自动化控制技术的优化升级，大力借助人工智能技术的先进功能，降低成本，强化作业时效，并切合现代社会的发展趋势。国家电投内蒙古察哈尔新能源有限公司 012299 摘要:针对某大型风电机组主轴，建立有限元分析模型，在对主轴静强度分析的基础上，根据线性累积损伤理论对其疲劳强度进行分析，并详细研究了表面粗糙度对疲劳寿命的影响。关键词:主轴;有限元分析;静强度;疲劳强度;粗糙度在风力发电机组运行过程中，要承受由轮毂传递过来的周期性载荷与随机载荷，以及传动链自身的扭转振动等载荷，它是风力发电机组中受力最为复杂，可靠性要求最高的关键部件之一，其设计的合理性与安全性直接关系到整个机组运行的稳定性与可靠性［1－2］。通过建立有限元分析模型，对主轴的静强度和疲劳强度进行综合分析，并详细研究了表面粗糙度对疲劳寿命的影响，有助于指导主轴的结构优化设计，保证其静强度和疲劳强度均满足设计要求。1主轴分析模型主轴如图1所示，为典型的单轴承支撑方式:双列球面调心滚子轴承的内、外圈分别与主轴和轴承座过盈装配。主轴强度分析的整体模型包括主轴本体、主轴承、轴承挡圈、锁紧螺母、轮毂和胀紧套。在进行有限元分析建模时，去除一些无关结构强度的几何特征，以便于有限元网格划分。主轴的锁紧螺纹处在分析计算时考虑应力集中系数(SCF)，根据参考文献彼得森应力集中系数SCF取值2.6。对于主轴承的滚珠，则根据罗氏应力应变手册使用仅受压的杆单元(Link180)模拟其受力形式和刚度。在轮毂中心旋转坐标系原点建立载荷加载点，通过梁单元伞与轮毂端面连接，用于外部载荷施加，外部载荷则根据叶素理论和坐标转换，利用Bladed软件计算得到。 3.1材料S-N曲线主轴的材料为34CrNiMo6，材料的S-N曲线可根据GL2010规范Appendix5.B中提供的拟合方法得到，拟合过程中所要考虑的主要影响因素包括弹性模量、泊松比、密度、抗拉强度、屈服强度、表面粗糙度、切口敏感系数、材料安全系数、应力集中系数等。 3.2疲劳损伤分析根据线性累计损伤理论，材料在各应力水平下的损伤是独立的，疲劳的总损伤可进行线性叠加，其中，最具代表性、被广泛认可的是Miner准则，其破坏判据为: 式中，k表示总的应力水平级数;ni表示第i个应力水平经雨流计数统计得到的循环次数;Ni表示第i个应力水平作用下不发生疲劳破坏的许用循环次数;D表示各应力水平作用下总的损伤值。如图3所示为主轴的损伤计算结果。4主轴优化设计分析

风电机组齿轮箱轴承常见问题及解决方案

风电机组齿轮箱轴承常见问题及解决方案 1. 引言风电机组齿轮箱是连接机组主轴和发电机的传动部件，其主要功能是将主轴的低速运转输入，转化成中速或高速发电机所需的输出，是风力发电机中的重要部件之一。由于风力发电机齿轮箱的复杂工况及对可靠性等方面的高要求，风力发电机齿轮箱的设计及应用，尤其是作为关键零部件的轴承的选型、安装及使用显得尤为重要。不恰当的轴承选型或是不当的安装和使用，会导致轴承的各种损伤和失效模式，甚至还可能会损伤到齿轮箱里其他的零部件。这些损伤和失效都会直接或间接的导致机组停机，不但影响生产率，还会产生计划外的更换和维护成本。铁姆肯公司可针对多种常见失效模式提供有效解决方案。 2. 风电机组齿轮箱轴承常见失效模式及解决方案风力发电机齿轮箱设计多种多样，但是基本上都是由行星级和平行级组成。本文以目前比较常见的一种以行星架为输入，内齿圈固定，太阳轮输出并传递到平行级的设计为例，分析说明常见的轴承失效模式及相应的解决方案。 2.1 行星架轴承 2.1.1 常见失效模式行星架轴承的选型和应用是和主轴的设计相关的。目前常见的行星架轴承是满装滚子的圆柱滚子轴承。如果主轴轴承选用调心滚子轴承，不论是单个调心滚子主轴轴承的3 点支承设计还是两个调心滚子主轴轴承的4 点支承设计，由于调心滚子轴承径向和轴向游隙的存在（如图1 所示），当风力发电机在刹车或是其他出现轴向载荷交替变换方向的工况时，主轴及其后面连接的行星架在轴向可能会有窜动。此时如果使用圆柱滚子轴承作为行星架轴承，由于其内外圈在轴向方向上有一定的相对错位空间，因此来自主轴的轴向窜动会传递到行星架的圆柱滚子轴承，而如果窜动量足够大，则对圆柱滚子轴承会造成冲击。而且，由于内齿圈和齿轮箱箱体是连成一体的，所以行星轮和行星架一起轴向窜动还会对行星轮造成齿面磨损（如图2 所示）。 2.1.2 解决方案铁姆肯公司推荐选用单列圆锥滚子轴承跨装，通过对圆锥滚子轴承预紧来解决主轴轴向窜动对行星轮的影响。而且预紧的圆锥滚风电材料设备子轴承的承载区得到优化，减少了滚道应力，提高风电材料设备了行星轮系的刚性，并可以承受外部传入齿轮箱行星架端的额外轴向力（如图3 所示）。

风电机组的构成

教学过程一、组织教学维持教学秩序,检查学生人数. 二、课题导入首先介绍新能源产业的发展现状及前景，然后介绍本章的主要内容：通过本章学习应了解风力发电机组的基本组成、风力发电机组各部分结构、风力发电机组的装配步骤、调试步骤。三、新课讲授风力发电机就安装结构而言，可分为两种类型：一种是水平轴风力发电机，叶片安装在水平轴上；另一种是垂直轴风力发电机，风轮轴是垂直布置的，由叶片带动垂直轴转动，再去带动发电机进行发电。垂直轴风力发电机的增速器、联轴器、发电机、制动器等都是安装在地面上的，整个机组的安装、调试和维修均比水平轴风力发电机要方便一些。但由于一些难以解决的技术问题，垂直轴风力发电机的发展和应用受到了很大的限制。下面主要介绍水平轴风力发电机的结构以及工作过程 1．控制系统的组成及分类（1）风力发电机的基本组成小型水平轴风力发电机组主要组成部分有：风轮、发电机、塔架、调向机构、蓄能系统、逆变器等。 1）风轮风轮是风力机从风中吸收能量的部件，其作用是把空气流动的动能转变为风轮旋转的机械能。水平轴风力发电机的风轮是由1~3个叶片组成的。叶片的结构形式多样，材料因风力机型号和功率大小而定，如木心外蒙玻璃钢叶片、玻璃纤维增强塑料树脂叶片等。 2）发电机在风力发电机组中，已采用的发电机有3种，即直流发电机、同步交流发电机和异步交流发电机。小型风力发电机多采用同步或异步交流发电机，发出的交流电通过整流装置转换成直流电。 3）塔架塔架用于支撑发电机和调向机构等。因风速随离地面的高度增加而增加，塔架越高，风轮单位面积捕捉的风能越多，但造价、安装费等也随之加大。 4）调向机构垂直轴风力机可接受任何方向吹来的风，因此不需要调向机构。对于水平轴风力机，为了得到最高的风能利用效率，应用风轮的旋转面经常对准风向，需要对风装置。常用的调向机构主要有尾舵、舵轮、电动对风装置。 5）限速机构当风速高于风力机的设计风速时，为了防止叶片损坏，需要对风轮转速进行控制。 6）贮能装置贮能装置对独立运行的小型风力机是十分重要的。其贮能方式有热能贮能、化学能贮存。 7）逆变器用于将直流电转换为交流电，以满足交流电气设备用电的要求。

风场湍流强度的计算及其对风电机组选型

风场湍流强度的计算及其对风电机组选型的影响王承凯（龙源电力集团公司）摘要：本文从IEC61400－1风电机组安全等级标准引出了风场湍流强度这一重要参数，在分析了湍流强度的含义及其产生的原因后，针对湍流强度计算中常见的几个误区进行了分析说明，并给出了湍流强度计算时测风塔的选择原则，最后给出了有效湍流强度超标的几种处理方式。本文对于充分认识湍流强度、正确计算风场湍流强度和风电机组选型具有一定的指导意义。关键词风场湍流强度风电机组选型 1 关于IEC61400-1 IEC61400风力发电机组系列标准由IEC（国际电工委员会）制定，内容涵盖风力发电机组的各个方面，如设计标准、安全要求、运行性能测试、载荷测试、噪声测量、电能质量、叶片测试、防雷击保护、机型认证以及远程监控系统等。其中IEC61400-1是关于风力发电机组的安全要求，由IEC第88技术委员会－风力发电机组工作组制定，是风力发电机组最基本的标准之一，其适用于扫风面积不小于40平方米的风力机。该标准具体规定了风力发电机组的设计、制造、安装、维护以及在特定环境条件下运行的安全要求，涉及到风力发电机组的各子系统，如控制和保护机构、内部电气机构、机械系统、叶轮系统、支承机构以及电气联接设备等，目的在于避免风力发电机组在寿命期内的意外损坏。 IEC61400-1目前的最新版本是2005年8月发布的第三版，其中第一版1994年发布，第二版1999年发布。现在市场上流行的大多数风力发电机组是依据IEC61400-1第二版或者第三版设计的。 2 风力发电机组的等级标准为保证风力发电机组的安全性和长期稳定可靠运行，风力发电机组的设计需要考虑运行环境条件和电力环境的影响，这些影响主要体现在载荷、适用寿命和正常工作等几个方面。各类环境条件分为正常外部条件和极端外部条件，其中正常外部条件涉及的是长期疲劳载荷和运行状态。极端外部条件出现机会很少，但它是潜在的临界外部设计条件。风电机组载荷设计需要同时考虑这些外部条件和风力机运行模式。为了最大限度地利用特定风场的风能资源，同时保证风力发电机组的安全可靠运行，IEC61400-1对风力发电机组进行了安全分级。风况是风力发电机组承受的最基本的外部载荷条件，因此风电机组安全等级分类的主要参数是风况。轮毂高度处的年平均风速、湍流强度以及极端风况是IEC61400-1进行风机分类的三个主要参数，其中极端风况主要包括极端风速、极端风切变以及风速、风向的迅速变化等，而风机轮毂高度处50年一遇3秒钟极大风速或者10分钟最大风速是风机极端载荷设计的最重要参数。湍流是一个复杂的过程，难以用简单明确的方程来表示或者预测。一般情况下，研究湍流的统计特性显得更为重要。湍流强度（turbulence intensity，简写为TI）是指10分钟内风速随机变化幅度大小，是10分钟平均风速的标准偏差与同期平均风速的比率，是风电机组运行中承受的正常疲劳载荷，是IEC61400-1风机安全等级分级的重要参数之一。湍流产生的原因主要有两个,一个是当气流流动时,气流会受到地面粗糙度的摩擦或者阻滞作

系列风电机组事故分析及防范措施(六)——风电场运维与安全隐患

业主在风电机组选型时，通常考察的是最优机组性能价格比，即以最低的价格购买到性能、质量最好的风电机组。首先以发电成本最小为指标，充分考虑发电机组的投资经济性。其次，还有产品的质量认证，制造商业绩，风能资源因素，如：额定风速、极限风速、切出风速以及特殊环境要求等。但对机组的使用和维修方便与否，是否便于远程管理，远期维修维护成本及机组安全性高低等却考虑较少，或没有考虑。然而，这些因素也是体现机组综合性能和判断机组优劣的重要方面。风电机组综合性能及行业问题一、相关人员缺乏对风电机组特性的深入认识和了解我国“三北地区”风电场限电问题相当严重，风电机组及部件生产大都处于产能过剩状态，行业内出现了低价竞争的恶性循环，还出现了重权势不重技术，重关系轻质量等不正常现象，导致机组及部件的生产和服务质量难以保证。在我国风电发展初期，不少风电从业人员是初次涉入风电，缺乏对风电机组综合性能的辨识能力，不能全面、深入地认识和了解风电产品。采购时，普遍对机组安全、机组使用、运维便捷性等方面考察较少。更有甚者，已安装机组的主控系统本已具备数据上传、完善的权限管理和远程故障判断等功能，可以远程定位机组故障和排查安全隐患，使用方便。但是，由于对其所引进技术缺乏深入研究，主控的这些功能没有得到设备厂家和业主的广泛运用，反而被貌似配置更高、采用国外品牌硬件的主控改造掉，而这些主控的软件普遍还不够完善。风电企业对机组的管理仍然沿用以往的方式进行设备管理：每个风电场必须固定地配备规定数量的维修人员；只有到现场登机，才能对机组实施安全检查和机组故障判断等。我国的风电技术大都是从国外引进，从无到有。部分风电企业因缺乏对所引进技术的深入研究，没能掌握引进机组的整体设计思路及关键技术，导致了机组事故频发；由于机组配套随意造成了整机性能差；因缺乏适应风电场管理经验以及风电思维方式，导致了研发和现场服务模式严重偏离正常的风电发展方向；有的厂家在技术引进时，因决策者缺乏对机组综合性能的判断能力，在引进技术时就存在某些不足或缺陷。就我国风电市场情况而言，机组购买商往往是大的电力公司，这些企业里的很多风电决策者及员工从事火电或水电多年，如不及时学习，转变观念，时常会带有很深的其他行业理念来理解和处理风电问题。例如，在机组选型时，对长叶片机组有着特殊的偏好；在考核机组性能时，过度强调功率曲线；在机组采购时，对机组更多的是考虑设备购买价格以及机组的年利用小时数；在机组投入运行之后，不顾设备安全提高机组利用小时数，如：调高额定功率参数、提高最大切出风速等。而对机组的年利用小时数与机组寿命、大部件损坏的关系，以及机组的维护和使用便捷性、远期维护成本、安全性以及是否可通过远程对机组进行故障诊断、检查和管理，这些潜在关键点缺乏了解和考察。在机组选型、部件质量、吊装、维护、机组改造和风电场管理等环节上埋下的隐患，经过多年运行之后，如今都集中体现在机组的运行状况、大部件损坏和重大事故的发生上。二、劣质产品充斥市场风电企业采购机组及部件时，在招标之前，通常所有部件的供应商均需经过设备厂家质管、技术、采购等部门的审核，方能成为合格供方，再通过竞标取得销售权。由于产能过剩，这些合理的工作流程有时变成了一道道关卡，低价中标又使质量优异的风电产品难以进入市场。由于产能过剩，在取得订单时，有时设备厂商不得不满足业主招标文件中一些不合理的要求和条件，在实际的合同签订中，有的合同规定则成为了单方面约束条款。在机组配套时，有的机组部件必须要按业主或电网公司所指定的配套厂家进行采购。而这种指定有时依靠的是

风力发电机的分类

. 1,风力发电机按叶片分类。按照风力发电机主轴的方向分类可分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。水平轴风力发电机：旋转轴与叶片垂直，一般与地面平行，旋转轴处于水平的风力发（1）水平轴风力发电机相对于垂直轴发电机的优点；叶片旋转空间大，转速高。适合于大型风电机。力发电厂。水平轴风力发电机组的发展历史较长，已经完全达到工业化生产，结构简单，效率比垂直轴风力发电机组高。到目前为止，用于发电的风力发电机都为水平轴，还没有商业化的垂直轴的风力发电机组。垂直轴风力发电机：旋转轴与叶片平行，一般与地面吹垂直，旋转轴处于垂直的风力2）（发电机。垂直轴风力发电机相对于水平轴发电机的优点在于；发电效率高，对风的转向没有要求，垂直轴与水平式12-14级台风），启动风速小维修保养简单。叶片转动空间小，抗风能力强（可抗的风力发电机对比，有两大优势：一、同等风速条件下垂直轴发电效率比水平式的要高，特别是低风速地区；二、在高风速地区，垂直轴风力发电机要比水平式的更加安全稳定；另外，国内外大量的案例证明，水平式的风力发电机在城市地区经常不转动，在北方、西北等高风速地区又经常容易出现风机折断、脱落等问题，伤及路上行人与车辆等危险事故。按照桨叶数量分类可分为“单叶片”﹑“双叶片”﹑“三叶片”和“多叶片”型风机。这是由于若采用偶数片形状对称的扇叶，不易调凡属轴流风扇的叶片数目往往是奇数设计。整平衡。还很容易使系统发生共振，倘叶片材质又无法抵抗振动产生的疲劳，将会使叶片或心轴因此设计多为轴心不对称的奇数片扇叶设计。对于轴心不对称的奇数片扇叶，这一原发生断裂。则普遍应用于大型风机以及包括部分直升机螺旋桨在内的各种扇叶设计中。包括家庭使用的电风，这样的叶片流量大，噪声低，符合流体力学个叶片的，叶片形状是鸟翼型（设计术语）扇都是3原理。所以绝大多数风扇都是三片叶的。三片叶有较好的动平衡，不易产生振荡，减少轴承的磨损。降低维修成本。按照风机接受风的方向分类，则有“上风向型”――叶轮正面迎着风向和“下风向型”――叶轮背顺着风向，两种类型。上风向风机一般需要有某种调向装置来保持叶轮迎风。由于一部分从而免除了调向装置。但对于下风向风机, 而下风向风机则能够自动对准风向, 使性能有塔架就干扰了流过叶片的气流而形成所谓塔影效应,, 这样, 空气通过塔架后再吹向叶轮所降低。2,按照风力发电机的输出容量可将风力发电机分为小型，中型，大型，兆瓦级系列。（1）小型风力发电机是指发电机容量为0.1~1kw的风力发电机。（2）中型风力发电机是指发电机容量为1~100kw的风力发电机。（3）大型风力发电机是指发电机容量为100~1000kw的风力发电机。（4）兆瓦级风力发电机是指发电机容量为1000以上的风力发电机。 3,按功率调节方式分类。可分为定桨距时速调节型，变桨距型，主动失速型和独立变桨型风力发电机。（1）定桨距失速型风机；桨叶于轮毂固定连接，桨叶的迎风角度不随风速而变化。依靠桨叶

风电机组主轴及其组件规程

风电机组主轴及其组件规程 1 简介主轴及其组件是风机传动链中关键一环，主轴前与风轮相连，后与齿轮箱相接，传递低速、大扭矩机械能。主轴及轴承座上还装有风机锁定装置，以保证维护维修人员的安全。主轴及其组件见以下图表说明：

主轴组件装配零部件清单 2 主轴及其组件的维护维修注意：首次维护维修应于风机动态调试完毕且正常运行7——10天后进行；以后每6个月进行一次。 2.1 表面清洁度检查由于风力发电机长时间工作和现场环境恶劣，主轴组件表面可能因灰尘、油脂或其它物质而导致污染，影响正常使用寿命。首先检查表面污染物质和污染程度，然后用无纤维抹布和清洗剂清理干净（不要接触密封圈），灰尘则需要吸尘器吸尘。 2.2 防腐检查检查主轴、轴承座、锁紧盘、外端盖、锁紧螺母表面防腐涂层是否有脱落现象，如果有，按《防腐技术规范》及时补上。 2.3 主轴锁定装置检查

结构示意图 a、拔出定位销，前后拉动扳手，检查主轴锁定装置动作是否灵活，如果很难前后移动，则用加油枪从油嘴处（见下图）给装置加润滑脂，然后多操作几次使其动作灵活。 b、检查主轴锁定装置的安装螺栓是否松动，如果松动则用扳手拧紧。 c、检查限位螺钉、定位销、扳手等是否变形，如果变形则需要更换。注意：检查主轴锁定装置前要将叶轮调到顺桨位置，再用高速轴制动器刹住刹车盘。

2.4 主轴轴承检查 1、定期检查轴承670、轴承530 的密封圈是否完好，表面有没有渗油，有无开裂、缺损及过度磨损的情况出现，密封圈若出现干磨现象则应在密封圈唇边涂抹润滑脂，若出现较大裂纹或磨损（裂缝目测自然长度大于5mm）则需更换V型密封圈600或V形密封圈750。 2、主轴轴承滚道必须保证有足够的润滑，定期给主轴轴承加入润滑脂，（加脂周期及加脂量见后《风机维护用油一览表》）。加脂时先拧开轴承座油嘴上的保护盖（见上图），再将加油口油杯及附近区域清理干净，接着用加油枪给轴承加入相应规格的润滑脂，最后收集从外端盖上面的泄油口溢出的润滑脂，并将其清理干净。检查回收的废油脂，查看里面是否有过多的杂质或金属颗粒，以此来判断主轴轴承滚道磨损情况。 2.5 主轴锁定盘检查检查主轴锁定盘上的衬套是否松动（注意：此衬套是采用过盈配合压入的），如果松动，先将其复位，再将其外圈用四点点焊即可。 2.6 螺栓力矩检查 ⒈、按照力矩值2035N.m的要求，用力矩板手紧固轴承座670与机座的连接内六角螺栓（M36×220，10.9级）共20个； ⒉、按照力矩值2035N.m的要求，用力矩板手紧固轴承座530与机座的连接内六角螺栓（M36×190，10.9级）共12个； ⒊、按照力矩值290N.m的要求，用力矩扳手紧固锁紧螺母530和锁紧螺母670紧固内六角螺钉（M20×45，8.8级）共8个； ⒋、按照力矩值140N.m的要求，用力矩扳手紧固外端盖的紧固螺栓（M16×45，10.9级）共40个。注意： ①如果螺栓不能被旋转或旋转的角度小于20°，说明预紧力仍在许可范围以内。 ②如果螺栓能被旋转，且旋转角超过20°，那么，必须用力矩扳手按规定的力矩重新紧固。每检查完一个，用笔在螺栓头处做一个圆圈记号。 ③按照交错对角顺序进行，绝对不允许顺时针或逆时针顺序连续预紧螺栓，完毕作防腐。

风力发电机组基本结构与工作原理

电气工程新技术专题题目：风力发电机组基本结构与工作原理及其控制技术专业：电气工程及其自动化班级： ********* 姓名： ********* 学号： ********* 指导老师： *********

本周的电气工程新技术专题中，主要讲解了一些关于风力发电机组的基本姐与工作原理方面的知识，使我们对此有了初步的认识，下面我将简单叙述一下我对风力发电机的了解。风力发电机是将风能转换为机械功的动力机械，又称风车。广义的说，它是一种以太阳微热源，以大气为工作介质的热能利用发电机。风力发电机利用的是自然能源，相对柴油发电要好得多。但若应急来用的话还是不如柴油发电机。风力发电不可视为备用电源，但是却可以长期利用。一、风力发电机的基本结构风力发电机组是由风轮、传动系统、偏航系统、液压系统、制动系统、发电机、控制与安全系统、机舱、塔架和基础等组成。各主要组成部分功能简述如下：（1）叶片叶片是吸收风能的单元，用于将空气的动能转换为叶轮转动的机械能。（2）变浆系统变浆系统通过改变叶片的桨距角，使叶片在不同风速时处于最佳的吸收风能的状态，当风速超过切出风速时，使叶片顺桨刹车。（3）齿轮箱齿轮箱是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机，并使其得到相应的转速。（4）发电机发电机是将叶轮转动的机械动能转换为电能的部件。转子与变频器连接，可向转子回路提供可调频率的电压，输出转速可以在同步转速±30%范围内调节。（5）偏航系统偏航系统采用主动对风齿轮驱动形式，与控制系统相配合，使叶轮始终处于迎风状态，充分利用风能，提高发电效率。同时提供必要的锁紧力矩，以保障机组安全运行。（6）轮毂系统轮毂的作用是将叶片固定在一起，并且承受叶片上传递的各种载荷，然后传递到发电机转动轴上。轮毂结构是3个放射形喇叭口拟合在一起的。（7）底座总成底座总成主要有底座、下平台总成、内平台总成、机舱梯子