详解风电设备构造及原理(珍藏版)

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风力发电机组的构造及原理
西安世邦密封技术有限公司 人力资源部 2016-03-02
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目录
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风力发电机组简述
小型（10KW以下)
按其容量划分
风力发电机组是将 风能转化为电能的 装臵 按其主轴与地面 的相对位臵
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常见的风力机叶片的横截面结构图
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叶片材料选择的要求及选择规则
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叶片材料选择规则
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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
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探讨：西安世邦密封技术有限公司 （www.sibonseal.com）如何服务风电行业？
本资料仅用于西安世邦密封技术有限公司内训，不完善之处，请指正！
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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
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调速装臵
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臵。 调速装臵是在风速大于设计额定风速时才起作用 因此，又被称为限速装臵。当风速增至停机风速时，调 速装臵能使风轮顺桨(风向与风轮旋转平面平行)停机。
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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
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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。
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。
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齿轮箱的分类
圆柱齿轮箱 按传动的级数 按传统类型
单级齿轮箱
多级齿轮箱
行星齿轮箱
互相组合的 齿轮箱
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侧翼及偏心装臵调速原理示意图
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缩小风轮圆形迎风面积原理图
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发电机
发电机是将由风轮轴传来的机械能转变成电能的设 备。
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1、探讨风电机组中液压密封件的使用？ 2、探讨西安世邦密封技术有限公司 www.sibonseal.com的哪些产品可用于风电产业？ 3、探讨西安密封市场情况？
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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 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
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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 风力提水机 的叶片
叶片横截 面形状基 本类型
流线型
弧板型
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大、中型风力机的回转体常借用塔式吊车上的回 转机构。 小型风力机的回转体通常是在上、下各设一组轴 承，可采用圆锥滚子轴承。也可以上面用向心球轴承 承受径向载荷。下面用推力轴承来承受机头的全部重 量。
微型风力机的回转体不宜采用滚动轴承，而采用 青铜加工的滑动轴承。这是为了防止机头对瞬时变化 的风向过于敏感而导致风轮的频繁回转。
为了使塔架上方 的主要设备不受 风沙的直接侵害
尘砂磨损和 盐雾侵蚀
罩壳——机 舱
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机头座
它用来支撑塔架上方的所有装臵及附属部件 它牢固与否将直接关系到风力机的安危与寿命 由于微、小型风力机塔架上方的设备重量轻。一般是由 钢板焊接而成， 即根据设计要求在底板上焊上加强肋 中、大型风力机的机头座要复杂一些，它通常由以纵梁、 横梁为主，再辅以台板、腹板、肋板等焊接而成 焊接质量要高。台板面要刨平，安装孔的位臵要精确
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风轮及其组成
叶片
风轮
轮毂
风轮 轴
风轮的组成图
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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臵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。
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控制系统
控制系统的功能
控制系统利用DSP微机处理机，在正常运行状 态下，主要通过对运行过程模拟量和开关量的 采集、传输、分析，来控制风电机组的转速和 功率；如发生故障或其他异常情况能自动地监 测并分析确定原因，自动调整排除故障或进入 保护状态。
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轮毂
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西安世邦密封 轮毂有固定式和铰链式两种
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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。
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塔架
塔架的功能是支撑位于空中的风力发电系统，塔架与 基础相连接，承受风力发电系统运行引起的各种载荷， 同时传递这些载荷到基础，使整个风力发电机组能稳 定可靠地运行。
单管拉线 式 衍架拉 线式塔 架 塔架的 基本形 式 锥筒式塔 架 世邦密封，您的密封管家
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衍架式 塔架
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微型风力机 小，中型风 力机
中，大小型 风力机 世邦密封，您的密封管家
大型风力机
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控制系统及附属部件
机舱
风力机常年 在野外运转 狂风暴雨 的袭击
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传动装臵
风力发电机组的传动装臵包括增速器与联轴器等。
通常，风轮的转速低于发电机转子需要的转速，所以 要增速(有的微型风力发电机组不设增速器而直接连接)。 增速器与发电机之间用联轴器连接，为了少占用空间， 往往将联轴器与制动器设计在一起。 风轮轴与增速器之间也有用联轴器的，称低速联轴器。
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制动装臵

制动装臵是使风力发电机停止运转的装 臵(也称刹车系统)。对于微型和小型风力发 电机，可采用如图所示的刹车机构。
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西安世邦密封 在中型和大型风力发电机组中，有采用 叶尖气动刹车和机械式刹车组成的制动 系统。 功率较大的风力发电机组，应用电磁制 动器和液压制动器的，当采用电磁制动 器时，需要有外电源；当采用液压制动 器时，除了需要外电源，还需要油泵， 电磁阀，液压油缸和管路等。
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西安世邦密封 控制系统的任务
控制系统主要任务就是能自动控制风电机组依 照其特性运行，自动检测故障并根据情况采取 相应的措施。 根据风电机组的结构载荷状态、风况、变浆变 速风电机组的特点及其它外部条件，将风电机 组的运行情况主要分为以下几类：待机状态； 发电状态；停机状态。
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风力机调速装臵调速原理
减少风轮迎风面积
改变叶片翼型攻角值
• 侧翼装臵
• 偏心装臵 • 缩小风轮圆形迎风 面积
• 配重(飞球)与弹簧配 合装臵
• 叶片重量与弹簧配 合装臵
利用空气在风轮圆周 切线方向的阻力 • 阻力翼 • 阻尼板
• 变桨距调速装臵
轴向 力 剪切 力 径向 力
受力 形式
弯矩 转矩
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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
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3.3 齿轮箱
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）
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小型及大型风力发电机组
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由式（3）得知：
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。
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叶片及叶片材料
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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
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回转体
回转体(转盘)是塔架与机头座的连接部件， 通常由固定套、回转圈以及位于它们之 间的轴承组成。固定套销定在塔架上部， 回转圈与机头座相连，通过它们之间的 轴承和对风装臵相连， 在风向变化时， 机头便能水平地回转，使风轮迎风工作。
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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
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