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风力发电机组构成


固定式轮毂: 相对固定铰链式轮毂: 自由的铰链式轮毂:
2、 传动系
将风轮的力和力矩通过变速后传递给发电机,当风轮转速过高 时并能限制传动轴转动。
传动系包括低速传动轴、叶片刹车盘、增速箱、耦合器和高速 传动轴。
齿轮箱和叶片:中国风电发展限制的主要因素。
2.1齿轮箱
(1)由于发电机转速高,二极三相交流发电机转速约每分 钟3000转,四极三相交流发电机转速约每分钟1500转, 六极三相交流发电机转速约每分钟1000转,而风力机风轮 转速低,小型风力机转速每分钟最多几百转,大中型风力 机转速约每分钟几十转甚至十几转。这么大的转速差别, 风轮只有通过齿轮箱增速才能带动发电机以额定转速旋转。
南高齿还与美国通用开展技术合作,专为通用公司做配套。
齿轮箱外资企业主要是弗兰德机电传动(天津)有限公司,2005年被西门子公司 收购后改名西门子机械传动(天津)有限公司,主要为外资整机厂供货。
2.2轴 承
风电机组主轴承在国内还没有专业制造厂, 目前几乎全部依赖进口,主要的国外厂商有 SKF、FAG等;其他部位的轴承,如偏航轴 承和变桨轴承,徐州罗特艾德公司可以生产。
风力发电系统构成
一、风力发电机组的系统组成
风力发电系统是将风能转换为电能的机械、电气及控制设 备的组合。
水平轴发电装置通常包括风叶、传动机构(传动轴、增速 器)、停车制动器、发电机、机座、 塔架、调速器(或限 速器)、对风装置、储能装置和控制器等。
(1)叶轮
将风的动能转换为机械能并带动其它装置。 叶轮由叶片与轮毂组成。 1.1叶片数目的确定 依据使用目的、当地风能状况决定采用高速或低速风轮后。 叶片数选择的基本原则: (1)提高风轮转速就要减少叶片数,这样可使齿轮箱变速比减小,并可降
三叶片:转速动态平衡较好,质量分布均匀。 多叶片:获得较大的转动力矩,只适用于低速风机。
1.2 叶片翼型
现有美国NACA系列,德国DVL系列,英国有RAE系列和前苏联
有ЦΑΓИ系列等。
高速风轮:薄而弯曲度小的高速翼型,具有较小的阻力,也 能保证大型风力机的气动性能。
低速风机:由于叶片上气流雷诺数较小,对气动设计没有特 殊要求,一般不进行特殊叶型设计。
目前中国对风电机组中叶片的研制技术已经基本掌握,能 批量生产1.5MW以下各系列化叶片,具有代表性的有保定 惠腾、中复连众、上海玻璃钢研究院等。
另外丹麦LM公司早在2002年就在天津设立了生产工厂, 为国内外整机企业配套生产叶片;
外资整机制造企业,如维斯塔斯、歌美飒和苏司兰公司, 也都在国内设有自己的叶片生产厂。
低齿轮箱费用; (2)要减少风轮成本就要减少叶片数; (3)叶片叶素的弦长与叶片数成反比; (4)风轮转动质量的动力平衡、震动控制问题的难易度,风轮运转的噪声
大小。
单叶片:转速提高,但动态不平衡问题突出,系统震动增强,噪音增大,基 本无应用。
双叶片:结构成本较低,叶片实度小,转速较高,但工作过程中支撑塔架的 受力影响较大;
国内正在进行叶片研发试制的企业还有多家,包括保定华 翼、天津东汽、北京玻璃钢研究院等
1.4 轮毂
连接叶片与风轮转轴,将风轮的力和力矩通过风轮转轴转给 后面的传动变速结构。
要求:能够承载大的、复杂的负荷 结构形式:固定式轮毂、相对固定铰链式轮毂和自由的铰链
式轮毂
中小型风力机பைடு நூலகம்采用固定 式轮毂,兆瓦级风机采用 自由铰链式轮毂。
NACA翼型系列主要包括下列一些翼型族: ①4位数翼型族:这是最早建立的一个低速翼型族。例
如,NACA2415翼型,这4位数字的意义是:最大相对弯度为2%,最大弯度 位于翼弦前缘 的40%处,末两位数15表示相对厚度为15%。四为数翼型 最大厚度一般在离前缘的30%弦长处,已取得实验数据的有相对厚度为 6%、8%、9%、10%、12%、15%、18%、21%、24%,相对弯度为 0%、1%、2%三种,中弧线最高点位置均在4%弦长处。
②5位数翼型族:这是在4位数翼型族的基础上发展 的。这一族翼型的中线有两种类型,一类是简单中 线,它的前段为三次曲线,后段为直线;另一类是S 形中线,前后两段都是三次曲线,后段上翘的形状 能使零升力矩系数为零。这族翼型的厚度分布与4 位数翼型族的相同。
③6族翼型:适用于较高速度的一些翼型族,得到 广泛应用。这种翼型又称层流翼型,它的前缘半径 较小,最大厚度位置靠后,能使翼型表面上尽可能 保持层流流动,以便减小摩擦阻力。
(3)由于风力机的工作环境恶劣,对制作齿轮箱的材料与 工艺要求很高,同时对对齿轮箱的润滑系统要求也很高。
我国风电齿轮箱生产企业都是从国家大型齿轮箱企业延伸出来的,如南京高速齿 轮制造有限公司、重庆齿轮箱有限责任公司和杭州前进齿轮箱公司,此外大连重 工、四川二重等企业也开始齿轮箱的生产。其中前两者占国产化齿轮箱市场份额 的80%~90%以上。
④1族、7族、8族等翼型族,还有各种修改翼型。
Clark Y (低性能,允许制造误差大,下表面很长一段是直线容易造)
NACA 4412/4415 (低性能,允许制造误差大,头部圆钝不易气流分离, 下表面平坦容易制造)
(升力比较大,但下表面内凹,不便制造,俯仰力矩大,一般不用。 模型上通常用较薄的NACA6409)
(2)齿轮变速主要有两种形式,一种是圆柱齿轮变速,一 种是行星齿轮变速,风力机的齿轮增速箱增速比较大,多 采用二级行星齿轮增速或一级行星齿轮加一级圆柱齿轮增 速,当然也有三级增速的。圆柱齿轮增速箱的输入输出轴 多数不在同一轴线上,而行星齿轮增速箱的输入输出轴则 在同一轴线上。行星齿轮增速箱还有体积较小、效率较高、 加工成本较低的优点,故行星齿轮增速在风力机中用得较 多。
NACA 23012/23015/23018(综合性可靠的,商务飞机最常用的,厚度范围比较大) FX 63-137(低速大升力翼型,通常仅用于人力飞机类慢速飞机)
1.3 叶片材料: 要求:强度高、重量轻、耐腐蚀
常用:轻木、铝合金、不锈钢、玻璃纤维树 脂基复合材料、碳纤维树脂基复合材料
存在的主要问题: 1、刚度 2、雷击 3、疲劳强度 4、腐蚀
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