风力发电机组的组成

三、风力发电机组的组成

(一)风力发电机组的主要组成部分

风力发电机组的主要组成部分包括以下几项内容。

1)叶轮:将风能转变为机械能。

2)传动系统:将叶轮的转速提升到发电机的额定转速。

3)发电机:将叶轮获得的机械能再转变为电能。

4)偏航系统:使叶轮可靠地迎风转动并解缆。

5)其他部件，如塔架、机舱等。

6)控制系统:使风力发电机在各种自然条件与工况下正常运行的保障机制，包括调速、调向和安全控制。

(二)风力发电机组的主要部件

1．叶片

叶片是风力发电机组的关键零部件之一。大中型风力发电机组的轮多由二叶片或三叶片组，其中以三叶片最多。叶片材料多为玻璃钢，气动性能好的叶片更有利于多利用风能。

2．轮毂

风力发电机叶片都要装在轮毂上，通过轮毂与主轴连接，并将叶片力传到风力发电机驱动的对象(发电机)。同时轮毂也实现叶片桨距角控制，故须有足够的强度。有些风力发电机采用定桨距角叶片结构，可以简化结构、提高寿命和降低成本。轮毂是用铸钢或钢板焊接而成的。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，其焊接必须经过超声波检查，并按桨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接缝疲劳。

3．主轴

主轴也称“低速轴”。大中型风力发电机组由于其叶片长、重量大，所以为了使桨叶的离心力与叶尖的线速度不至于太大，其转速一般小于50r/min，因此主轴承受的扭矩较大。大中型风力发电机组主轴材料可选用40Cr或其他高强度的合金钢，必须经过调质处理，保证钢材在强度、塑性、韧性三个方面都有较好的综合机械性能，在设计加工图时，必须注明这一技术要求。

4．齿轮箱

齿轮箱是风力发电机组中的关键零部件之一。在风力发电机组严格，不仅要体积小、重量轻、效率高、噪声小，而且要承载能力大、启箱大致可以分为两类，即定轴线齿轮传动和行星齿轮传动。定轴线造价低廉。行星齿轮传动具有传动比大、体积小、质量小、承载能力大下效率高等优点;缺点是结构相对较复杂，造价较高。

5．发电机

发电机也是风力发电机组中的关键零部件之一，发电机性能好靠性。发电机可采用同步发电机，但多数选用异步发电机。由于风力机与火力发电等其他方式采用的发电机性能要求有很大区别。为了上大型风力发电机又多采用变极发电机、异步双馈发电机等。

6．调速器和限速装置

用调速器和限速装置实现风力发电机在不同风速时，转速恒定值。当风速过高时，这些装置还可用来限制功率，并减小作用在叶片置有偏航式、气动阻力式和变桨距角式三类。

7．对风装置

自然界的风，不论是速度还是方向，都经常发生变化。对于水平中，对齿轮箱的要求非常动力矩小、寿命长。齿轮齿轮结构简单，维护容易，、工作平稳和在某些情况坏直接影响整机效率和可发电的特殊性，所用发电充分利用风能，600kW以和不超过某一最高转速限上的力。调速器和限速装轴风力发电机，为了得到最高的风能利用效率，应使风轮的旋转面经常对准风向，为此，需要对风装置。小型风力发电机多采用尾舵控制对风的方式;中型风力发电机多采用在风力发电机两侧装控制方向的舵轮的方式;大型风力发电机多采用专门设计的风向传感器与伺服电机相结合的传动机来实现对风。

8．塔架

风力发电机的塔架除了要支撑风力发电机的质量外，还要承受吹向风力发电机和塔架的风压以及风力发电机运行中的动载荷。它的刚度和风力发电机的振动特性有密切关系，特别对大、中型风力发电机的影响更大。大型风力发电机的塔架基本上是锥形圆柱钢塔架，这种塔架上下相邻两节的连接多采用法兰，有的利用本身的锥底进行套装。

9．附属部件

附属部件包括机舱、机座、回转体以及制动装置等，下面分别简要介绍。

(1)机舱

风力发电机长年在野外运转，不但要经受狂风暴雨的袭击，还时刻面临尘沙磨损和盐雾侵蚀的威胁。为了使塔架上方的主要设备及附属部件(桨叶及尾舵或舵轮除外)免受风沙、雨雪、冰雹以及盐雾的直接侵害，往往用罩壳把它们密封起来，这罩壳就是“机舱”。

机舱要设计得轻巧、美观并尽量带有流线型，下风向布置的风力发电机组尤其需要这样，最好采用重量轻、强度高而又耐腐蚀的玻璃钢制作;也可直接在金属机舱的面板上相间敷以玻璃布与环氧树脂保护层。

(2)机座

机座用来支撑塔架上方风力发电机的所有设备及附属部件，其牢固与否将直接关系到整机的安全和使用寿命。机座的设计要与整机布置统一考虑，在满足强度和刚度要求的前提下，应力求耐用、紧凑、轻巧。大、中型风力发电机的机座通常由纵梁、横梁为主，再辅以台板、腹板、肋板等焊接而成。焊接时必须严格根据焊接工艺施焊，并采取必要的技术措施以减小变形。主要焊缝需经探伤检查，决不允许有未熔合、未焊透处，更不得有裂纹、夹渣、气孔等缺陷。焊好后还要进行校正、找平等工作。

(3)回转体

回转体实际上就是机座与塔架之间的连接件，通常由固定套、回转圈以及位于它们之间的轴承组成。固定套锁定在塔架上部，而回转圈则与机座相连。当风向变化时，风力发电机就能绕其回转而自动迎风。

(4)制动装置

制动装置也称“刹车机构”，是风力发电机非常重要的附属部件，它保证风力发电机在维修或大风期间风轮处于制动状态。

制动装置一般采用机械刹车和空气动力刹车。机械刹车又分两种刹车形式，即运行刹车和紧急刹车。运行刹车是指在风机正常运行状态下的刹车，例如失速调节式风力发电机在切出时从运行到停止。紧急刹车指在事故状态时的刹车，很少使用。近几年来风机生产厂家一般采用刹车片，有的安装在高速轴，有的安装在低速轴。在低速轴上刹车，刹车力矩直接作用在风轮上，不对齿轮箱产生冲击载荷，可靠性高，但刹车力矩比较大。在高速轴上刹车，刹车力矩小，但对齿轮箱有载荷冲击，可靠性差。制动装置的设计应按照“保证故障情况下安全有效制动”的原则，对机械刹车用的刹车片要实时测量其厚度，保证风力发电机的安全性。