風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與分類

第四講風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與分類1整理課件4、1風(fēng)力發(fā)電機(jī)的分類

風(fēng)力發(fā)電機(jī)分類按照不同的標(biāo)準(zhǔn)有不同的分類方法：

按風(fēng)力機(jī)的功率分類，可分為：

微型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其額定功率為50~100W。

小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其額定功率為1~10KW。

中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其額定功率為10~100KW。

大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其額定功率為100KW以上。2整理課件按風(fēng)輪軸安裝形式分類，可分為：

水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。3整理課件4、2水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)

水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)是目前世界各國最為成功的一種形式，而生產(chǎn)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的國家很少，雖然垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)一些優(yōu)點(diǎn)但垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)效率低、需重啟設(shè)備。

水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要由風(fēng)輪、風(fēng)輪軸、低速聯(lián)軸器、增速器、高速軸聯(lián)軸器、發(fā)電機(jī)、塔架、調(diào)速裝置、調(diào)向裝置、制動器等組成。4整理課件〔1〕風(fēng)輪

葉片安裝在輪轂上稱作風(fēng)輪，它包括葉片、輪轂等。風(fēng)輪是風(fēng)力發(fā)電機(jī)接受風(fēng)能的部件?，F(xiàn)代的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片數(shù)，常為1-4枚葉片，常用的是2枚或3枚葉片。由于葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)接受風(fēng)能的部件，所以葉片的扭曲、翼型的各種參數(shù)及葉片結(jié)構(gòu)都直接影響葉片接受風(fēng)能的效率和葉片的壽命。5整理課件6整理課件葉片尖端在風(fēng)輪轉(zhuǎn)動中所形成圓的直徑稱風(fēng)輪直徑，亦稱葉片直徑。

葉片又可分為變槳距葉片和固定槳距葉尖可變槳距或葉尖有阻尼器兩種葉片，其作用都是為了調(diào)速。

從葉片結(jié)構(gòu)上又可分為木制葉片、鋁合金擠壓成型的等弦長葉片、鋼制葉片、鋼縱梁玻璃鋼葉片、玻璃鋼葉片等。7整理課件由于葉片在轉(zhuǎn)動中，距轉(zhuǎn)動中心不同半徑的線速度也不同，接受風(fēng)能也不同。為了葉片各部接受風(fēng)能大體一致，葉片往往做成從葉根至葉尖是漸縮的，并且扭轉(zhuǎn)一定角度，這種葉片稱扭曲葉片?，F(xiàn)代大、中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)都采用扭曲葉片。

葉片安裝在輪轂上，有些調(diào)速裝置就安裝在輪轂內(nèi)。如圖(2-4)(b)8整理課件〔2〕增速器

由于風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速低而發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速高，為匹配發(fā)電機(jī)，要在低速的風(fēng)輪軸與高速的發(fā)電機(jī)軸之間接一個增速器。增速器就是一個使轉(zhuǎn)速提高的變速器。增速器的增速比i是發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)數(shù)nD與風(fēng)輪額定轉(zhuǎn)數(shù)n的比，即i=nD／n。9整理課件〔3〕聯(lián)軸器

增速器與發(fā)電機(jī)之間用聯(lián)軸器連接，為了減少占地空間，往往聯(lián)軸器與制動器設(shè)計在一起。風(fēng)輪軸與增速器之間也有用聯(lián)軸器的，稱低速聯(lián)軸器。如圖(2-4)(a)中4和9。

〔4〕制動器

制動器是使風(fēng)力發(fā)電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)的裝置，也稱剎車。制動器有手制動器、電磁制動器和液壓制動器。當(dāng)采用電磁制動器時，需有外電源；當(dāng)采用液壓制動器時，除需外電源外，還需泵站、電磁閥、液壓油缸及管路等。10整理課件11整理課件〔5〕發(fā)電機(jī)

葉片接受風(fēng)能而轉(zhuǎn)動最終傳給發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)是將風(fēng)能最終轉(zhuǎn)變成電能的設(shè)備。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)土常用的發(fā)電機(jī)有四種：

①直流發(fā)電機(jī)，常用在微、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)上。直流電壓12，24，36V等。中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)也有用直流發(fā)電機(jī)的

②永磁發(fā)電機(jī)，常用在小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)上，電壓一般為115，127V等，有直流也有交流。永磁交流發(fā)電機(jī)在中、大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)上尚未得到使用，主要有些技術(shù)問題還未解決?，F(xiàn)在我國已經(jīng)創(chuàng)造了交流電壓440／240V的高效永磁交流發(fā)電機(jī)，可以做成多極低轉(zhuǎn)速，特別適合風(fēng)力發(fā)電機(jī)。12整理課件③同步交流發(fā)電機(jī)，它的電樞磁場與主磁場同步旋轉(zhuǎn)，同步轉(zhuǎn)速nD=60f／p。

④異步交流發(fā)電機(jī)，它的電樞磁場與主磁場不同步旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速比同步轉(zhuǎn)速略低。當(dāng)并網(wǎng)時轉(zhuǎn)速應(yīng)提高。

13整理課件〔6〕塔架

塔架是支撐風(fēng)力發(fā)電機(jī)的支架。塔架有型鋼桁架結(jié)構(gòu)的，有圓錐型鋼管和鋼筋混凝土的等三種形式。同時塔架又分為硬塔，柔塔，甚柔塔。硬塔的固有頻率大于Kn，其中K為葉片數(shù)，n為風(fēng)輪轉(zhuǎn)數(shù)；柔塔的固有頻率在Kn和n之間；甚柔塔的固有頻率小于n。

為防止鋼制塔架生銹，往往對鋼制塔架熱鍍鋅。14整理課件〔7〕調(diào)速裝置

風(fēng)速是變化的，風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速也會隨風(fēng)速的變化而變化。為使風(fēng)輪運(yùn)轉(zhuǎn)在所需要的額定轉(zhuǎn)速下的裝置稱為調(diào)速裝置。

當(dāng)風(fēng)速超過停機(jī)風(fēng)速時，調(diào)速裝置會使風(fēng)力發(fā)電機(jī)停機(jī)。調(diào)速裝置只在額定風(fēng)速以上時調(diào)速。

目前世界各國所采用的調(diào)速裝置主要有以下幾種。15整理課件①可變槳距調(diào)速裝置。變槳距調(diào)速裝置是現(xiàn)代風(fēng)力掣電機(jī)主要調(diào)速方式之一。在圖2-4中，微機(jī)發(fā)出指令讓葉片增大安裝角以減少由于風(fēng)速增大使葉片轉(zhuǎn)速加快的趨勢，電磁閥翻開，變槳距液壓油缸動作，拉動葉片向葉片安裝角增大的方向轉(zhuǎn)動一定角度使葉片接受風(fēng)能減少，維持風(fēng)輪運(yùn)轉(zhuǎn)在額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。當(dāng)風(fēng)速減小時，微機(jī)指令的動作與上述相反，減小葉片的安裝角以使葉片接受風(fēng)能增加，維持風(fēng)輪轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)。變槳距調(diào)速裝置也有多種形式，上述為液壓變槳距調(diào)速裝置，變槳距調(diào)速裝置還有一種由調(diào)速電機(jī)來驅(qū)動的。這種由調(diào)速電機(jī)驅(qū)動的變槳距調(diào)速也是當(dāng)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要的調(diào)速方式之一。16整理課件②定槳距葉尖失速控制調(diào)速裝置。定槳距葉尖失速控制調(diào)速裝置是當(dāng)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)常采用的主要調(diào)速方式之一。定槳距就是葉片的安裝角是固定的，也就是葉片固定在輪轂上不能轉(zhuǎn)動。在葉尖上有一段葉片是可以轉(zhuǎn)動的，在額定風(fēng)速下葉尖上可動的一段葉片與葉片保持一致，當(dāng)風(fēng)速超過額定風(fēng)速時，可動葉尖在液壓或機(jī)械動力的驅(qū)動下，轉(zhuǎn)一定角度，使可動葉尖失速對風(fēng)形成阻力，風(fēng)愈大那么轉(zhuǎn)的角度愈大對風(fēng)的阻力也愈大，從而保持葉片運(yùn)轉(zhuǎn)在額定風(fēng)速下。當(dāng)風(fēng)速減小時上面的過程正好相反。當(dāng)風(fēng)速到達(dá)停機(jī)風(fēng)速時，可動葉尖對風(fēng)輪運(yùn)轉(zhuǎn)完全形成阻力，致使風(fēng)輪停止轉(zhuǎn)動，也稱空氣動力制動或剎車。17整理課件③離心飛球調(diào)速裝置。離心飛球調(diào)速裝置是風(fēng)力發(fā)電機(jī)最早的變槳距調(diào)速裝置?，F(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電已很少采用。離心飛球調(diào)速裝置最典型結(jié)構(gòu)是絞接在輪轂上的飛球隨風(fēng)輪轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，在額定風(fēng)速下，飛球的離心力與彈簧壓力相平衡；當(dāng)風(fēng)速超過額定風(fēng)速時，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速加快，飛球離心力增大，克服彈簧壓力向外伸開，飛球另一端拐軸就驅(qū)動大齒輪轉(zhuǎn)功。并驅(qū)動與其嚙合的小齒輪轉(zhuǎn)動，而小齒輪軸正是葉片可變槳距的軸，因此葉片向其安裝角增大的方向轉(zhuǎn)動，使葉片向減少迎風(fēng)面，保持風(fēng)輪運(yùn)轉(zhuǎn)在額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。當(dāng)風(fēng)速減小時，飛球調(diào)速過程恰好相反。離心飛球調(diào)速裝置還有很多種結(jié)構(gòu)形式，可以控制整個葉片變槳距，也可以利用飛球離心力控制葉片錐角以改變?nèi)~片迎風(fēng)面來調(diào)速。18整理課件④空氣動力調(diào)速裝置?？諝鈩恿φ{(diào)速裝置的機(jī)理是在葉尖上或葉片中部安裝一塊阻尼板，在額定風(fēng)速下，阻尼板隨風(fēng)輪運(yùn)轉(zhuǎn)的離心力與彈簧的拉力平衡并保持與風(fēng)輪轉(zhuǎn)動中受空氣阻力最小的位置。當(dāng)風(fēng)速超過額定風(fēng)速時，阻尼板由于離心力的作用而張開并對空氣形成阻力使風(fēng)輪轉(zhuǎn)速保持在額定轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)。空氣動力調(diào)速形式有很多。定槳距叫尖失速控制調(diào)速也屬空氣動力調(diào)速之一。圖2-5是Wlnd-Charger空氣動力調(diào)速裝置，它是用兩個圓弧板鉸接在與叫片相垂直的短臂上，短臂與輪轂焊在一起。

19整理課件20整理課件在額定風(fēng)速下向圓弧板的離心力與彈簧的拉力平衡并保持與風(fēng)輪一起轉(zhuǎn)動叫對空氣阻力最小的位置。當(dāng)風(fēng)速超過額定風(fēng)速時，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速增加，圓弧板離心力增大，使其克服彈簧拉力向外張開造成空氣阻力使風(fēng)輪轉(zhuǎn)速保持在額定轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)。當(dāng)風(fēng)速減小時，圓弧板離心力減小，靠彈簧的拉力的圓弧板以拉了回來，減小空氣阻力，使風(fēng)輪機(jī)在額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。

21整理課件⑤扭頭、仰頭調(diào)速裝置。扭頭、調(diào)速裝置就是把風(fēng)輪和機(jī)艙與轉(zhuǎn)盤偏心布置，當(dāng)風(fēng)速超過額定風(fēng)速時風(fēng)時風(fēng)輪和機(jī)艙能繞轉(zhuǎn)盤偏離風(fēng)向一定角度從而減小葉片迎風(fēng)面積以到達(dá)調(diào)速的目得。超過額定風(fēng)速愈大那么風(fēng)輪偏離風(fēng)向愈大，使風(fēng)輪保持在額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。圖2—6是扭頭調(diào)速，圖2—7是仰頭調(diào)速。22整理課件23整理課件當(dāng)風(fēng)速超過停機(jī)風(fēng)速時，風(fēng)輪順槳，機(jī)艙與風(fēng)向垂直，停機(jī)。牽拉在尾舵梁上的彈簧在風(fēng)輪順槳時自鎖，開機(jī)時需人工調(diào)回。扭頭調(diào)速是沿用最久的行之有效的調(diào)速方式之一，其結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，本錢低，至今還用在中型20kW以下及微小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的調(diào)速上。

仰頭調(diào)速裝置常用在微小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的調(diào)速上。仰頭調(diào)速裝置也是將風(fēng)輪和機(jī)艙與塔架的鉸接軸偏心布置，當(dāng)風(fēng)輪在額定風(fēng)速下運(yùn)轉(zhuǎn)時彈