风力发电机组传动系统ppt课件.ppt

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1、联合动力风电研修学院课程名称讲师：马立豪（技术部）学习·实践·分享STUDY.PRACTICE.SHARE1.5MW风力发电机组传动系统培训容：第一章叶轮第四章偏航系统第五章变桨、偏航自动润滑系统第二章传动链第三章液压及刹车系统第一章叶轮第一节叶片不同的叶片形状会影响风力发电机组传动轴的布置方式，根据风力发电机组传动轴的不同布置方式可将风力发电机组分为两种：（一）、垂直轴风力发电机组（二）、水平轴风力发电机组（一）垂直轴风力发电机组所谓垂直轴风力发电机就是发电机的传动轴垂直放置，其转动原理与水车转动原理一致的，水

2、车允许水从切向流经与旋转轴垂直的水轮。只不过垂直轴风力发电机组的工作介质是空气，在工作原理上，虽然垂直轴风力发电机与水平轴风力风力发电机并无差别，但它要求更复杂的设计，否则它不可能在效率方面超过水平轴风力发电机。垂直轴风力发电机组的主要优点是它的发电机和齿轮箱放在地面，很容易维护，也不需要偏航机构。因为它总能够利用来自不同方向的风能。其缺点是效率太低，而且仅为了更换主轴承，就需要拆卸整个风力发电机组，此外，它的风轮距离地面很近，可获取的风资源有限。一种典型的垂直轴风力发电机（二）水平轴风力发电机组水平轴风力发电机

3、组是目前最常见的一种风力发电机组形式。事实上今天所有的并网型商业风力发电机组都是安装在垂直塔筒顶部的水平轴螺旋桨型风力发电机。与垂直轴风力发电机组运行模式不同，水平轴风力发电机组需要对中风向，从而让风平行于旋转轴流过。其优点是发电效率高、适合于大功率风力发电机组，但由于需要增加偏航、变桨等装置，其成本相对较高。水平轴风力发电机叶片的数量对于水平轴风力发电机来说，三叶片风力发电机组是最常见的。相对于三叶片，双叶片和单叶片也有它们的优点，可以节约成本减少风轮的重量。然而，以保证同尺寸的三叶片风力发电机具有同样的出力，

4、使用的叶片越少，旋转速度就越高，或者叶片弦长就越长。采用单叶片或双叶片还会由于惯性的变化导致载荷的波动，这取决于叶片是在水平位置还是在垂直位置，以及叶片位于上端及下端位置时的风速变化。单叶片双叶片三叶片因此，通常双叶片和单叶片都是连接在所谓的跷铰式轮毂上，此时风轮是铰接在主轴上的。这种设计允许风轮跷转以消除部分不平衡载荷。单叶片风力发电机不如双叶片风力发电机使用广泛，主要因为单叶片风力发电机转速高，载荷不平衡，噪音大，同时还有视觉美观问题，需要平衡重块来平衡风轮叶片的偏载。风轮叶片的重要参数叶片的叶尖速比是用来表

5、述风力发电机组叶片特性的一个十分重要的参数。它等于叶片顶端的线速度与风接触叶片之前很远距离上的速度之比。叶片越长，或者叶片转速越快，同风速下的叶尖速比就越大。下图是不同叶形和不同叶片数量的风力发电机叶尖速比概况。早期的风力发电机组包括多叶片的设计，这些风力发电机组的风轮都有较高的密实度，所谓的密实度就是叶片面积与风轮扫风面积之比。这样高密实度的风轮的缺点是成本高，在极端风速下，如飓风条件下，会产生过量的力。为了限制在极端风速下出现这种不希望的现象，同时增加采风效率，现代的风力发电机组采用较少、较长、较瘦的叶片，也

6、就是选择尽量小的密实度设计。为了对这种较瘦的叶片进行功率补偿，现代风力发电机需要在较高的叶尖速度下运行。叶片的几何形状风力发电机组风轮叶片的外形轮廓是基于空气动力学考虑设计的，叶片的横截面是具有非对称的流线形状，迎风缘扁平。气动外形确立后，叶片要具有足够的强度和刚度。叶片的型腔是空心的，是由两个壳体粘接在一起构成的，上壳面是吸力面，下壳面是压力面为使叶片有足够的强度和刚度，叶片型腔内有腹板与上下大梁粘接，形成箱型端面结构。从结构力学角度讲，叶片的腹板起到一个类似于梁的作用，简单的梁理论在结构分析时可以用于模化叶片

7、，从而确定叶片的整体强度。重要的是靠近轮毂的叶片截面要承受来自叶片其他部位的力和应力。因此，靠近叶根部叶片翼型既厚又宽，同时沿叶片展向叶片翼型逐渐变薄，以获得较好的气动性能。随着沿叶尖方向叶片速度的增加，升力沿叶尖增加，叶片弦宽沿叶尖方向逐步减小，抵消了这种效应。换句话说，叶片从叶根某一部位到叶尖成锥度变化，一般而言，翼型变化兼顾叶片强度和空气动力特性。在叶根处，翼型通常较窄且成管状与轮毂连接。那么，叶片的长度又是如何设计的呢？对于任何形式的风力发电机所产生的功率都可以表示为：式中P--------风力发电机组输

8、出功率；ρ--------空气密度；V--------自由风速；A--------风轮扫风面积；CP--------效率因子。效率因子CP包括机械效率ηm、电气效率ηe以及空气动力效率。所有三个因子分别取决于风速和所产生的功率。机械效率ηm主要取决于齿轮箱内的损失，典型的是0.95到满负荷时的0.97。电气效率包括发电机的损失和电气回路的损失。对于异步发电机，通常满负荷时