风电机组的安装调试与运行维护.ppt
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1、风力发电机组传动系统的调试与运行维护,风力发电机组传动系统认知,相关知识学习 风力发电机组传动系统 风轮(一)风轮(叶轮)风力机区别于其它机械的最主要特征就是风轮,其作用是将风的动能转换为机械能。,风轮的几何参数有:(1)叶片数(2)风轮直径(3)风轮扫掠面积(4)风轮高度(5)风轮锥角(6)风轮仰角(7)风轮额定转速(8)风轮最高转速(9)风轮实度,1叶片(1)叶片的基本概念 叶片的翼型设计、结构形式,直接影响风力发电装置的性能和功率,是风力发电机组中最核心的部分之一,要求具有高效的接受风能的翼型,合理的安装角,科学的升阻比、尖速比和叶片扭角,合理的结构、优质的材料和先进的工艺等。,(2)叶
2、片结构 大型并网风力发电机组风轮叶片目前最普遍采用的是玻璃纤维增强聚酯树脂叶片、玻璃纤维增强环氧树脂叶片和碳纤维增强环氧树脂叶片。从性能来讲碳纤维增强环氧树脂最好,玻璃纤维增强环氧树脂次之。为提高叶片的强度和刚度,防止局部失稳,叶片大都采用主梁加气动外壳的结构形式。主梁常用O型、C型、D型和矩型等形。,(3)叶片的受力情况1)翼的升力和阻力下图为空气流过一翼型的情形,其攻角为。,空气流过翼型的情形,总的合力即为平板在流动空气中所受到的空气动力。此力可分解为两个分力:一个分力与气流方向垂直,它使翼上升,称为升力;另一个分力与气流方向相同,称为阻力。升力和阻力与叶片在气流方向的投影面积、空气密度及
3、气流速度的平方成比例。,影响翼的升力和阻力的因素一般有:翼型的影响;攻角的影响;雷诺数的影响;翼型表面粗糙度的影响。,2)风轮在静止情况下叶片的受力情况 风力机的风轮由轮毂及均匀分布安装在轮毂上的若干叶片所组成。右图所示的是三叶片风轮的起动原理。设风轮的中心轴位置与风向一致,当气流以速度流经风轮时,在叶片和叶片上将产生气动力和。将和分解成沿气流方向的分力和(阻力)及垂直于气流方向的分力和(升力),阻力和形成对风轮的正面压力,而升力和则对风轮中心轴产生转动力矩,从而使风轮转动起来。,风力机在启动时的受力情况,3)风轮在转动情况下叶片的受力情况若风轮旋转角速度为,则相对于叶片上距转轴中心r处的一小
4、段叶片元(叶素)的气流速度(相对速度)将是垂直于风轮旋转面的来流速度与该叶片元的旋转线速度的矢量和,如下图所示。可见这时以角速度旋转的桨叶,在与转轴中心相距r处的叶片元的攻角,已经不是与翼弦的夹角,而是与翼弦的夹角了。,旋转叶片的气流速度及受力情况,(4)叶片设计要求1)空气动力学设计要求叶片的额定设计风速应按风力发电机的等级确定;叶片在弦长和扭角分布上应采用曲线变化,以使风力发电机获得最大气动效率;提供叶片的弦长、扭角和厚度沿叶片径向的分布以及所用翼型的外形尺寸数据;明确规定叶片的适用功率范围。对于变桨距叶片,要求其运行风速范围尽可能宽,并给出叶片的变桨距范围。,2)结构设计要求 叶片结构设
5、计应根据极端载荷并考虑机组实际运行环境因素的影响,使叶片具有足够的强度和刚度。保证叶片在规定的使用环境条件下,在其使用寿命周期内不发生损坏。要求叶片的重量尽可能轻,并考虑叶片间相互平衡措施;叶片的设计安全系数应大于或等于1.15;叶片的设计使用寿命应大于或等于20年;对于叶片中的机械结构,如变桨距叶片的变桨距系统和定桨距叶片的叶尖气动刹车机构,其可靠性应满足用户的要求;,叶片的结构设计还应给出下列内容:叶片的质量及质量分布;叶片重心位置;叶片转动惯量;叶片刚度及刚度分布;叶片的固有频率(挥舞、摆振和扭转方向);结构设计应给出同轮毂连接的详细接口尺寸。,3)安全和环保要求环保要求:叶片设计时必须
6、考虑叶片产生的噪声对当地居民生活环境的不利影响。安全要求:复合材料叶片在制造过程中可能会产生一些有害的物质,应尽量选择适当的材料,使其在制造和使用的过程中不会产生大量的、有害的粉尘和挥发物,防止对当地居民的生命安全和生活环境产生不利的影响。,(5)叶片的防雷击系统雷击造成叶片损坏的机理,叶片防雷击系统示意图,玻璃钢防雷叶片,装有接闪器捕捉雷电叶片的叶尖结构,2轮毂轮毂是联接叶片与主轴的重要部件,作用是传递风轮的力和力矩到后面的机械结构或塔架中去。它可以是铸造结构,也可以采用焊接结构。主流的水平轴风力发电机组都采用三叶片结构,三叶片风轮大部分采用固定式轮毂,固定式轮毂的制造成本低、维护少、没有磨
7、损。,(a)星形结构,(b)球星结构,(2)轮毂的技术要求1)能在环境温度-4050下正常工作;2)风轮轮毂的使用寿命不得低于20年;3)风轮轮毂要有足够的强度和刚度;4)风轮轮毂的加工必须满足相关图样要求;5)风轮轮毂应具有良好的密封性,不应有渗、漏油现象,并能避免水份、尘埃及其它杂质进入形体内部。风轮轮毂的清洁度应符合齿轮传动装置清洁度的规定;,6)机械加工以外的全部外露表面应涂防护漆,涂层应薄厚均匀,表面平整、光滑、颜色均匀一致。对油漆的防腐要求和颜色由供需双方在技术协议中规定;7)风轮轮毂应允许承受发电机短时间1.5倍额定功率的负荷;8)有变桨距系统的风轮轮毂还应满足以下要求:变桨距系
8、统应能承受叶片的动、静载荷;变桨距系统的运动部件应运转灵活,满足使用寿命、安全性和可靠性要求;变桨距系统的控制系统应能按设计要求可靠地工作。,(二)主轴在风力发电机组中,主轴承担了支撑轮毂处传递过来的各种负载的作用并将扭矩传递给增速齿轮箱,将轴向推力、气动弯矩传递给机舱、塔架。主轴的安装结构一般有挑臂梁结构和悬臂梁结构两种,主轴承选用调心滚子轴承。,(a)挑臂梁结构(b)悬臂梁结构,(三)齿轮箱 风力发电机组中的齿轮箱是一个重要的机械部件,其主要作用是将风轮的转速增加到发电机要求的转速。风力发电机组齿轮箱的种类很多,按照传统类型可分为圆柱齿轮增速箱、行星增速箱以及它们互相组合起来的齿轮箱;按照
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- 机组 安装 调试 运行 维护