1、大唐山東風電培訓中心目錄 第一部分：各系統部件介紹 第二部分：電控系統功能介紹 第三部分：風機傳動系統 第四部分：風機偏航系統及液壓系統大唐山東風電培訓中心第一部分：各系統部件介紹第一部分：各系統部件介紹 風輪風輪機艙機艙塔架塔架基礎基礎風力發風力發電機組電機組圖圖2-1外觀結構組成外觀結構組成傳動系傳動系統統液壓系統與制動系統液壓系統與制動系統發電機發電機控制與安全系統控制與安全系統偏航系統偏航系統風力發風力發電機組電機組圖圖2-2功能實現組成功能實現組成大型風力發電機組從外觀結構來說一般由圖大型風力發電機組從外觀結構來說一般由圖2-12-1所示部分組成；所示部分組成；從機組各部分所能實現的

2、功能來說一般由圖從機組各部分所能實現的功能來說一般由圖2-22-2所示部分組成；所示部分組成；大唐山東風電培訓中心（1）風輪）風輪 風輪由輪轂和葉片組成，它的作用是將風能轉換為機風輪由輪轂和葉片組成，它的作用是將風能轉換為機械能，它由氣動性能優異的葉片裝在輪轂上組成，風輪轉械能，它由氣動性能優異的葉片裝在輪轂上組成，風輪轉子直徑隨著風力發電機功率的增大而增大。風輪按葉片數子直徑隨著風力發電機功率的增大而增大。風輪按葉片數可以分為單葉片、雙葉片、三葉片和多葉片風輪，其中三可以分為單葉片、雙葉片、三葉片和多葉片風輪，其中三葉片風輪由于穩定性好，在并網型風力發電機組上得到廣葉片風輪由于穩定性好，在并

3、網型風力發電機組上得到廣泛應用。按照葉片能否圍繞其縱向軸線轉動，可以分為定泛應用。按照葉片能否圍繞其縱向軸線轉動，可以分為定槳距風輪和變槳距風輪。定槳距風輪葉片與輪轂固定連接，槳距風輪和變槳距風輪。定槳距風輪葉片與輪轂固定連接，結構簡單，但是承受的載荷較大。變槳距風輪的葉片與輪結構簡單，但是承受的載荷較大。變槳距風輪的葉片與輪轂通過軸承連接。雖然結構比較復雜，但能夠獲得較好的轂通過軸承連接。雖然結構比較復雜，但能夠獲得較好的性能，而且葉片承受的載荷較小，重量輕。性能，而且葉片承受的載荷較小，重量輕。 大唐山東風電培訓中心 輪轂輪轂 風力機葉片都要裝在輪轂上。輪轂是風輪的樞紐風力機葉片都要裝在輪

4、轂上。輪轂是風輪的樞紐, 也是葉片根也是葉片根部與主軸的連接件。所有從葉片傳來的力部與主軸的連接件。所有從葉片傳來的力,都通過輪轂傳遞到都通過輪轂傳遞到傳動系統傳動系統,再傳到風力機驅動的對象。同時輪殼也是控制葉片再傳到風力機驅動的對象。同時輪殼也是控制葉片槳距槳距(使葉片作俯仰轉動使葉片作俯仰轉動) 的所在。的所在。 大唐山東風電培訓中心（2）主傳動系統）主傳動系統傳動系統包括主軸、齒輪箱和聯軸器。輪轂與主傳動系統包括主軸、齒輪箱和聯軸器。輪轂與主軸固定連接，將風輪的扭矩傳遞給齒輪箱。有的風軸固定連接，將風輪的扭矩傳遞給齒輪箱。有的風力發電機組組將主軸與齒輪箱的輸入軸合為一體。力發電機組組將

5、主軸與齒輪箱的輸入軸合為一體。大型風力發電機組風輪的轉速一般在大型風力發電機組風輪的轉速一般在1030r/min范范圍內，通過齒輪箱增速到發電機的同步轉速圍內，通過齒輪箱增速到發電機的同步轉速1500r/min（或（或1000 r/min），經高速軸、聯軸節），經高速軸、聯軸節驅動發電機旋轉。驅動發電機旋轉。大唐山東風電培訓中心主軸主軸在風力發電機組中，主軸承擔了支撐輪轂處傳遞過來的各種負載在風力發電機組中，主軸承擔了支撐輪轂處傳遞過來的各種負載的作用，并將扭矩轉遞給增速齒輪箱，將軸向推力、氣動彎矩傳的作用，并將扭矩轉遞給增速齒輪箱，將軸向推力、氣動彎矩傳遞給機艙、塔架。主軸前端法蘭與輪轂相聯

6、接，將風輪的回轉運遞給機艙、塔架。主軸前端法蘭與輪轂相聯接，將風輪的回轉運動傳遞給齒輪箱的低速軸。設計過程中應考慮主軸的軸向力、剪動傳遞給齒輪箱的低速軸。設計過程中應考慮主軸的軸向力、剪力、彎矩及扭矩，進行強度初步分析計算。主軸的疲勞性能是非力、彎矩及扭矩，進行強度初步分析計算。主軸的疲勞性能是非常關鍵的，為此，要注意外形和結構細節設計，如應力卸載槽、常關鍵的，為此，要注意外形和結構細節設計，如應力卸載槽、表面處理和加工工藝等。表面處理和加工工藝等。大唐山東風電培訓中心齒輪箱齒輪箱齒輪箱作為傳遞動力的部件，在運行期間同時承受動、靜載齒輪箱作為傳遞動力的部件，在運行期間同時承受動、靜載荷。其動載

7、荷部分取決于風輪、發電機的特性和傳動軸、聯荷。其動載荷部分取決于風輪、發電機的特性和傳動軸、聯軸器的質量、剛度、阻尼值以及發電機的外部工作條件。軸器的質量、剛度、阻尼值以及發電機的外部工作條件。 風力發電機組齒輪箱的種類很多，按照傳統類型可分風力發電機組齒輪箱的種類很多，按照傳統類型可分為圓柱齒輪增速箱、行星增速箱以及它們互相組合起來的為圓柱齒輪增速箱、行星增速箱以及它們互相組合起來的齒輪箱；按照傳動的級數可分為單級和多級齒輪箱；按照齒輪箱；按照傳動的級數可分為單級和多級齒輪箱；按照轉動的布置形式又可分為展開式、分流式和同軸式以及混轉動的布置形式又可分為展開式、分流式和同軸式以及混合式等等。常

8、用齒輪箱形式及其特點和應用見表合式等等。常用齒輪箱形式及其特點和應用見表 大唐山東風電培訓中心大唐山東風電培訓中心大唐山東風電培訓中心大唐山東風電培訓中心聯軸器：大型風力發電機組通常采用浮動用齒式聯軸器。齒式聯聯軸器：大型風力發電機組通常采用浮動用齒式聯軸器。齒式聯軸器按其外齒的輪齒在齒寬方向的截面形狀，常用的是直齒和鼓軸器按其外齒的輪齒在齒寬方向的截面形狀，常用的是直齒和鼓形齒。直齒加工簡單，但允許傾斜角小，一般不大于形齒。直齒加工簡單，但允許傾斜角小，一般不大于30，工作，工作時，容易產生輪齒端部受載，齒面磨損大，強度和壽命較低。鼓時，容易產生輪齒端部受載，齒面磨損大，強度和壽命較低。鼓形

9、齒，允許傾斜角較大，一般可達形齒，允許傾斜角較大，一般可達2左右。輪齒受力情況好，浮左右。輪齒受力情況好，浮動靈敏，強度和壽命較高。聯軸器有單齒和雙齒聯軸器。動靈敏，強度和壽命較高。聯軸器有單齒和雙齒聯軸器。聯軸器的傾斜角聯軸器的傾斜角：圖2-7聯軸器結構原理圖中，圖中， 被浮動構件的徑向位移量；被浮動構件的徑向位移量； 聯軸器的長度。聯軸聯軸器的長度。聯軸器的定心方式：有外徑定心和齒側定心。齒側定心有自動定心作用，器的定心方式：有外徑定心和齒側定心。齒側定心有自動定心作用，有利于聯軸器的齒間載荷分布。有利于聯軸器的齒間載荷分布。EgL大唐山東風電培訓中心（3）發電機）發電機 發電機將風輪的機

10、械能轉換為電能，分為異步發電機和發電機將風輪的機械能轉換為電能，分為異步發電機和同步發電機兩種。異步發電機的轉速取決于電網的頻率，只同步發電機兩種。異步發電機的轉速取決于電網的頻率，只能在同步轉速附近很小的范圍內變化。當風速增加使齒輪箱能在同步轉速附近很小的范圍內變化。當風速增加使齒輪箱高速輸出軸轉速達到異步發電機同步轉速時，機組并入電網，高速輸出軸轉速達到異步發電機同步轉速時，機組并入電網，向電網送電。風速繼續增加，發電機轉速也略為升高，增加向電網送電。風速繼續增加，發電機轉速也略為升高，增加輸出功率。達到額定風速后，由于風輪的調節，穩定在額定輸出功率。達到額定風速后，由于風輪的調節，穩定在

11、額定功率不再增加。功率不再增加。 為了減少齒輪箱的傳動損失和發生故障的概率，有的風力發電為了減少齒輪箱的傳動損失和發生故障的概率，有的風力發電機組組采用風輪直接驅動同步多極發電機，又稱無齒輪箱風力機組組采用風輪直接驅動同步多極發電機，又稱無齒輪箱風力發電機組組。其發電機轉速與風輪相同而且隨著風速變化，風發電機組組。其發電機轉速與風輪相同而且隨著風速變化，風輪可以轉換更多的風能，所承受的載荷較小，減輕部件的重量。輪可以轉換更多的風能，所承受的載荷較小，減輕部件的重量。缺點是這種發電機結構復雜，制造工藝要求很高，需要變流裝缺點是這種發電機結構復雜，制造工藝要求很高，需要變流裝置才能與電網頻率同步，

12、經過轉換又損失了能量。置才能與電網頻率同步，經過轉換又損失了能量。大唐山東風電培訓中心（4）偏航系統）偏航系統 偏航系統是水平軸風力發電機組的不可缺少的組成部分偏航系統是水平軸風力發電機組的不可缺少的組成部分,偏航系統的主要作用有兩個：偏航系統的主要作用有兩個：其一是與風力發電機組的控制系統相配合，使風力發電其一是與風力發電機組的控制系統相配合，使風力發電機組的風輪始終處于迎風狀態，充分利用風能，提高風機組的風輪始終處于迎風狀態，充分利用風能，提高風力發電機組的發電效率；力發電機組的發電效率；其二是提供必要的鎖緊力矩，其二是提供必要的鎖緊力矩，以保障風力發電機組的安全運行以保障風力發電機組的安

13、全運行大唐山東風電培訓中心 偏航系統采用四點球軸承回轉環偏航系統采用四點球軸承回轉環,確保風輪處于正確的風向確保風輪處于正確的風向位置。偏航操作由三個行星齒輪完成位置。偏航操作由三個行星齒輪完成,每一個由電力電子控制的每一個由電力電子控制的電機驅動電機驅動,這樣偏航齒輪的負荷大小均勻。偏航制動由六個液壓這樣偏航齒輪的負荷大小均勻。偏航制動由六個液壓制動器控制的大盤制動制動器控制的大盤制動,且每一個偏航齒輪獨立制動且每一個偏航齒輪獨立制動,整個系統保整個系統保證偏航控制平滑。當偏航結束證偏航控制平滑。當偏航結束,機艙就固定不動機艙就固定不動,而且偏航齒輪也而且偏航齒輪也不承受負荷。偏航系統有兩個

14、獨立的風向標檢測風速并送主計不承受負荷。偏航系統有兩個獨立的風向標檢測風速并送主計算機算機,保證風能最佳利用且驅動鏈應力最小。保證風能最佳利用且驅動鏈應力最小。大唐山東風電培訓中心（5）雷電保護）雷電保護 風力發電機的塔架一般有圓錐形鋼結構和梯形柵風力發電機的塔架一般有圓錐形鋼結構和梯形柵格鋼結構兩種。圓錐形鋼結構內部安裝樓梯、安全線路、格鋼結構兩種。圓錐形鋼結構內部安裝樓梯、安全線路、工作平臺和照明系統。塔架基礎采用地下鋼筋混凝土結工作平臺和照明系統。塔架基礎采用地下鋼筋混凝土結構。隨著塔身高度增加構。隨著塔身高度增加,風輪葉片遭受雷擊的概率也增加風輪葉片遭受雷擊的概率也增加,必須設計防雷系

15、統。如果風輪或機艙遭受雷擊必須設計防雷系統。如果風輪或機艙遭受雷擊,雷電保護雷電保護系統會將雷電電流引入接地系統。系統會將雷電電流引入接地系統。大唐山東風電培訓中心（6）控制系統及安全系統）控制系統及安全系統 風輪功率控制采用大功率整流逆變控制器風輪功率控制采用大功率整流逆變控制器,以及有源以及有源濾波和無功補償。信號處理通常有兩個獨立的計算機或高速濾波和無功補償。信號處理通常有兩個獨立的計算機或高速數字信號處理芯片。主機在地面控制室的開關柜內數字信號處理芯片。主機在地面控制室的開關柜內,從機設在從機設在機艙內。所有來自傳感器和變送器的輸入信號都由從機匯集機艙內。所有來自傳感器和變送器的輸入信

16、號都由從機匯集和處理和處理,再傳送給主機。主機監控風輪所有的運行狀態。主機再傳送給主機。主機監控風輪所有的運行狀態。主機和從機間通過光纖達到可靠快速地交換信息。風力發電機完和從機間通過光纖達到可靠快速地交換信息。風力發電機完全實現遠程監控全實現遠程監控,從遠程計算機可讀取所有風輪數據。從遠程計算機可讀取所有風輪數據。安全系統要保證機組在發生非正常情況時立即停機，預防安全系統要保證機組在發生非正常情況時立即停機，預防或減輕故障損失，關鍵部件采用了或減輕故障損失，關鍵部件采用了“失效失效-保護保護”的設計原的設計原則。則。大唐山東風電培訓中心（7）基礎）基礎機組基礎的設計由塔架基底傾覆力矩決定，對

17、于圓筒型塔架機組基礎的設計由塔架基底傾覆力矩決定，對于圓筒型塔架采用的基礎結構有厚板塊、多樁和單樁形式。采用的基礎結構有厚板塊、多樁和單樁形式。（a）平面板塊基礎；（b）平放基座基礎；（c）嵌入式塔架和傾斜板塊基礎；（d）巖石床打錨基礎。 大唐山東風電培訓中心各類機型中，變速變距型風電機組控制技術較復雜，其控制系統主要由三部分組成：主控制器、槳距調節器、功率控制器。主控制器主要完成機組運行邏輯控制，如偏航、對風、解繞等，并在槳距調節器和功率控制器之間進行協調控制。槳距調節器主要完成葉片節距調節，控制葉片槳距角，在額定風速之下，保持最大風能捕獲效率，在額定風速之上，限制功率輸出。功率控制器主要完

18、成變速恒頻控制，保證上網電能質量，與電網同壓、同頻、同相輸出，在額定風速之下，在最大升力槳距角位置，調節發電機、葉輪轉速，保持最佳葉尖速比運行，達到最大風能捕獲效率，在額定風速之上，配合變槳距機構，最大恒功率輸出。小范圍內的抑制功率波動，由功率控制器驅動變流器完成，大范圍內的超功率由變槳距控制完成。 第二部分第二部分 控制系統功能和控制策略介紹控制系統功能和控制策略介紹大唐山東風電培訓中心大唐山東風電培訓中心機組運行工作狀態劃分及轉換機組運行工作狀態劃分及轉換 4種工作狀態：運行狀態暫停狀態停機狀態緊急停機狀態每種狀態是一個活動層次，運行狀態層次最高，急停狀態最低，四種工作狀態的主要特征和說明

19、如下：（1）運行狀態機械閘松開允許機組并網發電機組自動偏航調向槳距控制系統選擇優化工作模式，根據風速狀況選擇優化的槳距角。液壓系統保持工作壓力冷卻系統自動狀態操作面板顯示“運行”狀態（2）暫停狀態機械閘松開液壓系統保持工作壓力機組自動偏航調向葉片槳距角調到接近全翼展狀態葉輪空轉或停止冷卻系統自動狀態操作面板顯示“暫停”狀態這個狀態在調試時很有用，主要用來調試時測試整個系統的功能是否正常。 運行暫停停機緊停工作狀態轉換大唐山東風電培訓中心機組運行工作狀態劃分及轉換機組運行工作狀態劃分及轉換 （3）停機狀態機械閘松開葉片處于全翼展狀態液壓系統保持工作壓力機組自動偏航調向停止冷卻系統非自動狀態操作面

20、板顯示“停機”狀態（4）緊急停機狀態機械閘抱閘緊急電路（安全鏈）開啟控制器所有輸出信號無效控制器仍在運行和測量所有輸入信號操作面板顯示“緊急停機”狀態當急停電路（安全鏈）動作時，所有接觸器斷開，控制器輸出的任何信號都無效。這種狀態多在手動操作和按下緊急停機按鈕時出現。大唐山東風電培訓中心大唐山東風電培訓中心大唐山東風電培訓中心偏航結構及其控制偏航結構及其控制 大唐山東風電培訓中心偏航系統的組成偏航系統的組成偏航軸承、偏航驅動裝置、偏航制動器、偏航計數器、偏航軸承、偏航驅動裝置、偏航制動器、偏航計數器、紐纜保護裝置、偏航液壓回路紐纜保護裝置、偏航液壓回路大唐山東風電培訓中心大唐山東風電培訓中心紐

21、纜保護裝置紐纜保護裝置偏航計數器偏航計數器大唐山東風電培訓中心偏航控制：偏航控制：通過轉動風輪使其遠離風向，減少功率吸通過轉動風輪使其遠離風向，減少功率吸收，它需要偏航驅動系統，輪轂要承受偏航回轉力矩，總的收，它需要偏航驅動系統，輪轂要承受偏航回轉力矩，總的來說控制有效、設計簡單。來說控制有效、設計簡單。驅動偏航、自由偏航或固定式偏航驅動偏航、自由偏航或固定式偏航 下風向風機采用自由偏航方式，風機象一個大下風向風機采用自由偏航方式，風機象一個大的風向標一樣自動跟隨風向擺動，不需要驅動裝置，的風向標一樣自動跟隨風向擺動，不需要驅動裝置，可以設計偏航阻尼限制偏航速率?？梢栽O計偏航阻尼限制偏航速率。

22、 上風向風機一般采用主動偏航方式，驅動系統上風向風機一般采用主動偏航方式，驅動系統包括偏航電機、減速機、偏航剎車機構等，這種驅包括偏航電機、減速機、偏航剎車機構等，這種驅動方式塔架需要承受偏航扭矩。動方式塔架需要承受偏航扭矩。大唐山東風電培訓中心偏航控制偏航控制大多數水平軸風機采用偏航機構旋轉風輪順風，限大多數水平軸風機采用偏航機構旋轉風輪順風，限制功率輸出。但這種方法響應速度很慢，原因有：制功率輸出。但這種方法響應速度很慢，原因有：（1）機艙和風輪有很大的慣性力矩；）機艙和風輪有很大的慣性力矩；（2）垂直于風輪的風速與偏航角度的變化呈正弦）垂直于風輪的風速與偏航角度的變化呈正弦關系，如果偏航

23、角變化關系，如果偏航角變化10度，功率下降只變化幾個度，功率下降只變化幾個百分比，而如果槳距角變化百分比，而如果槳距角變化10度，功率下降會很明度，功率下降會很明顯。顯。在變速機組上應用主動偏航控制，振風引起的的超在變速機組上應用主動偏航控制，振風引起的的超功率可以暫時儲存在風輪動能里，如果繼續超功率，功率可以暫時儲存在風輪動能里，如果繼續超功率，再進行偏航動作，這種設計方法已在再進行偏航動作，這種設計方法已在Gamma 60試驗試驗樣機上獲得成功，偏航最大速率樣機上獲得成功，偏航最大速率8度度/s。大唐山東風電培訓中心偏航控制流程偏航控制流程大唐山東風電培訓中心概要一.傳動鏈布局形式二.傳動

24、零部件組成第五部分第五部分:風機傳動系統風機傳動系統大唐山東風電培訓中心一一. . 傳動鏈布局形式傳動鏈布局形式MY1.5MW兩點支撐兩點支撐n雙排獨立的滾珠軸承；雙排獨立的滾珠軸承；n只承受扭矩的獨立齒輪箱；只承受扭矩的獨立齒輪箱；n于機座相聯接的獨立的發電機；于機座相聯接的獨立的發電機；n發電機座不傳遞轉子負載；發電機座不傳遞轉子負載；n轉子負載對齒輪箱只具有很小的沖擊作用。轉子負載對齒輪箱只具有很小的沖擊作用。大唐山東風電培訓中心傳動系統傳動系統大唐山東風電培訓中心其它的傳動鏈布局形式其它的傳動鏈布局形式（VESTAS V80-1.65MW） 三點式支撐三點式支撐單主軸軸承，成本低，傳單

25、主軸軸承，成本低，傳動鏈縮短。動鏈縮短。齒輪箱前軸承承受轉矩和齒輪箱前軸承承受轉矩和徑向負載，故障率高。徑向負載，故障率高。大唐山東風電培訓中心風機傳動系統風機傳動系統WINTEC WT1650 主軸齒輪箱集成式主軸齒輪箱集成式優點：優點：結構緊湊、重量輕。結構緊湊、重量輕。缺點：缺點：齒輪箱可靠性要求高，齒輪箱可靠性要求高，維護不變。維護不變。大唐山東風電培訓中心風機傳動系統風機傳動系統 直驅式直驅式省去齒輪箱，結構緊湊。省去齒輪箱，結構緊湊。技術不成熟，發電機尺寸大，技術不成熟，發電機尺寸大，吊裝不便。吊裝不便。大唐山東風電培訓中心風機傳動系統風機傳動系統 半直驅式半直驅式齒輪箱傳動比小，

26、并與發電齒輪箱傳動比小，并與發電機集成，結構緊湊。機集成，結構緊湊。大唐山東風電培訓中心二二. . 傳動鏈組成傳動鏈組成傳動鏈主要由主軸總成、偏航總成、齒輪箱、聯傳動鏈主要由主軸總成、偏航總成、齒輪箱、聯軸器、發電機和機座組成。軸器、發電機和機座組成。大唐山東風電培訓中心主軸鎖緊裝置主軸鎖緊裝置大唐山東風電培訓中心主軸主軸材料：材料：42CrMo（常溫）（常溫） 34CrNiMo6+QT（寒帶（寒帶）制造：電爐，真空冶煉；制造：電爐，真空冶煉；加工方法：鑄錠；加工方法：鑄錠；鍛造比：鍛造比： 最小最小3.5；鍛造精度：鍛造精度：2級；級；嚴格執行嚴格執行GB/T17107-1997規定，對鍛后

27、毛坯進規定，對鍛后毛坯進行熱處理。行熱處理。大唐山東風電培訓中心后軸承座后軸承座（推力）（推力）前軸承座前軸承座（浮動）（浮動）軸承座材料有兩種軸承座材料有兩種1）QT400-18AL2）EN-GJS-350-22U-LT大唐山東風電培訓中心主軸軸承主軸軸承球面滾子軸承球面滾子軸承球面滾子軸承能自動球面滾子軸承能自動調心，可以承受較大調心，可以承受較大的對中誤差的對中誤差大唐山東風電培訓中心主軸總成爆炸圖主軸總成爆炸圖大唐山東風電培訓中心、齒輪箱、齒輪箱 大唐山東風電培訓中心齒輪箱內部結構圖齒輪箱內部結構圖大唐山東風電培訓中心其它類型齒輪箱其它類型齒輪箱大唐山東風電培訓中心多級行星差動輪系多級

28、行星差動輪系大唐山東風電培訓中心、主軸制動、主軸制動功能：停機和制動。功能：停機和制動。類型：盤式剎車。類型：盤式剎車。大唐山東風電培訓中心 4、高速軸聯軸器、高速軸聯軸器將齒輪箱輸出扭矩將齒輪箱輸出扭矩及轉速傳遞給發電機輸及轉速傳遞給發電機輸入端，并具有緩沖、減入端，并具有緩沖、減振、力矩限制功能振、力矩限制功能 大唐山東風電培訓中心 5、發電機、發電機大唐山東風電培訓中心. .偏航總成偏航總成偏航總成結構圖偏航總成結構圖大唐山東風電培訓中心制動器支撐及剎車盤制動器支撐及剎車盤材料：材料：低溫低溫球墨鑄鐵球墨鑄鐵EN-GJS-350-22U-LT常溫常溫球墨鑄鐵球墨鑄鐵QT400-AL大唐山

29、東風電培訓中心偏航制動器偏航制動器SUT-1500大唐山東風電培訓中心4.1 液壓系統在風力發電機組中的應用液壓系統在風力發電機組中的應用在定槳距風力發電機組中，液壓系統主要用在定槳距風力發電機組中，液壓系統主要用于空氣動力制動、機械制動，以及偏航與于空氣動力制動、機械制動，以及偏航與制動；制動；在變槳距風力發電機組中，液壓系統主要用在變槳距風力發電機組中，液壓系統主要用于控制變距機構和機械制動，也用于偏航于控制變距機構和機械制動，也用于偏航與制動。與制動。第四部分：風機偏航系統及液壓系統SUT-1500大唐山東風電培訓中心風力發電機組中常用的風力發電機組中常用的液壓元件液壓元件4.1.1、液

30、壓泵、液壓泵（1）液壓泵分類 液壓泵是能量轉換裝置，用來向液壓系統輸送壓力油，推液壓泵是能量轉換裝置，用來向液壓系統輸送壓力油，推動執行元件作功動執行元件作功 按照結構的不同，液壓泵可分為齒輪泵、葉片泵、柱塞泵按照結構的不同，液壓泵可分為齒輪泵、葉片泵、柱塞泵和螺桿泵等和螺桿泵等 按照額定壓力的不同，可分為低壓泵、中壓泵、中高壓泵、按照額定壓力的不同，可分為低壓泵、中壓泵、中高壓泵、高壓泵和超高壓泵高壓泵和超高壓泵 按液壓泵輸出流量能否調節，又分為定量泵和變量泵按液壓泵輸出流量能否調節，又分為定量泵和變量泵SUT-1500大唐山東風電培訓中心4.1.2 液壓缸液壓缸 液壓缸是將輸入的液壓能轉變

31、為機械能的能量轉換裝置，是液壓系統的執行元件，可以很方便地獲得直線往復運動。左圖為液壓缸模型圖。SUT-1500大唐山東風電培訓中心4.1.3 液壓閥液壓閥 液壓閥按功能分為：方向控制閥、壓力控液壓閥按功能分為：方向控制閥、壓力控制閥和流量控制閥。制閥和流量控制閥。 （1 1）方向控制閥）方向控制閥 方向控制閥方向控制閥(簡稱方向閥簡稱方向閥)用來控制液壓系統用來控制液壓系統的油流方向，接通或斷開油路，從而控制的油流方向，接通或斷開油路，從而控制執行機構的啟動、停止或改變運動方向。執行機構的啟動、停止或改變運動方向。方向控制閥有單向閥和換向閥兩大類。方向控制閥有單向閥和換向閥兩大類。SUT-1

32、500大唐山東風電培訓中心單向閥單向閥 普通單向閥又稱逆止普通單向閥又稱逆止閥。它控制油液只能閥。它控制油液只能沿一個方向流動，不沿一個方向流動，不能反向流動，它由閥能反向流動，它由閥體，閥芯和彈簧等零體，閥芯和彈簧等零件構成。件構成。 帶有控制口的單向閥帶有控制口的單向閥稱為液控單向閥，當稱為液控單向閥，當控制口通壓力油時，控制口通壓力油時，油液也可以反向流動，油液也可以反向流動，如圖所示。如圖所示。SUT-1500大唐山東風電培訓中心換向閥換向閥 換向閥的作用是利用閥芯相對于閥體換向閥的作用是利用閥芯相對于閥體的運動，來控制液流方向、接通或斷的運動，來控制液流方向、接通或斷開油路，從而改變

33、執行機構的運動方開油路，從而改變執行機構的運動方向、啟動或停止。換向閥的種類很多，向、啟動或停止。換向閥的種類很多，按操作閥芯運動的方式可分為手動、按操作閥芯運動的方式可分為手動、機動、電磁動、液動、電液動等。機動、電磁動、液動、電液動等。SUT-1500大唐山東風電培訓中心（2 2）壓力控制閥）壓力控制閥 在液壓系統中用來控制油液壓力，或利用在液壓系統中用來控制油液壓力，或利用壓力作為信號來控制執行元件和電氣元件壓力作為信號來控制執行元件和電氣元件動作的閥稱為壓力控制閥，簡稱為壓力閥。動作的閥稱為壓力控制閥，簡稱為壓力閥。這類閥工作原理的共同特點是，利用油液這類閥工作原理的共同特點是，利用油

34、液壓力作用在閥芯的力與彈簧力相平衡的原壓力作用在閥芯的力與彈簧力相平衡的原理進行工作的。按壓力控制閥在液壓系統理進行工作的。按壓力控制閥在液壓系統中的功用不同，可分為溢流閥、減壓閥、中的功用不同，可分為溢流閥、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等。順序閥、壓力繼電器等。SUT-1500大唐山東風電培訓中心（3）流量控制閥）流量控制閥 在液壓系統中用來控制液體流量的閥類在液壓系統中用來控制液體流量的閥類統稱為流量控制閥，簡稱為流量閥。它統稱為流量控制閥，簡稱為流量閥。它是靠改變控制口的大小，調節通過閥的是靠改變控制口的大小，調節通過閥的液體流量，以改變執行元件的運動速度。液體流量，以改變執行元件的運動速

35、度。普通流量控制閥包括節流閥、調速閥和普通流量控制閥包括節流閥、調速閥和分流集流閥等。分流集流閥等。SUT-1500大唐山東風電培訓中心（4）電液伺服閥和電液比例閥）電液伺服閥和電液比例閥 電液伺服閥是一種根據輸入電信號連續成比例地控電液伺服閥是一種根據輸入電信號連續成比例地控制系統流量和壓力的液壓控制閥。它將小功率的電制系統流量和壓力的液壓控制閥。它將小功率的電信號轉換為大功率的液壓能輸出，實現執行元件的信號轉換為大功率的液壓能輸出，實現執行元件的位移、速度、加速度及力的控制。電液伺服閥控制位移、速度、加速度及力的控制。電液伺服閥控制精度高，響應速度快，應用于控制精度要求較高的精度高，響應速

36、度快，應用于控制精度要求較高的場合；場合； 電液比例閥是用比例電磁鐵代替普通電磁換向閥電電液比例閥是用比例電磁鐵代替普通電磁換向閥電磁鐵的液壓控制閥。它也可以根據輸入電信號連續磁鐵的液壓控制閥。它也可以根據輸入電信號連續成比例地控制系統流量和壓力。在動態特性上不如成比例地控制系統流量和壓力。在動態特性上不如電液伺服閥，但在制造成本、抗污染能力等方面優電液伺服閥，但在制造成本、抗污染能力等方面優于電液伺服閥。于電液伺服閥。SUT-1500大唐山東風電培訓中心4.1.4 輔助元件輔助元件 液壓系統中的輔助元件包括油管、管接頭、液壓系統中的輔助元件包括油管、管接頭、蓄能器、過濾器、油箱、密封件、冷卻

37、器、蓄能器、過濾器、油箱、密封件、冷卻器、加熱器、壓力表和壓力表開關等。加熱器、壓力表和壓力表開關等。SUT-1500大唐山東風電培訓中心密封裝置及油液的選用密封裝置及油液的選用 密封裝置用來防止系統油液的內外泄漏，密封裝置用來防止系統油液的內外泄漏，以及外界灰塵和異物的侵入，保證系統建以及外界灰塵和異物的侵入，保證系統建立必要壓力。立必要壓力。 要求密封裝置在一定的工作壓力和溫度范要求密封裝置在一定的工作壓力和溫度范圍內具有良好的密封性能；與運動件之間圍內具有良好的密封性能；與運動件之間摩擦系數要??；壽命長，不易老化，抗腐摩擦系數要??；壽命長，不易老化，抗腐蝕能力強。蝕能力強。SUT-150

38、0大唐山東風電培訓中心變槳距機組液壓系統變槳距機組液壓系統SUT-1500大唐山東風電培訓中心大唐山東風電培訓中心偏航系統的組成：偏航系統的組成：偏航軸承、偏航驅動裝置、偏航制動器、偏航計數偏航軸承、偏航驅動裝置、偏航制動器、偏航計數器、紐纜保護裝置、偏航液壓回路器、紐纜保護裝置、偏航液壓回路4.2 4.2 偏航系統介紹偏航系統介紹大唐山東風電培訓中心一、偏航軸承一、偏航軸承偏航軸承的軸承內外圈分別與機組的機艙和塔體用偏航軸承的軸承內外圈分別與機組的機艙和塔體用螺栓連接。輪齒可采用內齒或外齒形式。外齒形式螺栓連接。輪齒可采用內齒或外齒形式。外齒形式是輪齒位于偏航軸承的外圈上，加工相對來說比較是

39、輪齒位于偏航軸承的外圈上，加工相對來說比較簡單；內齒形式是輪齒位于偏航軸承的內圈上，嚙簡單；內齒形式是輪齒位于偏航軸承的內圈上，嚙合受力效果較好，結構緊湊合受力效果較好，結構緊湊. 大唐山東風電培訓中心二、偏航驅動裝置二、偏航驅動裝置 驅動裝置一般由驅動電動機或驅動馬達、減速器、驅動裝置一般由驅動電動機或驅動馬達、減速器、傳動齒輪、輪齒間隙調整機構等組成。驅動裝置的減速傳動齒輪、輪齒間隙調整機構等組成。驅動裝置的減速器一般可采用行星減速器或蝸輪蝸桿與行星減速器串聯；器一般可采用行星減速器或蝸輪蝸桿與行星減速器串聯；傳動齒輪一般采用漸開線圓柱齒輪。傳動齒輪一般采用漸開線圓柱齒輪。 偏航驅動用來在

40、對風、解除電纜纏繞時，驅動機艙相偏航驅動用來在對風、解除電纜纏繞時，驅動機艙相對于塔筒旋轉，一般有驅動電機或液壓驅動單元，安置對于塔筒旋轉，一般有驅動電機或液壓驅動單元，安置在機艙里，通過減速機驅動垂直軸上的小齒輪，小齒輪在機艙里，通過減速機驅動垂直軸上的小齒輪，小齒輪與固定在塔筒上的大齒圈嚙合，驅動機艙偏航，嚙合輪與固定在塔筒上的大齒圈嚙合，驅動機艙偏航，嚙合輪齒可以在塔筒外，也可在塔筒內，為了節省空間，方便齒可以在塔筒外，也可在塔筒內，為了節省空間，方便塔筒與機艙間人行通道，一般采取塔筒外的安置方式。塔筒與機艙間人行通道，一般采取塔筒外的安置方式。大唐山東風電培訓中心大唐山東風電培訓中心大

41、唐山東風電培訓中心大唐山東風電培訓中心三、偏航制動器三、偏航制動器偏航制動器一般采用液壓拖動的鉗盤式制動器。偏航制動器一般采用液壓拖動的鉗盤式制動器。 大唐山東風電培訓中心五、紐纜保護裝置五、紐纜保護裝置四、偏航計數器四、偏航計數器偏航計數器是記錄偏航系統旋轉圈數的裝置，當偏航系統旋轉的圈數達到偏航計數器是記錄偏航系統旋轉圈數的裝置，當偏航系統旋轉的圈數達到設計所規定的初級解纜和終級解纜圈數時，計數器則給控制系統發信號使設計所規定的初級解纜和終級解纜圈數時，計數器則給控制系統發信號使機組自動進行解纜。計數器一般是一個帶控制開關的渦輪渦桿裝置或是與機組自動進行解纜。計數器一般是一個帶控制開關的渦

42、輪渦桿裝置或是與其相類似的程序。其相類似的程序。 紐纜保護裝置是偏航系統必須具有的裝置，它是出于失效保護的目的而安裝紐纜保護裝置是偏航系統必須具有的裝置，它是出于失效保護的目的而安裝在偏航系統中的。它的作用是在偏航系統的偏航動作失效后，電纜的紐絞達在偏航系統中的。它的作用是在偏航系統的偏航動作失效后，電纜的紐絞達到威脅機組安全運行的程度而觸發該裝置，使機組進行緊急停機。一般情況到威脅機組安全運行的程度而觸發該裝置，使機組進行緊急停機。一般情況下，這個裝置是獨立于控制系統的，一旦這個裝置被觸發，則機組必須進行下，這個裝置是獨立于控制系統的，一旦這個裝置被觸發，則機組必須進行緊急停機。紐纜保護裝置

43、一般由控制開關和觸點機構組成，控制開關一般安緊急停機。紐纜保護裝置一般由控制開關和觸點機構組成，控制開關一般安裝在機組的塔架內壁的支架上，觸點機構一般安裝與機組懸垂部分的電纜上。裝在機組的塔架內壁的支架上，觸點機構一般安裝與機組懸垂部分的電纜上。當機組懸垂部分的電纜紐絞到一定程度后，觸點機構被提升或被松開而觸發當機組懸垂部分的電纜紐絞到一定程度后，觸點機構被提升或被松開而觸發控制開關?？刂崎_關。 大唐山東風電培訓中心偏航系統的維護偏航系統的維護一、維護一、維護偏航制動器偏航制動器偏航軸承偏航軸承偏航驅動裝置偏航驅動裝置二、統的維修和保養二、統的維修和保養應進行的檢查應進行的檢查維護和保養維護和

44、保養大唐山東風電培訓中心三、偏航系統的常見故障三、偏航系統的常見故障齒圈齒面磨損齒圈齒面磨損液壓管路滲漏液壓管路滲漏偏航壓力不穩偏航壓力不穩噪聲異常噪聲異常偏航定位不準確偏航定位不準確偏航計數器不準確偏航計數器不準確 大唐山東風電培訓中心四、變距系統介紹四、變距系統介紹 當前的變槳距系統主要有液壓驅動和伺服電當前的變槳距系統主要有液壓驅動和伺服電機驅動兩種方式，伺服電機驅動以其特有優點成機驅動兩種方式，伺服電機驅動以其特有優點成為了當前國外的主要變槳距驅動方式。為了當前國外的主要變槳距驅動方式。 1、液壓驅動變槳距控制系統、液壓驅動變槳距控制系統 2、伺服電機驅動變槳距控制系統、伺服電機驅動變

45、槳距控制系統大唐山東風電培訓中心液壓變槳系統與電動變槳系統比較液壓變槳系統與電動變槳系統比較1.液壓驅動系統液壓驅動系統: 結構復雜，而且液壓缸也存在漏油和滲油的隱患，液結構復雜，而且液壓缸也存在漏油和滲油的隱患，液壓油在高溫和低溫時需要加熱和冷卻，影響液壓剛度、液壓油在高溫和低溫時需要加熱和冷卻，影響液壓剛度、液壓阻尼比、液壓固有頻率等，還占用機艙上的空間，再有壓阻尼比、液壓固有頻率等，還占用機艙上的空間，再有就是液壓系統不易施加控制策略，液壓閥定位精度不是很就是液壓系統不易施加控制策略，液壓閥定位精度不是很高。高。2.伺服電機驅動的系統伺服電機驅動的系統: 具有結構簡單，控制策略多樣化，如

46、可以在變頻器部具有結構簡單，控制策略多樣化，如可以在變頻器部分采用矢量控制及先進的智能控制理論，控制精度高，節分采用矢量控制及先進的智能控制理論，控制精度高，節約機艙空間所有的控制系統部分都在輪轂內，唯一的不足約機艙空間所有的控制系統部分都在輪轂內，唯一的不足的就是蓄電池的壽命問題和成本高（的就是蓄電池的壽命問題和成本高（10倍）。倍）。大唐山東風電培訓中心電動變槳距系統的主要結構電動變槳距系統的主要結構大唐山東風電培訓中心電動變槳距的機械傳動示意圖電動變槳距的機械傳動示意圖大唐山東風電培訓中心12345678910 圖圖2 風輪布局風輪布局注：注：1.變距軸承變距軸承 2.軸柜軸柜 3.減速

47、機減速機 4.變距電機變距電機5.位置傳感器位置傳感器 6.限位傳感器限位傳感器 7.電池柜電池柜8.電池柜電池柜 9.低速傳動軸低速傳動軸 10.輪轂輪轂 大唐山東風電培訓中心電動變槳距系統原理電動變槳距系統原理 每個槳葉采用一個帶位移反饋的伺服電動機進行單獨每個槳葉采用一個帶位移反饋的伺服電動機進行單獨調節，由同步控制器實現三槳葉的同步變槳，位移傳調節，由同步控制器實現三槳葉的同步變槳，位移傳感器采用光電編碼器，安裝在伺服電動機輸出軸上，感器采用光電編碼器，安裝在伺服電動機輸出軸上，采集電動機轉動角度。伺服電動機通過主動齒輪與槳采集電動機轉動角度。伺服電動機通過主動齒輪與槳葉輪轂內齒圈相連

48、，帶動槳葉進行轉動，實現對槳葉葉輪轂內齒圈相連，帶動槳葉進行轉動，實現對槳葉的節距角的直接控制。在輪轂內齒圈的邊上又安了一的節距角的直接控制。在輪轂內齒圈的邊上又安了一個非接觸式位移傳感器，直接檢測內齒圈轉動的角度，個非接觸式位移傳感器，直接檢測內齒圈轉動的角度，即槳葉節距角變化，當內齒圈轉過一個角度，非接觸即槳葉節距角變化，當內齒圈轉過一個角度，非接觸式位移傳感器輸出一個脈沖信號。式位移傳感器輸出一個脈沖信號。大唐山東風電培訓中心 變槳距控制是依據安裝在電機后方輸出軸上的光電編變槳距控制是依據安裝在電機后方輸出軸上的光電編碼器所測的速度值進行控制，非接觸傳感器作為冗余碼器所測的速度值進行控制

49、，非接觸傳感器作為冗余控制的參考值，它直接反映的是槳葉節距角的變化，控制的參考值，它直接反映的是槳葉節距角的變化，當發電機輸出軸、聯軸器或光電編碼器出現故障時，當發電機輸出軸、聯軸器或光電編碼器出現故障時，即光電編碼器與非接觸位移傳感器所測數字不一致時，即光電編碼器與非接觸位移傳感器所測數字不一致時，則控制器便可知道系統出現故障。電機控制電路安放則控制器便可知道系統出現故障。電機控制電路安放在電氣板上，便于散熱。如果系統出現故障，控制電在電氣板上，便于散熱。如果系統出現故障，控制電源斷電時，電機由電池供電，源斷電時，電機由電池供電，60s內將槳葉調節為順內將槳葉調節為順槳位置。在到達順槳狀態時，繼電器斷路，原來由電槳位置。在