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风力发电全解析:从基本原理到传动技术的全景图!

发布时间:2025-01-08 05:59人气:

  风力发电机是将风能转换为机械功的动力机械,又称风车。广义的说,它是一种以太阳微热源,以大气为工作介质的热能利用发电机。它在现代清洁能源行业中起着重要的作用。

  风力发PG电子游戏 PG电子官网电机组是由风轮、传动系统、偏航系统、液压系统、制动系统、发电机、控制与安全系统、机舱、塔架和基础等组成。

  (1)叶片 叶片是吸收风能的单元,用于将空气的动能转换为叶轮转动的机械能。

  (PG电子游戏 PG电子官网2)变浆系统 变浆系统通过改变叶片的桨距角,使叶片在不同风速时处于最佳的吸收风能的状态,当风速超过切出风速时,使叶片顺桨刹车。

  (3)齿轮箱 齿轮箱是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机,并使其得到相应的转速。

  (4)发电机 发电机是将叶轮转动的机械动能转换为电能的部件。转子与变频器连接,可向转子回路提供可调频率的电压,(金属加工真不错)输出转速可以在同步转速±30%范围内调节。

风力发电全解析:从基本原理到传动技术的全景图!(图1)

  (5)偏航系统 偏航系统采用主动对风齿轮驱动形式,与控制系统相配合,使叶轮始终处于迎风状态,充分利用风能,提高发电效率。同时提供必要的锁紧力矩,以保障机组安全运行。

  (6)轮毂系统 轮毂的作用是将叶片固定在一起,并且承受叶片上传递的各种载荷,然后传递到发电机转动轴上。轮毂结构是3个放射形喇叭口拟合在一起的。

  (7)底座总成 底座总成主要有底座、下平台总成、内平台总成、机舱梯子等组成。通过偏航轴承与塔架相连,并通过偏航系统带动机舱总成、发电机总成、变浆系统总成。

  风力发电机的工作原理是基于风的动能转化为旋转动能,进而驱动发电机产生电能。一台典型的风力发电机主要由三个基本部分组成:风轮、传动系统和发电系统。

  首先,风轮是风力发电机最核心的组件。它通常由数个叶片组成,这些叶片会随着风的吹动而旋转。当风吹过叶片时,叶片会因空气阻力而产生扭矩,进而推动整个风轮旋转。

  其次,传动系统负责将风轮的转动能量传输到发电机上。传动系统由主轴和齿轮组成,主轴连接着风轮和发电机,齿轮则起到放大转速和扭矩的作用。当风轮转动时,主轴会带动齿轮旋转,从而转化为足够高速和扭矩的能量供给发电机使用。

  最后,发电系统将机械能转化为电能。发电机通常采用感应发电机的原理,通过转动的磁场感应出电流。一般来说,风力发电机中使用的是三相异步感应发电机。风轮的旋转会驱动转子转动,转子上的磁场会在定子线圈内感应电流,从而产生电能供电网络使用。

  风电机组的传动形式按传动链支承形式可分为:三点支承、两点支承和主轴内置式三种传动形式。

  主轴前端有一个轴承支承,另外两个支承点在齿轮箱扭力臂上,一般为由硬质橡胶制成的弹性支承。

  该结构的优点是:主轴使用一个轴承,节约了成本;主轴与齿轮箱刚性连接,三个约束不会产生过定位。

  该结构的缺点是:风轮的非扭载荷会传入齿轮箱内部,对齿轮和齿轮箱轴承的影响难以评估;在拆除齿轮箱进行维修时,需要将风轮拆除,或增加工装将主轴固定在机舱内,增加了齿轮箱维修成本;由于主轴轴承存在游隙,风轮部分轴向力会传入齿轮箱内部,轴承游隙和弹性支承轴向刚度会影响传入齿轮箱的轴向力大小。

风力发电全解析:从基本原理到传动技术的全景图!(图2)

  两点支承也称为四点支承,两点指主轴上的两个轴承支承,四点则指主轴上两个轴承支承和齿轮箱扭力臂上两个弹性支承,主轴前轴承同常为定位轴承,主轴后轴承为非定位轴承。主轴轴承承担风轮重量、主轴与齿轮箱全部重量、风轮弯矩和风轮绝大部分轴向力,齿轮箱弹性支承承担风轮的转矩。

  两点支承结构减小了传入齿轮箱的非扭载荷,降低了齿轮箱设计成本,提高了齿轮箱可靠性。相对于三点支承形式,两点支承结构减少了传入齿轮箱的非扭载荷,降低了齿轮箱设计成本,提高了齿轮箱可靠性。

  但相对于三点支承形式,两点支承形式的主轴轴承成本增加,同时由于主轴与齿轮箱上有四个支承点,容易形成过定位,产生附加载荷,装配时应严格找准齿轮箱装配位置。

风力发电全解析:从基本原理到传动技术的全景图!(图3)

  两点支承形式在更换齿轮箱时,可以直接将齿轮箱从机舱内吊出(注意:需要校核机舱重心,以防止齿轮箱吊出后,机舱不平衡),节约了更换齿轮箱的成本。虽然此种结构理论上风轮弯矩不会传入齿轮箱,单经验表明由于机舱、齿轮箱弹性变形,仍会有约10%的弯矩不会传入齿轮箱。与三点支承类似,由于主轴轴承存在游隙,风轮部分轴向力会传入齿轮箱内部,轴承游隙和弹性支承轴向刚性支承轴向刚度会影响传入齿轮箱轴向力大小。

  主轴内置式结构是将主轴设计在齿轮箱内部,使主轴与齿轮箱一体化,齿轮箱通过主轴套或底座与机舱连接。底座连接的主轴内置式结构更换齿轮箱时需要将风轮拆除,齿轮箱维修成本较高,常见于2MW以下风机。

  总之,风力发电机通过将风能转化为电能,为绿色清洁能源的发展做出了重要贡献。通过了解其工作原理和传动形式,我们可以更加深入地理解风力发电技术的重要性和发展前景。

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