兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機液壓偏航系統(tǒng)設(shè)計答辯稿

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兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機液壓偏航系統(tǒng)設(shè)計,,能源是人類生存的基本要素，國民經(jīng)濟發(fā)展的主要物資礎(chǔ)。由于煤、石油等資源的開采利用，人類環(huán)境的污染已不容小視，而風(fēng)力發(fā)電機卻大大的彌補了排放污染的缺點，風(fēng)力發(fā)電作為一種新興的無污染的能源，已倍受世界所矚目。其優(yōu)點主要是無污染，發(fā)電效率高，還有一個就是取之不盡用之不竭 如今，兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機已成為社會風(fēng)力發(fā)電機的主流產(chǎn)品，其偏航設(shè)備大多用的是雙饋型電氣控制，而本文則把偏航系統(tǒng)加以創(chuàng)新與改良，改為了液壓系統(tǒng)。相較電氣設(shè)備，液壓系統(tǒng)更穩(wěn)定，將發(fā)電機改為液壓馬達并取消了變速箱，使偏航設(shè)備整體的重量減輕。,一、偏航系統(tǒng)在風(fēng)力發(fā)電機中的作用,偏航系統(tǒng)是水平軸風(fēng)力發(fā)電機組的重要組成部分， 其功能主要有兩個: 第一是要控制風(fēng)輪隨時跟蹤風(fēng)向的變化； 第二是當(dāng)風(fēng)電機組出現(xiàn)單方向的持續(xù)偏航, 機艙內(nèi)的電纜發(fā)生纏繞時,能夠自動解除電纜纏繞。,二、偏航系統(tǒng)的組成簡介及其液壓原理圖,主要組成部件有偏航大齒圈、偏航側(cè)面軸承、偏航驅(qū)動裝置、 偏航計數(shù)器、偏航限位開關(guān)、偏航剎車盤、接近開關(guān)、 風(fēng)速風(fēng)向儀等。,,偏航大齒圈：位于偏航電機下方的與小齒輪嚙合的一個巨大 的齒輪，大齒圈是通過88 個螺栓緊固在塔筒法蘭上面的， 即是說大齒圈是不可能旋轉(zhuǎn)的，那么只能夠是小齒輪圍繞著 大齒圈旋轉(zhuǎn)帶動主機架旋轉(zhuǎn)，直到機艙位置與風(fēng)向儀測得的 風(fēng)向相同。,,側(cè)面軸承：側(cè)面軸承是一個呈弧狀的階梯塊，共有6塊，每塊都有5 個Φ105的沉孔分布于圓弧之上，用于放置定位銷、圓形彈簧和壓板，每個孔的底部均有M32的螺紋孔，用于安裝調(diào)整螺栓，因為下滑動襯墊是粘合在壓板上的，所以調(diào)整螺栓的旋入深度就可以調(diào)整滑動襯墊與大齒圈之間的緊密程度，從而得到最佳阻尼。,風(fēng)力發(fā)電機所用偏航軸承為四點接觸球轉(zhuǎn)盤軸承，是一種分離型軸承，當(dāng)無載荷或是純徑向載荷作用時，鋼球和套圈呈現(xiàn)為四點接觸。,關(guān)于軸承的選用，查閱相關(guān)資料后，最終選用LYJW的型號為 132.50.4500的材質(zhì)為42CrMn的軸承，是預(yù)硬塑料模具鋼， 具有良好的可加工性和耐磨損性，加工變形微小。,三、液壓馬達的選取,液壓馬達習(xí)慣上是指輸出旋轉(zhuǎn)運動的，將液壓泵提供的液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的能量轉(zhuǎn)換裝置。 液壓馬達分類有幾種，分別是葉片式馬達、柱塞式馬達、齒輪式馬達。 這里由于風(fēng)電機的屬性選取徑向式柱塞馬達，優(yōu)點是排量大，體積大，轉(zhuǎn)速低，可以直接與工作機構(gòu)連接，不需要減速裝置，使傳動機構(gòu)大大簡化，低速液壓馬達的輸出扭矩較大，可達幾千到幾萬Nm，因此又稱為低速大扭矩液壓馬達。,四、偏航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,五、液壓偏航控制原理圖設(shè)計,根據(jù)風(fēng)速風(fēng)向儀的信號，風(fēng)電機對準(zhǔn)風(fēng)向時需將風(fēng)力機底盤與塔架固定鎖緊，阻尼力矩需要在對風(fēng)過程中被提供。為達到此目的，采用液壓控制，偏航液壓系統(tǒng)成本低、結(jié)構(gòu)簡單。,,如圖所示，該模塊包括液壓動力單元1000和偏航單元2000。,,六、風(fēng)電機偏航控制過程,根據(jù)風(fēng)電機的偏航功能，大致分為幾個模塊：自動偏航、90度側(cè)風(fēng)、人工偏航以及自動解纜。 基本流程如下圖所示：,1.自動偏航 自動偏航是指風(fēng)電機能夠根據(jù)風(fēng)向與機艙的夾角,自動調(diào)節(jié)機艙位置,以確保葉片能夠準(zhǔn)確垂直風(fēng)向,確保風(fēng)電機吸收風(fēng)能的功率為最大。因此必須使葉片法線方向與風(fēng)向基本相同。當(dāng)風(fēng)向改變，超過允許誤差范圍時，自動偏航指令將由系統(tǒng)計算機發(fā)出，偏航電機和傳感器組成的對風(fēng)系統(tǒng)校正動作將會執(zhí)行，以確保機艙能夠準(zhǔn)確對風(fēng)。 設(shè)風(fēng)向標(biāo)測得的偏航誤差角為a。機艙偏航角度和為b，設(shè)偏航的容許誤差為c(一般15°左右)，機艙順時針方向調(diào)向時為正，逆時針為負(fù)，當(dāng)風(fēng)向標(biāo)測得的角度a≤c不進行偏航操作。當(dāng)c-d，負(fù)向調(diào)向a。當(dāng)a+b小于條件解纜限位時，正向調(diào)整360+a。,2.90度側(cè)風(fēng),90度側(cè)風(fēng)是在外界環(huán)境對風(fēng)電機組有較大影響的情況下(如突然出現(xiàn)超強風(fēng))，為保證風(fēng)電機組能夠安全所實施的措施，故在90 度側(cè)風(fēng)時，應(yīng)當(dāng)使機艙走最短路徑，自動偏航指令將被屏蔽。在側(cè)風(fēng)指令結(jié)束后偏航閘應(yīng)當(dāng)被抱緊，同時當(dāng)風(fēng)向變化時，繼續(xù)追蹤風(fēng)向的變化，以確保風(fēng)電機組的安全。 對于90°側(cè)風(fēng)，容許誤差仍取c。90°側(cè)風(fēng)的操作流程為:當(dāng)風(fēng)向標(biāo)測得的角度0a90-c，正向調(diào)整90-a；當(dāng)90-c≤a≤90+c時，不操作；90+ca≤180，負(fù)向調(diào)整a-90,當(dāng)風(fēng)向標(biāo)測得的角度c-90≤a0，負(fù)向調(diào)整90+a；當(dāng)c-90≤a≤-90-c時，不操作;當(dāng)-90-ca-180時，正向調(diào)整-90-a。,3.人工偏航,人工偏航是指在自動偏航失效和需要人工解纜亦或是在需要維修的時候，通過人工指令來對風(fēng)電機進行偏航操縱。 人工偏航過程如下：首先檢查人工偏航啟停信號，觀察是否進行人工偏航。若此時有人工偏航信號，再檢查此時是否正在進行偏航操作，若無，停止自動偏航指令，使其停止工作。然后讀取人工偏航的方向信號，判斷與上次偏航方向是否一致，若一致，松開偏航閘，使其正常運轉(zhuǎn)；若不一致，則立即停止偏航電機，保持偏航閘為松閘狀態(tài)，向相反方向進行反轉(zhuǎn)并記錄轉(zhuǎn)向，直到出現(xiàn)相應(yīng)的人工偏航停止信號的出現(xiàn)，抱閘，清除人工偏航標(biāo)志。,4.自動解纜,由于自然風(fēng)不定向以及隨機性，風(fēng)機的偏航方向也是不確定的。如風(fēng)電機長時間持續(xù)向同一方向轉(zhuǎn)動，就有可能造成電纜纏繞，纏繞過多甚至?xí)g斷。因此自動解纜裝置成為了風(fēng)力發(fā)電機偏航系統(tǒng)的一個重要部分。當(dāng)風(fēng)機達到其自身規(guī)定的解纜角度時，偏航系統(tǒng)就會進行自動解纜，此時風(fēng)電機會立即剎車停機，然后啟動偏航電機驅(qū)動機艙反向旋轉(zhuǎn),則會返回最初機艙無電纜纏繞位置。如果出現(xiàn)故障而自動解纜指令并未起到解纜作用，風(fēng)電機也設(shè)置了一個極值角度,當(dāng)電纜紐轉(zhuǎn)達到這個極值角度時，紐纜保護器被觸發(fā)，剎車停機，紐纜故障報告，等待進行人工解纜。紐纜保護器能在偏航系統(tǒng)失效情況下保護風(fēng)電機電纜以防止過度纏繞。為了加大保險系數(shù)，紐纜保護器控制系統(tǒng)一般和偏航系統(tǒng)分開運轉(zhuǎn)。,當(dāng)限位開關(guān)被觸發(fā)時，偏航系統(tǒng)會根據(jù)限位開關(guān)發(fā)出的信息來判斷是進行順時針解纜還是進行逆時針解纜。設(shè)限位開關(guān)在許可范圍內(nèi)時輸出信號O；正向時輸出信號為1；負(fù)向時輸出信號為-1。當(dāng)系統(tǒng)檢測到限位開關(guān)的輸出信號為1時，負(fù)向驅(qū)動機艙旋轉(zhuǎn)進行解纜；當(dāng)系統(tǒng)檢測到限位開關(guān)的輸出信號為-1時，正向驅(qū)動機艙旋轉(zhuǎn)進行解纜。當(dāng)自動解纜進行時，通常會同時檢測接近開關(guān)的信號，直到接近開關(guān)記錄的機艙偏航角度在某限定范圍內(nèi)時，解纜結(jié)束；此時偏航電機停止工作，系統(tǒng)處于待機狀態(tài)，接近開關(guān)向中心控制器發(fā)出自動解纜完成信號，解纜結(jié)束。,,謝謝觀賞,