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风电机组的偏航系统及发展趋势

2012-07-21 12:12
黯影冰风
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  偏航系统的作用、种类和组成

  偏航系统是风电机组特有的伺服系统。偏航系统的主要作用有两个。其一是与风电机组的控制系统相互配合,使风电机组的风轮始终处于迎风状态,充分利用风能,提高风电机组的发电效率,同时在风向相对固定时能提供必要的锁紧力矩,以保障风电机组的安全运行。其二是由于风电机组可能持续地一个方向偏航,为了保证机组悬垂部分的电缆不至于产生过度的纽绞而使电缆断裂、失效,在电缆达到设计缠绕值时能自动解除缠绕。

  偏航系统的方案有多种,如阻尼式偏航系统、带有偏航制动器的固定式偏航系统、软偏航系统、阻尼自由偏航系统和可控自由偏航系统等。目前应用最为普遍的有两种,一种是采用滑动轴承的阻尼式偏航系统,另一种是采用带有偏航制动器的固定式偏航系统。

  偏航系统是由偏航控制机构和偏航驱动机构两大部分组成。其中偏航控制机构包括风向传感器、偏航控制器、解缆传感器等几部分,偏航驱动机构包括偏航轴承、偏航驱动装置、偏航制动器(或偏航阻尼装置)等几部分组成。

  采用滑动轴承的阻尼式偏航系统

  滑动轴承的偏航系统是阻尼型的偏航系统。该轴承处于塔架与机舱之间,它把各种力通过轴瓦从机舱传到塔架。滑动轴承的轴瓦大多是用工程塑料制成,这种材料(如PETP,它比尼龙更好)具有良好的综合性能,包括力学性能,耐热性,耐磨性,耐化学品性和自润滑性,且摩擦系数低,有一定的阻燃性,易加工,较好的耐腐蚀性。由于这种材料具有特有的机械性能,使得这种轴承即使在缺少润滑的情况下也能工作。轴瓦由轴向上推力瓦、径向推力瓦和轴向下推力瓦组成。分别用来承受机舱和风轮重量产生的平行于塔筒方向的轴向力,风轮传递给机舱的垂直于塔筒方向的径向力和机舱的倾覆力矩。从而将机舱受到的各种力和力矩通过这三种轴瓦传递到塔架。

  滑动轴承阻尼式偏航系统的结构如图1所示。

  图中1、偏航电动机,2、偏航减速器,3、偏航卡钳,4、偏航小齿轮,5、塔架。

  偏航减速器一般为立式行星减速器或行星/蜗杆减速器,其端部的小齿轮与偏航大齿圈啮合,通过电机驱动,实现偏航对风或解缆。

  偏航卡钳是偏航部件中比较重要和结构较为复杂的部件(图2):

  1、机舱底盘,2、卡钳与机舱底盘的固定螺栓,3、轴向下推力瓦的固定螺栓,4、轴向下推力瓦,5、径向推力瓦,6、径向推力瓦的固定螺栓,7、防尘橡胶圈,8、塔架与偏航摩擦盘及大齿圈的连接螺栓,9、卡钳内的碟形弹簧,10、卡钳调整螺栓,11、轴向上推力瓦,12、偏航卡钳,13、大齿圈。

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