風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航系統(tǒng)詳細(xì)介紹

1.1. 環(huán)境條件
　　在進(jìn)行偏航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮的環(huán)境條件如下：

1). 溫度；

2). 濕度；

3). 陽(yáng)光輻射；
4). 雨、冰雹、雪和冰； 
5). 化學(xué)活性物質(zhì)； 
6). 機(jī)械活動(dòng)微粒；
7). 鹽霧。風(fēng)電材料設(shè)備
8). 近海環(huán)境需要考慮附加特殊條件。
 　　應(yīng)根據(jù)典型值或可變條件的***，確定設(shè)計(jì)用的氣候條件。選擇設(shè)計(jì)值時(shí)，應(yīng)考慮幾種氣候條件同時(shí)出現(xiàn)的可能性。在與年輪周期相對(duì)應(yīng)的正常***范圍內(nèi)，氣候條件的變化應(yīng)不影響所設(shè)計(jì)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
1.2. 電纜
　　為保證機(jī)組懸垂部分電纜不至于產(chǎn)生過(guò)度的紐絞而使電纜斷裂失效，必須使電纜有足夠的懸垂量，在設(shè)計(jì)上要采用冗余設(shè)計(jì)。電纜懸垂量的多少是根據(jù)電纜所允許的扭轉(zhuǎn)角度確定的。
1.3. 阻尼
　　為避免風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在偏航過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)大的振動(dòng)而造成整機(jī)的共振，偏航系統(tǒng)在機(jī)組偏航時(shí)必須具有合適的阻尼力矩。阻尼力矩的大小要根據(jù)機(jī)艙和風(fēng)輪質(zhì)量總和的慣性力矩來(lái)確定。其基本的確定原則為確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在偏航時(shí)應(yīng)動(dòng)作平穩(wěn)順暢不產(chǎn)生振動(dòng)。只有在阻尼力矩的作用下，機(jī)組的風(fēng)輪才能夠定位準(zhǔn)確，充分利用風(fēng)能進(jìn)行發(fā)電。
1.4. 解纜和紐纜保護(hù)
　　解纜和紐纜保護(hù)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航系統(tǒng)所必須具有的主要功能。偏航系統(tǒng)的偏航動(dòng)作會(huì)導(dǎo)致機(jī)艙和塔架之間的連接電纜發(fā)生紐絞，所以在偏航系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)置與方向有關(guān)的計(jì)數(shù)裝置或類似的程序?qū)﹄娎|的紐絞程度進(jìn)行檢測(cè)。一般對(duì)于主動(dòng)偏航系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，檢測(cè)裝置或類似的程序應(yīng)在電纜達(dá)到規(guī)定的紐絞角度之前發(fā)解纜信號(hào)；對(duì)于被動(dòng)偏航系統(tǒng)檢測(cè)裝置或類似的程序應(yīng)在電纜達(dá)到危險(xiǎn)的紐絞角度之前禁止機(jī)艙繼續(xù)同向旋轉(zhuǎn)，并進(jìn)行人工解纜。偏航系統(tǒng)的解纜一般分為初級(jí)解纜和***解纜。初級(jí)解纜是在一定的條件下進(jìn)行的，一般與偏航圈數(shù)和風(fēng)速相關(guān)。紐纜保護(hù)裝置是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航系統(tǒng)必須具有的裝置，這個(gè)裝置的控制邏輯應(yīng)具有******別的權(quán)限，一旦這個(gè)裝置被觸發(fā)，則風(fēng)力發(fā)電機(jī)組必須進(jìn)行緊急停機(jī)。
1.5. 偏航轉(zhuǎn)速
　　對(duì)于并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)來(lái)說(shuō)，風(fēng)輪軸和葉片軸在機(jī)組的正常運(yùn)行時(shí)不可避免的產(chǎn)生陀螺力矩，這個(gè)力矩過(guò)大將對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的壽命和安全造成影響。為減少這個(gè)力矩對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的影響，偏航系統(tǒng)的偏航轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率的大小通過(guò)偏航系統(tǒng)力學(xué)分析來(lái)確定。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)和目前國(guó)內(nèi)已安裝的機(jī)型的實(shí)際狀況，偏航系統(tǒng)的偏航轉(zhuǎn)速的推薦值見表5。

表5偏航轉(zhuǎn)速推薦值w

1.6. 偏航液壓系統(tǒng)

　　并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航系統(tǒng)一般都設(shè)有液壓裝置，液壓裝置的作用是拖動(dòng)偏航制動(dòng)器松開或鎖緊。一般液壓管路應(yīng)采用無(wú)縫鋼管制成，柔性管路連接部分應(yīng)采用合適的高壓軟管。螺接管路連接組件應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)保證偏航系統(tǒng)所要求的密封和承受工作中出現(xiàn)的動(dòng)載荷。液壓元器件的設(shè)計(jì)、選型和布置應(yīng)符合液壓裝置的有關(guān)具體規(guī)定和要求。液壓管路應(yīng)能夠保持清潔并具有良好的抗氧化性能。液壓系統(tǒng)在額定的工作壓力下不應(yīng)出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。

1.7. 偏航制動(dòng)器

　　采用齒輪驅(qū)動(dòng)的偏航系統(tǒng)時(shí)，為避免振蕩的風(fēng)向變化，引起偏航輪齒產(chǎn)生交變負(fù)荷，應(yīng)采用偏航制動(dòng)器（或稱偏航阻尼器）來(lái)吸收微小自由偏轉(zhuǎn)振蕩，防止偏航齒輪的交變應(yīng)力引起輪齒過(guò)早損傷。對(duì)于由風(fēng)向沖擊葉片或風(fēng)輪產(chǎn)生偏航力矩的裝置，應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)證實(shí)其有效性。

1.8. 偏航計(jì)數(shù)器

　　偏航系統(tǒng)中都設(shè)有偏航計(jì)數(shù)器，偏航計(jì)數(shù)器的作用是用來(lái)記錄偏航系統(tǒng)所運(yùn)轉(zhuǎn)的圈數(shù)，當(dāng)偏航系統(tǒng)的偏航圈數(shù)達(dá)到計(jì)數(shù)器的設(shè)定條件時(shí)，則觸發(fā)自動(dòng)解纜動(dòng)作，機(jī)組進(jìn)行自動(dòng)解纜并復(fù)位。計(jì)數(shù)器的設(shè)定條件是根據(jù)機(jī)組懸垂部分電纜的允許扭轉(zhuǎn)角度來(lái)確定的，其原則是要小于電纜所允許扭轉(zhuǎn)的角度。

1.9. 潤(rùn)滑

　　偏航系統(tǒng)必須設(shè)置潤(rùn)滑裝置，以保證驅(qū)動(dòng)齒輪和偏航齒圈的潤(rùn)滑。目前國(guó)內(nèi)的機(jī)組的偏航系統(tǒng)一般都采用潤(rùn)滑脂和潤(rùn)滑油相結(jié)合的潤(rùn)滑方式，定期更換潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂。

1.10. 密封

　　偏航系統(tǒng)必須采取密封措施，以保證系統(tǒng)內(nèi)的清結(jié)和相鄰部件之間的運(yùn)動(dòng)不會(huì)產(chǎn)生有害的影響。

1.11. 表面防腐處理

　　偏航系統(tǒng)各組成部件的表面處理必須適應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作環(huán)境。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組比較典型的工作環(huán)境除風(fēng)況之外，其他環(huán)境（氣候）條件如熱、光、腐蝕、機(jī)械、電或其他物理作用應(yīng)加以考慮。

2．偏航系統(tǒng)的組成

　　偏航系統(tǒng)一般由偏航軸承、偏航驅(qū)動(dòng)裝置、偏航制動(dòng)器、偏航計(jì)數(shù)器、紐纜保護(hù)裝置、偏航液壓回路等幾個(gè)部分組成。偏航系統(tǒng)的一般組成結(jié)構(gòu)見圖5。

　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航系統(tǒng)一般有外齒形式和內(nèi)齒形式兩種。偏航驅(qū)動(dòng)裝置可以采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)或液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，制動(dòng)器可以是常閉式或常開式。常開式制動(dòng)器一般是指有液壓力或電磁力拖動(dòng)時(shí)，制動(dòng)器處于鎖緊狀態(tài)的制動(dòng)器；常閉式制動(dòng)器一般是指有液壓力或電磁力拖動(dòng)時(shí)，制動(dòng)器處于松開狀態(tài)的制動(dòng)器。采用常開式制動(dòng)器時(shí)，偏航系統(tǒng)必須具有偏航定位鎖緊裝置或防逆?zhèn)鲃?dòng)裝置。
2.1. 偏航軸承
　　偏航軸承的軸承內(nèi)外圈分別與機(jī)組的機(jī)艙和塔體用螺栓連接。輪齒可采用內(nèi)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(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單；內(nèi)齒形式是輪齒位于偏航軸承的內(nèi)圈上，嚙合受力效果較好，結(jié)構(gòu)緊湊。具體采用內(nèi)齒形式或外齒形式應(yīng)根據(jù)機(jī)組的具體結(jié)構(gòu)和總體布置進(jìn)行選擇。偏航齒圈的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見圖6。風(fēng)電材料設(shè)備

　　圖6  偏航齒圈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖風(fēng)電材料設(shè)備
(1)、偏航齒圈的輪齒強(qiáng)度計(jì)算方法參照DIN3990和GB3480《漸開線園柱齒輪承載能力計(jì)算方法》及GB6413《漸開線園柱齒輪膠合承載能力計(jì)算方法》進(jìn)行計(jì)算。

(2)、偏航軸承部分的計(jì)算方法參照DIN281或JB/T2300《回轉(zhuǎn)支承》來(lái)進(jìn)行計(jì)算，偏航軸承的潤(rùn)滑應(yīng)使用制造商推薦的潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑油，軸承必須進(jìn)行密封。

2.2. 驅(qū)動(dòng)裝置 
　　驅(qū)動(dòng)裝置一般由驅(qū)動(dòng)電機(jī)或驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、減速器、傳動(dòng)齒輪、輪齒間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)等組成。驅(qū)動(dòng)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(lián)；傳動(dòng)齒輪一般采用漸開線圓柱齒輪。傳動(dòng)齒輪的齒面和齒根應(yīng)采取淬火處理，一般硬度值應(yīng)達(dá)到HRC55~62。驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見圖7

圖7  偏航驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2.3. 偏航制動(dòng)器
　　偏航制動(dòng)器一般采用液壓拖動(dòng)的鉗盤式制動(dòng)器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見圖8。風(fēng)電材料設(shè)備
(1)、偏航制動(dòng)器是偏航系統(tǒng)中的重要部件，制動(dòng)器應(yīng)在額定負(fù)載下，制動(dòng)力矩穩(wěn)定，其值應(yīng)不小于設(shè)計(jì)值。在機(jī)組偏航過(guò)程中，制動(dòng)器提供的阻尼力矩應(yīng)保持平穩(wěn)，與設(shè)計(jì)值的偏差應(yīng)小于5％，制動(dòng)過(guò)程不得有異常噪聲。制動(dòng)器在額定負(fù)載下閉合時(shí)，制動(dòng)襯墊和制動(dòng)盤的貼合面積應(yīng)不小于設(shè)計(jì)面積的50％；制動(dòng)襯墊周邊與制動(dòng)鉗體的配合間隙任一處應(yīng)不大于0.5mm。制動(dòng)器應(yīng)設(shè)有自動(dòng)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，以便在制動(dòng)襯塊磨損時(shí)進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，保證制動(dòng)力矩和偏航阻尼力矩的穩(wěn)定。在偏航系統(tǒng)中，制動(dòng)器可以采用常閉式和常開式兩種結(jié)構(gòu)形式，常閉式制動(dòng)器是在有動(dòng)力的條件下處于松開狀態(tài)，常開式制動(dòng)器則是處于鎖緊狀態(tài)。兩種形式相比較并考慮失效保護(hù)，一般采用常閉式制動(dòng)器。
(2)、制動(dòng)盤通常位于塔架或塔架與機(jī)艙的適配器上，一般為環(huán)狀，制動(dòng)盤的材質(zhì)應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和韌性，如果采用焊接連接，材質(zhì)還應(yīng)具有比較好的可焊性，此外，在機(jī)組壽命期內(nèi)制動(dòng)盤不應(yīng)出現(xiàn)疲勞損壞。制動(dòng)盤的連接、固定必須可靠牢固，表面粗糙度應(yīng)達(dá)到Ra3.2。

(3)、制動(dòng)鉗由制動(dòng)鉗體和制動(dòng)襯塊組成。制動(dòng)鉗體一般采用高強(qiáng)度螺栓連接用經(jīng)過(guò)計(jì)算的足夠的力矩固定于機(jī)艙的機(jī)架上。制動(dòng)襯塊應(yīng)由專用的摩擦材料制成，一般推薦用銅基或鐵基粉末冶金材料制成，銅基粉末冶金材料多用于濕式制動(dòng)器，而鐵基粉末冶金材料多用