大型风力发电机组调向功率探讨

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1、大型风力发电机组调向功率的探讨摘　要：针对风力发电机组调向对风机构工作性能直接关系到机组的整体性能，从研究风力发电机组调向阻力矩入手，提出了确定机组调向功率需考虑的一些因素和方法。关键词：风力发电；调向阻力矩；调向功率0前言　　风力发电机组调向对风机构的功能是用以克服机组的调向阻力矩，确保机组在任何工况下运行时都能正对风向（即使风轮旋转平面垂直于风向），以利于最大限度地吸收风能。　　因此，调向对风机构工作性能的好坏将直接关系到风力发电机组的整体性能。为确保风力发电机组的调向机构具有良好的调向对风性能，正确、

2、合理地确定机组的调向功率就成为风力机设计与研究工作中一项不容忽视的重要内容。1调向机构简介　　目前，国内外大型风力发电机组的调向对风机构一般都采用图1所示结构。风力发电机组的机舱和塔架分别与回转支承的内外环联接。当风力机偏离风向时，风向风速仪发出信号，经计算机发出指令，驱动安装在机舱内的调向减速机构，通过安装在调向减速机构上的小齿轮与回转支承的大齿轮啮合，使机舱绕塔架轴线旋转，从而使风轮对准风向。　　大型风力发电机组的调向对风机构通常采用风向风速仪及机电或电液伺服机构来实现机组的调向对风。伺服调向机构主要

3、由以下四个部分组成：　　(1)用于接收风速、风向信号的风向风速仪；　　(2)调向机构的原动机，在机电或电液伺服机构中是电动机；　　(3)调向机构的机械传动装置（一般起减速作用），在机电机构中，它是减速箱，在液电机构中，它由油泵和液压马达组成；　　(4)齿轮副（调向机构通过安装在减速箱输出轴或液压马达上的回转小齿轮和回转支承装置上的大齿轮啮合，以实现风轮和机舱绕塔架轴线的回转）。2机组的调向阻力矩　　大型风力机调向机构的工作载荷主要是调向阻力矩。当风力机在运行过程中，起动调向对风时，调向阻力矩M一般由下列阻

4、力矩组成：　　M=Mw+Mp+Mf+Mz　　　　（1）式中：Mｆ——作用于回转支承装置上的摩擦阻力矩；　　　Mｗ——风压力作用于机舱上所引起的风阻力矩；　　　Mp——调向起动时由惯性力所引起的惯性阻力矩；　　　Mz——使风力机运行和调向平稳而由制动器产生的阻尼力矩。2.1回转支承装置的摩擦阻力矩Mｆ　　回转支承装置的摩擦阻力矩主要是由塔架上端机组的自重、自重的偏心所引起的偏心力矩以及风载荷作用于机组上端引起的弯矩所产生。可利用(2)式求得（见文献［1］）：　　式中：μ——回转支承装置的摩擦系数，对金属材料

5、可近似地取μ＝0.01;　　　D0——回转支承装置滚道中心的直径；　　∑Ｎm由上述各种载荷引起的作用于回转支承装置滚道上的正压力的总和。2.2作用于机舱上的风压所引起的回转阻力矩Mｗ　　作用于机舱上的风压所产生的回转阻力矩Mw是由于回转中心前后机舱的迎风面积不同引起的（见图2）。可利用(3)式求得：式中：qf——风压力（根据参考文献［2］确定）；k1、k2——回转中心前后机舱的体形系数；F1、F2——回转中心前后机舱的迎风面积；l1、l2——回转中心前后机舱形心离回转中心的距离。2.3由回转惯性所引起的回转

6、阻力矩Mp　　由惯性所引起的回转阻力矩Mp通常由以下三部分组成：　　（1）由风轮惯性所引起的回转阻力矩Mpf为：　　式中：Jf——风轮的回转惯性矩；　　　ω——机舱的回转角速度。当机舱以每分钟n圈的速度回转时，则　　　t——起动时间。　　(2）由机舱惯性所引起的回转阻力矩Mpj为：　　Mpj=Jj（ω/t）式中：Jj——机舱的回转惯性矩。　　（3）由回转机构旋转零件惯性所引起的回转阻力矩Mpr为：　　式中：J1、J2、J3——各旋转零件的旋转惯性矩；　　　ω1、ω2、ω3——各旋转零件的旋转角速度；　

7、　　η1、η2、η3——各旋转零件的机械效率。　　当电机轴或液压马达轴的角速度为ω1时，则　　　　从上式可见，括号内的第一项比其余各项要大得多，为了便于计算，同时考虑在误差不大的情况下，将上式改写成为：　　　　将各回转惯性阻力矩相加，即可得总的回转惯性阻力矩的计算公式为：　　式中：η调向系统的机械传动效率，根据经验一般取0.8～0.85；　　　i——调向系统的总传动比（i＝ω1/ω）。2.4由制动器产生的阻尼力矩Mz　　为减少风力发电机组在运行或调向时所产生的冲击，大型风力机的调向系统一般都设置阻尼机

8、构，其原理是利用液压系统的低压或背压使调向制动器产生阻尼力矩，其值可用下式求得：　　Mz=nAPmD　　　（5）式中：n——制动器的副数；　　　A——制动器油缸的活塞面积；　　　P——液压系统的压力或背压；　　　m——制动器与刹车盘之间的摩擦系数；　　　D——刹车盘的工作直径。　　将式（2）、（3）、（4）、（5）代入式（1），即可得调向阻力矩M为：　3调向功率的确定　　为使风力发电机组具有良好的调向对风性