风力发电原理 教学课件 作者 徐大平 第3章　风力发电机组的结构.ppt

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1、第3章　风力发电机组的结构3.1　水平轴风电机组概述3.2　风轮3.3　风电机组传动系统3.4　机舱、主机架与偏航系统3.5　塔架与基础3.6　风电机组其他部件3.1　水平轴风电机组概述3.1.1　风电机组的基本结构、性能和类型3.1.2　风电机组主要参数3.1.3　风电机组设计级别3.1.1　风电机组的基本结构、性能和类型1.基本结构2.基本性能3.主要机组类型1.基本结构图3-1　电机组基本结构和参数1.基本结构图3-2　双馈风力发电机系统结构2.基本性能1)风速低于某一较低值时，例如图中

2、的3m/s，由于风能较小，风电机组不进行并网发电。2)风速在切入风速和额定风速之间时，风电机组进行并网发电。3)当风速超过额定风速时，由于风轮输出功率超过了风电机组的额定功率，需要对风轮的风能吸收量进行控制，使风轮的输出功率保持在额定功率范围以内。4)当风速大到一定程度，将会影响风电机组的安全，因此在某一风速下，需要将风电机组脱离并网发电状态，实现停机。2.基本性能图3-3　变速风力发电机组的功率曲线3.主要机组类型(1)上风向机组和下风向机组　水平轴风电机组根据在运行中风轮与塔架的相对位置，分为

3、上风向风力发电机组和下风向风力发电机组，如图3-4所示。(2)失速机组与变桨机组　当风速超过额定风速时，为了保证发电机的输出功率维持在额定功率附近，需要对风轮叶片吸收的气动功率进行控制。(3)带增速齿轮箱的风电机组、直驱风电机组和半直驱风电机组　风电机组通过传动系统连接风轮和发电机，把风轮产生的旋转机械能传输到发电机，并使发电机转子达到所需要的转速。(4)陆地风电机组和海上风电机组　由于陆地地形地貌限制以及风电场噪声等对环境的影响，自20世纪90年代起，国外开始建造近海风电场，并且成为未来风电发展

4、的一个趋势。图3-4　上风向和下风向风力发电机组3.主要机组类型图3-5　带增速齿轮箱风电机组和直驱风电机组的机舱内部结构3.主要机组类型3.1.2　风电机组主要参数1.风轮直径与扫掠面积2.轮毂高度3.叶片数4.额定风速、切入风速和切出风速5.风轮转速、叶尖速比6.风轮锥角和风轮仰角7.偏航角图3-6　风电机组功率和直径的发展变化3.叶片数3.叶片数图3-7　带有单叶片风轮、双叶片风轮和三叶片风轮的三种水平轴风电机组形式3.叶片数图3-8　不同叶片数的风轮的功率系数随叶尖速比的变化曲线3.叶片数

5、图3-9　不同叶片数风轮的转矩系数曲线3.1.3　风电机组设计级别1)vref为10min参考平均风速，实际风场的10min平均风速值按照下式计算：2)Iref为风速在15m/s时的湍流强度期望值，表中对每个标准机组级别都分为A、B、C三种不同的风湍流状态，其湍流强度期望值分别为0.16、0.14和0.12。3)为了解决一些特殊风场条件的机组设计和选用问题，标准中在三个标准级别以外，还列出一个特殊级别S，具体设计参数由设计者根据实际风况条件制定。3.2　风轮3.2.1　叶片3.2.2　轮毂3.2.

6、3　变桨机构3.2.1　叶片1)良好的空气动力外形，能够充分利用风电场的风资源条件，获得尽可能多的风能。2)可靠的结构强度，具备足够的承受极限载荷和疲劳载荷能力；合理的叶片刚度、叶尖变形位移，避免叶片与塔架碰撞。3)良好的结构动力学特性和气动稳定性，避免发生共振和颤振现象，振动和噪声小。4)耐腐蚀、防雷击性能好，方便维护。5)在满足上述目标的前提下，优化设计结构，尽可能减轻叶片重量、降低制造成本。1.叶片几何形状及翼型2.叶片结构、材料及制造3.气动制动系统4.叶根连接5.叶片失效与防护措施1.叶

7、片几何形状及翼型1)平面几何形状一般为梯形，沿展向方向上，各剖面的弦长不断变化。2)叶片翼型沿展向上不断变化，各剖面的前缘和后缘形状也不同。3)叶片扭角也沿展向不断变化，叶尖部位的扭角比根部小。1.叶片几何形状及翼型图3-10　风电机组叶片形状图3-11　叶片翼型变化1.叶片几何形状及翼型2.叶片结构、材料及制造0.tif图3-12　叶片剖面结构0.tif2.叶片结构、材料及制造0313.TIF2.叶片结构、材料及制造图3-13　2叶片铺层的纤维方向0.tif0314.TIF图3-14　叶片制造4

8、.叶根连接(1)法兰连接　这种形式的叶根像一个法兰翻边。(2)预埋金属根端连接　如图3-16b所示，在根端设计中，预埋上一个金属根端，此结构一端可通过螺栓与轮毂连接，另一端牢固预埋在玻璃钢叶片内。4.叶根连接图3-15　叶尖气动制动机构示例0316.TIF图3-16　叶根与轮毂连接形式4.叶根连接5.叶片失效与防护措施(1)叶片失效形式及其影响　叶片是风电机组实现风能转换成机械能的主要部件，由于长期处于暴露条件下工作，很容易出现故障。(2)叶片防雷系统　闪电可以产生超过上亿伏的平均