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风力发电机整体结构.pptx
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1、各种风力发电机各种风力发电机垂直风力发电机水平轴风力发电机自动变形双组风叶多层组装式风力发电机概述概述当今面对能源和环境领域的各种不同程度的压力,社会各个层次不同职业的每一个人需要做的是提高资源的利用率,同时也降低对自然环境的破坏力度,以创造一个和谐的自然环境,而节能也就成为当今社会的一个永恒的话题。我们不仅仅要在已有的、可以大规模利用的资源方面做文章,更多的是发现、发展新能源,如太阳能、风能、地热能、潮汐能,提高其利用的程度。风力发电也是新能的一个主打,在今后的十年里,中国计划国内的风电容量将达到30000MW。Repower MM系列风机系列风机MM系列风机产品结构系列风机产品结构1基础2
2、踏筒3机舱4风轮5 箱变一、风力发电机的基础一、风力发电机的基础1风力发电机基础的作用11用于安装支撑风力发电机组12平衡风力发电机组在各种工况下所产生的载荷(各方向的力、弯矩、扭矩、疲劳载荷和振动等)。13保证风机高耸结构安全,运行稳定。2工程现场的地质勘察 作为风力发电机组的根基,制定基础设计方案前,需要充分了解研究机位的地质土层情况,物理性能,所处区域地震带设防烈度要求等,对现场工程地质条件作出正确评价。如土层分布情况,物理指标、力学参数等,水文地质情况,地下水位,对混凝土的腐蚀性等,各岩土层的地基承载力推荐值。3基础设计满足以下两个条件31要求作用于地基上的载荷不超过地基的容许应力,保
3、证地基有足够的安全储备32控制基础的沉降,使其不超过地基容许变形值4风电机组基础的种类风力发电机基础均为钢筋混凝土独立基础,根据风电场工程地质条件和地基承载力和风机载荷的不同分为:天然重力基础和桩基础(本风场选用桩基础)。天然重力基础:当基础下层土质具有较好的承受能力时,选用天然重力基础。桩基础:根据地质勘探情况,当基础下层土质承载能力较弱时,选用打桩基础或灌注桩基础。桩基础示意图5风机受力情况机组自身重量Q 风轮产生的正压力P 风载荷 偏航转向扭矩Mn以上载荷均靠基础予以平衡当风机正常运行时机组受力情况如图6风机机组基础的受力情况(上述荷载在基础上的作用情况)机组和机组的自重 Q和G倾覆力矩
4、 M (由机组自重的偏心、风轮产生的正压力P以及风载荷q的因素产生的合力矩)扭矩 Mn (机组偏航转向时产生的)剪切力F (由风轮正压力P和风载荷q 产生)风力发电机机组对基础的所产生的载荷主要应考虑机组自重Q和倾覆力矩Mn7REpower对风机基础的具体要求混凝土和钢筋用量(如图)8预埋管 布置保护电缆,但同时对基础结构不利,施工时布置均匀相互间留有间距,尽量减少对基础结构的影响。预埋管9基础接地环(未附图)接地规格材料,热镀锌扁钢,宽*厚:30*3.5。基础浇筑基础浇筑1风机制造商对风机基础检查项目及依据11基桩钢筋连接情况,底层、顶层钢筋绑扎情况,基础环锚固穿孔钢筋绑扎情况。12基础环放
5、置情况(满足塔筒门朝向要求),浇筑前、后基础环上法兰水平度圆度测量值。13预埋管放置尺寸及弯曲半径、接地系统布置等。14混凝土浇筑情况。15混凝土基础与基础环防腐密封情况。16其余按国家现行建筑施工和监理质量验收标准和规范进行,并请提供施工、监理全过程的质量检查记录、验收记录和施工监理报告。2钢筋绑扎前的准备21桩检合格a.单桩承载力竖向抗压、抗拔静载试验和水平承载力试验合格 b.桩位偏差合格(1/3D)c.桩头清理(油污,砼碎块)22钢筋检验a出厂合格证b复检合格证明c.钢筋机械连接抗 拉试验合格证明d表面清理23基础环的检验和固定 a基础环合格证明,外观检查 b基本尺寸的现场检验(L法兰)
6、c基础环的吊运固定(起重机械120t吊车,d4000)d基础环固定与塔筒门间的关系(盛行风向)24钢筋绑扎的注意要点a不得焊接,优先机械连接(25%)b机械连接牢固可靠,尤其环形筋(套筒满足国标要求)c搭接长度满足图纸要求,需要重点检查d重点检查基础环加强筋12号筋,穿孔筋21号筋3.混凝土的浇筑3.1 混凝土的浇筑 1.隐蔽工程的验收 a.钢筋绑扎验收 b.预埋管的保护 c.基础环的再次调整及保护(止水条)d.接地系统的检查 e.模板检查 d.杂物清理32浇筑前的准备 a 原材料检验合格 b机械设备和工具(罐车、泵车、发电机、振捣棒、照明、覆盖物等)c各岗位技术交底 d应急预案(天气情况、设
7、备工具等)33浇筑中的注意事项a浇筑时间(12-14h,40min)b基础环水平度的测量(专人测量)c基础环周围振捣到位,减少磕碰d坍落度测量和试块制做e浇筑完成后,砼顶面压光,便于防腐施工f基础环排水孔畅通,清理法兰表面g文明施工34养护及回填 a及时覆盖养护(淡水)b混凝土温度控制(25)c拆模后的检查(表面缺陷的处理)d接地扁铁施工 e混凝土表面防腐,满足施工条件 d回填夯实(18kN/m3)f基础环水平度及圆度测量二、风力发电机的塔架(塔筒)二、风力发电机的塔架(塔筒)1风力发电机塔架的作用11作为风力发电机支撑承载部件,有足够的强度刚度承受各工况下的载荷。12电力输送载体和设备及人员
8、的保护体。13使风机更加美观。2REpower 风机塔架简介风机塔架设计为锥形、圆筒式钢塔筒,依据轮毂高度和特殊的塔架设计由三段组成,如图。每个塔筒均具有一个允许经许可人员进入到塔筒底部的可上锁的门,内部有一个符合欧洲安全标准的爬梯可到达机舱且装有防跌落保护系统。底部塔筒设计有通风装置以保证塔架内部空气流通。塔架的每一段都设置有平台和照明灯以供休息或在紧急情况时提供保护。一旦掉电,用于应急照明系统的蓄电池可以确保安全撤离风机。同时在各平台安全的位置还装设有安全电压的照明插座和使用电动工具的电源插座。3载荷工况风机塔架承受载荷不得超过限制状态,各类工况根据当地气象资料和安装场地类型确定。各等级风
9、机基本参数规定如下表4风机设计载荷工况分类41惯性力和重力载荷 作用于风电机组的静态和动态载荷,由振动、旋转、地球引力及地震的作用产生42空气动力载荷 由气流与风机的固定或运动旋转相互作用引起43运行载荷 由风机操作和控制产生。44其他载荷 如波动载荷、尾流载荷、冲击载荷等5REpower风机塔架材料塔架常用材料为低合金高强度结构钢Q345D、Q345E,该材料具有韧性高,低温性能好,焊接性能好等特点。(本风机塔筒采用Q345D钢结构)6REpower风机塔架的防腐由于风力发电机通常安装于荒野、高山、海边,承受日晒雨淋、强紫外线、沙尘和盐雾。表面防腐至关重要。防腐涂层设计寿命大于15年,漆膜坚
10、硬耐磨附着性好,耐候性、耐水性好。7风机塔架制造允许偏差要求允许偏差主要包括法兰平面度,圆度,塔筒法兰与轴线垂直度等三、风力发电机机舱部分三、风力发电机机舱部分风机根据不同的分类标准,存在以下分类:水平轴水平轴与垂直轴离网与并网并网定速与变速变速阻力与升力升力叶片数量(三叶片三叶片)上风向上风向与下风向定桨距与变桨距变桨距有齿轮箱有齿轮箱与直驱自由式与主动式主动式电动变桨电动变桨与液压变桨机舱由底盘和机舱罩组成。机舱内通常布置有偏航系统、传动系统、制动系统、发电机、控制系统。机舱的组成机舱的组成机舱机舱偏航系统偏航系统 风机的偏航系统也称为对风装置,是上风向水平轴式风力机不可少的组成系统之一,
11、而下风向风力机的风轮能自然地对准风向,因此一般不需要进行调向对风控制。风机偏航系统分类风机偏航系统分类 风机偏航系统分为主动偏航系统和被动偏航系统,而MM82风机采用的是主动偏航系统,它指的是采用电力或液压拖动来完成对风动作的偏航方式。风机偏航系统的作用风机偏航系统的作用 与风力发电机组的控制系统相互配合,使风力发电机组的风轮始终处于迎风状态,充分利用风能,提高风力发电机组的发电效率提供必要的锁紧力矩,以保障风力发电机组的安全运行风机偏航系统的组成风机偏航系统的组成 偏航系统由风向标传感器、偏航轴承、偏航驱动电机、偏航制动器、扭缆保护装置等几个部分组成。风向标传感器风向标传感器MM82风机有两
12、个待加热的风速计安装在气象塔上。气象塔被接地并具有围绕风速计的雷电捕获回路。风机同样具有一个带加热的风向标安装在气象塔上。它具有360的绝对度量范围。风向标传感器的作用风向标传感器的作用 作为感应元件,对应每一个风向都有一个相应的脉冲输出信号,通过偏航系统软件确定其偏航方向和偏航角度,风向标将风向的变化用脉冲信号传递到偏航电机的控制回路的处理器里,经过偏航系统调节软件比较后处理器给偏航电机发出顺时针或逆时针的偏航命令,为了减少偏航时的陀螺力矩,电机转速将通过同轴连接的减速器减速后,将偏航力矩作用在回转体大齿轮上,带动风轮偏航对准风向,当对风完成后,风向标失去电信号,电机停止工作,偏航过程结束。
13、偏航轴承偏航轴承偏航轴承的轴承内、外圈分别与机组的机舱和塔体用螺栓连接。轮齿可采用内齿或外齿形式。外齿形式是轮齿位于偏航轴承的外圈上,内齿形式是齿轮位于偏航轴承的内圈上,齿合受力效果较好,结构紧凑。MM82型风机的偏航轴承采用的是外齿形式。偏航驱动电机偏航驱动电机 偏航驱动由4个交流电压400V的电动机组成,偏航速率达到0.5s。偏航制动器及偏航液压装置偏航制动器及偏航液压装置偏航制动器主要由10个安装于偏航轴承上的液压制动卡钳和1个制动盘组成。a.制动卡钳由制动钳体和制动衬块组成。制动钳体一般采用高强度螺栓连接,用经过计算的足够的力矩固定于机舱的机架上。b.制动盘位于塔架或塔架与机舱的适配器
14、上,一般为环状。偏航制动器作用偏航制动器作用 采用齿轮驱动的偏航系统时,为避免因振荡的风向变化而引起偏航轮齿产生交变的载荷,应采用偏航制动器(或称偏航阻尼器)来吸收微小的自由偏转振荡,防止偏航齿轮的交变应力引起齿轮过早损伤。偏航液压装置作用偏航液压装置作用 主要是通过液压站对制动卡钳进行拖动,从而控制制动卡钳的松开或锁紧。解缆和扭缆保护装置解缆和扭缆保护装置 安装解缆和扭缆保护装置的必要性:解缆和扭缆保护是风力发电机组的偏航系统所必须具有的主要功能。大多数风力发电机输出功率的同轴电缆在风力机偏航时一同旋转,为了防止偏航超出而引起的电缆旋转,应在偏航系统中设置与方向有关的计数装置或类似的程序对电
15、缆的扭绞程度进行检测,该检测装置在电缆达到规定的扭绞角度前发解缆信号。偏航系统的解缆分为初级解缆和终极解缆。初级解缆是在一定的条件下进行的,一般与偏航圈数和风速有关。扭缆保护装置的作用:在偏航系统的偏航动作失效后,电缆的扭绞达到威胁机组安全运行的程度而触发该装置,使机组进行紧急停机。一般情况下,这个装置是独立于控制系统的,一旦这个装置被触发,则机组必须进行紧急停机。扭缆保护装置组成:一般由控制开关和触点机构组成,控制开关一般安装于机组的塔架内壁的支架上,触点机构一般安装于机组悬垂部分的电缆上。当机组悬垂部分的电缆扭绞到一定程度后,触点机构被提升或被松开而触发控制开关。正常运行时,如机舱在同一方
16、向偏航累计超过3圈时,则扭缆保护装置动作,执行解缆。当回到中心位置时解缆自动停止。偏航解缆偏航解缆偏航系统工作原理:风向标作为感应元件,对应每一个风向都有一个相应的脉冲输出信号,通过偏航系统软件确定其偏航方向和偏航角度,风向标将风向的变化用脉冲信号传递到偏航电机的控制回路的处理器里,经过偏航系统调节软件比较后处理器给偏航电机发出顺时针或逆时针的偏航命令,为了减少偏航时的陀螺力矩,电机转速将通过同轴连接的减速器减速后,将偏航力矩作用在回转体大齿轮上,带动风轮偏航对准风向,当对风完成后,风向标失去电信号,电机停止工作,偏航过程结束。传动系统传动系统叶轮产生的机械能由机舱里的传动系统传递给发电机,风
17、力机的传动系统一般包括低速轴、高速轴、齿轮箱、联轴器和一个能使风机在紧急情况下停止运行的刹车机构等。齿轮箱齿轮箱 齿轮箱(南京高速齿轮制造有限公司)用于增加叶轮转速,从2050r/min增速到10001800r/min,驱动发电机。齿轮箱采用行星斜齿平行轴式。齿轮传动比为105.5:1,轴线倾斜度为5,转动时按顺时针方向转动。联轴器联轴器它主要连接发电机、齿轮箱和风轮,当风力带动风轮转动时,联轴器作为传动系统主轴带动发电机的转动。制动系统制动系统 制动系统由初级空气动力制动系统和次级机械制动系统组成。空气动力制动系统空气动力制动系统它包括风机的三个叶片,每个叶片装有独立控制器、变桨驱动和应急电
18、源供应以确保高级别的冗余控制。空气动力制动通过调整风轮叶片到顺桨位置来实现。这可动态使用不同的变桨速度进行,因而避免最大负荷。单个风轮叶片变桨系统中的每一个都可以完全独立运行。一旦电网掉电,变桨系统可通过其各自的应急电源供应进行供电。单叶片的制动力已经足够能使风机安全停机,这便产生一个三倍冗余的安全系统。机械风轮制动系统机械风轮制动系统它作为一个主动系统安装在高速主轴上,通过卡销的闭锁来实现风轮制动。在初级安全系统部分或全部失效时该机械系统可被激活并与叶片调节系统一起使风轮停止。它同样可在空气动力制动系统已经停止风轮的情况下为维修工作给予更多安全保障。发电机发电机发电机采用双馈异步风力发电机
19、双馈异步风力发电机结构它是绕线型转子三相异步发电机的一种,其定子绕组直接接入交流电网,转子绕组端接线由3只滑环引出,接至塔筒底部的变频柜,在经过变频柜内部的调压和调频,供给三相变频交流励磁电流。双馈异步风力发电机的工作原理当转子绕组通过三相低频电流时,在转子中形成一个低速旋转磁场,这个磁场的旋转速度n2与转子的机械转速nr相叠加,等于定子的同步转速n1,即nrn2=n1,从而在发电机定子绕组中感应出相应于同步转速n1的工频电压。当风速变化时,转速nr随之变化。在nr变化的同时,相应改变转子电流的频率和旋转的速度n2,补偿电机转速的变化,保持输出频率恒定不变。异步电机的转差率s=双馈异步风力发电
20、机转子三相绕组内通入的电流频率为f2=,式中表明,在双馈异步风力发电机转子以变化的转速转动时,只要在转子的三相对称绕组中通入转差频率(即 )的电流,则在双馈异步风力发电机的定子绕组中就能产生50Hz的恒频电势。双馈异步风力发电机在转子转速低于同步转速时也可运行于发电状态;定子绕组端口并网后始终发出电功率;但转子绕组端口电功率的流向取决于转差率的大小。控制系统控制系统 100KW以上的中型风力发电机组及1MW以上的大型风力发电机组皆配有由微机或可编程控制器(PLC)组成的控制系统来实现控制、自检和显示功能。大、中型风力机的运行及保护需要一个全自动控制系统,它必须能控制自动启动、叶片桨距的机械调节
21、及在正常和非正常情况下停机。除了控制功能,系统也能用于监测以提供运行状态、风速、风向等信息。该系统是以计算机为基础,可以远程监测控制。并网运行的风力发电机组的控制系统通常应具备以下功能:根据风速信号自动进入起动状态或从电网切出。也就是说按预先设定的风速值(3.5m/s)自动启动风力发电机组,并通过软启动装置将异步发电机并入电网,而当风速大于最大运行速度(25 m/s)时实现自动停机,失速调节风力发电机是通过电机控制叶片尖端部分沿叶片枢轴转动90,从而实现电动刹车。根据功率及风速大小自动进行转速和功率控制。根据风向信号自动偏航对风控制。根据功率因数自动投入(或切出)相应的补偿电容。当发电机脱网时
22、,能确保机组安全停机。在机组运行过程中,能对电网、风况和机组的运行状况进行监测和记录,包括电网三相电压、发电机输出的三相电流、电网频率、发电机功率因数等,对出现的异常情况能够自行判断并且采取相应的保护措施,并能够根据记录的数据,生成各种图表,以反映风力发电机组的各项性能指标。具有以微型计算机为核心的中央监控系统(上位机),可以对风力发电场一台或多台风机进行监测、显示及控制,具备远程通信的功能,可以实现异地遥控操作。通过调制解调器与电话线连接。具备完善的保护功能,确保机组的安全。保护功能有:电网故障保护;风机超速保护;机舱的振动保护;发电机齿轮箱的过热保护;发电机油泵及偏航电机的过载保护;主轴过
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