風(fēng)電機(jī)的基本原理結(jié)構(gòu)與設(shè)計要點

為什么要使用齒輪箱？為什么我們不能通過主軸直接驅(qū)動發(fā)電機(jī)？

風(fēng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的能量，通過主軸、齒輪箱及高速軸傳送到發(fā)電機(jī)。使用齒輪箱，可以將風(fēng)電機(jī)轉(zhuǎn)子上的較低轉(zhuǎn)速、較高轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)換為用于發(fā)電機(jī)上的較高轉(zhuǎn)速、較低轉(zhuǎn)矩（更低的轉(zhuǎn)矩，更高的速度）。風(fēng)電機(jī)上的齒輪箱，通常在轉(zhuǎn)子及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速之間具有單一的齒輪比。對于600千瓦或750千瓦機(jī)器，齒輪比大約為1比50。

如果我們使用普通發(fā)電機(jī)，并使用兩個、四個或六個電極直接連接在50赫茲交流三相電網(wǎng)上，我們將不得不使用轉(zhuǎn)速為1000至3000轉(zhuǎn)每分鐘的風(fēng)電機(jī)。對于43米轉(zhuǎn)子直徑的風(fēng)電機(jī)，這意味著轉(zhuǎn)子末端的速度比聲速的兩倍還要高。另外一種可能性是建造一個帶許多電極的交流發(fā)電機(jī)。但如果你要將發(fā)電機(jī)直接連在電網(wǎng)上，你需要使用200個電極的發(fā)電機(jī)，來獲得30轉(zhuǎn)每分鐘的轉(zhuǎn)速。另外一個問題是，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的質(zhì)量需要與轉(zhuǎn)矩大小成比例。因此直接驅(qū)動的發(fā)電機(jī)會非常重。

偏航裝置系統(tǒng)是怎么運行的？

偏航裝置大體上可以分成三部分：

偏航誤差

當(dāng)轉(zhuǎn)子不垂直于風(fēng)向時，風(fēng)電機(jī)存在偏航誤差。偏航誤差意味著，風(fēng)中的能量只有很少一部分可以在轉(zhuǎn)子區(qū)域流動。如果只發(fā)生這種情況，偏航控制將是控制向風(fēng)電機(jī)轉(zhuǎn)子電力輸入的極佳方式。但是，轉(zhuǎn)子靠近風(fēng)源的部分受到的力比其它部分要大。一方面，這意味著轉(zhuǎn)子傾向于自動對著風(fēng)偏轉(zhuǎn)，逆風(fēng)或順風(fēng)的汽輪機(jī)都存在這種情況。另一方面，這意味著葉片在轉(zhuǎn)子每一次轉(zhuǎn)動時，都會沿著受力方向前后彎曲。存在偏航誤差的風(fēng)電機(jī)，與沿垂直于風(fēng)向偏航的風(fēng)電機(jī)相比，將承受更大的疲勞負(fù)載。

偏航機(jī)構(gòu)

幾乎所有水平軸的風(fēng)電機(jī)都會強迫偏航。即，使用一個帶有電動機(jī)及齒輪箱的機(jī)構(gòu)來保持風(fēng)電機(jī)對著風(fēng)偏轉(zhuǎn)。750千瓦風(fēng)電機(jī)上的偏航機(jī)構(gòu)上可以看到環(huán)繞外沿的偏航軸承，及內(nèi)部偏航馬達(dá)及偏航閘的輪子。幾乎所有逆風(fēng)設(shè)備的制造商都喜歡在不需要的情況下，停止偏航機(jī)構(gòu)。偏航機(jī)構(gòu)由電子控制器來激發(fā)。

電纜扭曲計數(shù)器

電纜用來將電流從風(fēng)電機(jī)運載到塔下。但是當(dāng)風(fēng)電機(jī)偶然沿一個方向偏轉(zhuǎn)太長時間時，電纜將越來越扭曲。因此風(fēng)電機(jī)配備有電纜扭曲計數(shù)器，用于提醒操作員應(yīng)該將電纜解開了。類似于所有風(fēng)電機(jī)上的安全機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)具有冗余。風(fēng)電機(jī)還會配備有拉動開關(guān)，在電纜扭曲太厲害時被激發(fā)。
設(shè)計具體步驟

一、氣動布局方案

包括對各類構(gòu)形、型式和氣動布局方案的比較和選擇、模型吹風(fēng)，性能及其他氣動特性的初步計算，確定整機(jī)和各部件（系統(tǒng)）主要參數(shù)，各部件相對位置等。最后，繪制整機(jī)三面圖，并提交有關(guān)的分析計算報告。

二 、整機(jī)總體布置方案

包括整機(jī)各部件、各系統(tǒng)、附件和設(shè)備等布置。此時要求考慮布置得合理、協(xié)調(diào)、緊湊，保證正常工作和便于維護(hù)等要求，并考慮有效合理的重心位置。最后繪制整機(jī)總體布置圖，并編寫有關(guān)報告和說明書。

二 整機(jī)總體布置方案

包括整機(jī)各部件、各系統(tǒng)、附件和設(shè)備等布置。此時要求考慮布置得合理、協(xié)調(diào)、緊湊，保證正常工作和便于維護(hù)等要求，并考慮有效合理的重心位置。最后繪制整機(jī)總體布置圖，并編寫有關(guān)報告和說明書。

四 、各部件和系統(tǒng)的方案

應(yīng)包括對各部件和系統(tǒng)的要求、組成、原理分析、結(jié)構(gòu)型式、參數(shù)及附件的選擇等工作。最后，應(yīng)繪制有關(guān)部件的理論圖和有關(guān)系統(tǒng)的原理圖，并編寫有關(guān)的報告和技術(shù)說明。

五 、整機(jī)重量計算

包括整機(jī)總重量的確定、各部分重量的確定、重心和慣量計算等工作。最后應(yīng)提交有關(guān)重量和重心等計算報告，并繪制重心定位圖。

六、配套附件

整機(jī)配套附件和備件等設(shè)備的選擇和確定，新材料和新工藝的選擇，對新研制的部件要確定技術(shù)要求和協(xié)作關(guān)系。最后提交協(xié)作及采購清單等有關(guān)文件。總體設(shè)計階段將解決全局性的重大問題，必須精心和慎重地進(jìn)行，要盡可能充分利用已有的經(jīng)驗，以求總體設(shè)計階段中的重大決策建立在可靠的理論分析和試驗基礎(chǔ)上，避免以后出現(xiàn)不應(yīng)有重大反復(fù)。階段的結(jié)果是應(yīng)給出風(fēng)力發(fā)電機(jī)組整機(jī)三面圖，整機(jī)總體布置圖，重心定位圖，整機(jī)重量和重心計算報告，性能計算報告，初步的外負(fù)載計算報告，整機(jī)結(jié)構(gòu)承力初步分析報告，各部件和系統(tǒng)的初步技術(shù)要求，部件理論圖，系統(tǒng)原理圖，新工藝、新材料等協(xié)作要求和采購清單等，以及其他有關(guān)經(jīng)濟(jì)性和使用性能等應(yīng)有明確文件。