任务11小型风力发电机的结构认知

了 解 风 力 发 电 机 分 类 ， 掌 握 小 型 风 力 发 电 机 结构 ， 能 够 说 出 小 型 风 力 发 电 机 的 各 组 成 结 构 名 称 及作 用 。 观 察 实 训 室 400W小 型 风 力 发 电 机 结 构 ， 列 出400W小 型 风 力 发 电 机 的 零 部 件 明 细 表 。 400W小 型 风 力 发 电 机 零 部 件 明 细 表 项 目 课 程 过 程 性 表 格 文 件 1、 能 够 根 据 风 机 技 术 要 求 ， 进 行小 型 风 力 发 电 机 的 结 构 选 型 ， 并能 够 列 出 小 型 风 力 发 电 机 的 零 部件 清 单 ；2、 在 进 行 风 机 装 配 工 作 之 前 ， 学会 查 阅 安 装 工 艺 书 ， 并 识 读 安 装零 部 件 清 单 及 装 配 图 。1、 了 解 风 力 发 电 基 本 工 作 原理 ；2、 了 解 风 力 发 电 机 分 类 ；3、 掌 握 小 型 水 平 轴 风 力 发 电机 的 各 组 成 部 分 结 构 及 作 用 。 1、 形 成 质 量 意 识 、 团 队 意识 和 创 新 意 识 ；2、 养 成 良 好 的 劳 动 习 惯 和卫 生 习 惯 ；3、 具 有 爱 岗 敬 业 、 诚 实 守信 等 良 好 品 质 。 风电机组分类微 型 ： 0.11kW；小 型 ： 1-100 kW；中 型 ： 1001000kW；大 型 ： 1000kW以 上1) 按 装 机 容 量 分2) 按 风 轮 转 轴 分 布 方 式 水 平 轴 风 机垂 直 轴 风 机 3) 按 风 轮 位 置 上 风 向 风 机下 风 向 风 机1、 风 力 发 电 机 组 的 分 类 风电机组分类4) 按 功 率 控 制 方 式 定 桨 失 速 型 风 机变 桨 距 风 机5) 按 风 轮 转 速 定 速 型 风 机变 速 型 风 机6) 按 动 力 传 动 方 式 齿 轮 箱 增 速 型 风 机混 合 型 风 机 7) 按 发 电 机 分 类 同 步 发 电 机异 步 发 电 机直 驱 风 机 一、按风轮转轴分布分类 水 平 轴 机 组 是 风 轮 轴 基 本 上 平 行 于 风 向 ，风 轮 旋 转 平 面 与 风 向 垂 直 。 水 平 轴 机 组 按 风轮 与 塔 架 相 对 位 置 分 为 上 风 向 与 下 风 向 。 1） 上 风 向 机 组 风 轮 在 塔 架 的 前 面 迎风 旋 转 。 上 风 向 机 组 必 须 有 某 种 调 向 装 置 来保 持 风 轮 迎 风 。 2） 下 风 向 机 组 风 轮 安 装 在 塔 架 后 面 ， 风 先 经 过 塔 架 ， 再 到 风 轮 。 下 风 向 机 组 能 够自 动 对 准 风 向 ， 从 而 免 去 了 调 向 装 置 。 但 是由 于 塔 架 干 扰 了 流 过 叶 片 的 气 流 而 形 成 塔 影效 应 ， 影 响 了 风 力 机 的 效 率 ， 使 性 能 下 降 。水平轴机组1 一、按风轮转轴分布分类 垂 直 轴 机 组 是 风 轮 轴 垂 直 于 风 向 。 可 以接 受 来 自 任 何 风 向 的 风 ， 无 须 调 向 装 置 。 另外 齿 轮 箱 和 发 电 机 可 以 安 装 在 地 面 上 。 垂 直 轴 机 组 主 要 分 为 阻 力 型 和 升 力 型 。 1） 阻 力 型 利 用 空 气 流 过 叶 片 产 生的 阻 力 产 生 驱 动 力 、 2） 升 力 型 利 用 空 气 流 过 叶 片 产 生 的 升 力 作 为 驱 动 力 。 垂直轴机组2 一、按风轮转轴分布分类1） 阻 力 型 风 力 发 电 机 组 典 型 的 阻 力 型 垂 直 轴 风 力 发 电 机 组 是 萨 窝 纽 斯型 风 力 发 电 机 组 ， 选 用 的 是 S型 风 轮 。 它 由 两 个 半圆 筒 形 叶 片 组 成 ， 两 圆 筒 的 轴 线 相 互 错 开 一 段 距 离 。其 优 点 是 启 动 转 矩 大 ， 启 动 性 能 良 好 ， 但 是 它 的 转速 低 ， 风 能 利 用 系 数 低 于 水 平 轴 风 力 风 电 机 组 ， 并且 在 运 行 中 围 绕 着 风 轮 会 产 生 不 对 称 气 流 ， 从 而 产 生 侧 向 推 力 ， 特 别 是 对 于 较 大 型 的 风 力 发 电 机 组 ，受 偏 转 与 安 全 极 限 应 力 的 限 制 ， 采 用 这 种 结 构 形 式是 比 较 困 难 的 。垂直轴机组2 杯 式 风 速 计S型 风 轮 一、按风轮转轴分布分类 2） 升 力 型 风 力 发 电 机 组 升 力 型 垂 直 轴 风 力 发 电 机 组 利 用 翼 型 的 升 力 做 功 。 常 用 达 里 厄 式 风 力 发 电 机 ，如 型 ， 型 ， H 型 等 。 根 据 叶 片 的 形 状 ， 达 里 厄 风 力 发 电 机 组 可 分 为 直 叶 片 和 弯 叶片 两 种 ， 叶 片 的 翼 型 剖 面 多 为 对 称 翼 型 ， 其 中 以 H 型 和 型 最 为 典 型 。垂直轴机组2 a) H型 叶 片 式 b) S型 型 组 合 叶 片 式 c) 螺 旋 叶 片 式 二、按功率调节方式分类 叶 片 角 度 不 能 改 变 ， 风 力 机 的 功 率 调 节完 全 依 靠 叶 片 的 气 动 特 性 。 当 风 速 超 过 额 定 风 速 时 ， 利 用 叶 片 本 身的 空 气 动 力 特 性 减 小 旋 转 力 矩 （ 失 速 ） 或 通过 偏 航 控 制 维 持 输 出 功 率 的 稳 定 。定桨距机组1 二、按功率调节方式分类 这 种 机 组 当 风 速 过 高 时 ， 通 过 改 变 桨 距 角 （ 在 指 定 的 径 向 位 置 叶 片 几 何 弦 线与 风 轮 旋 转 平 面 间 的 夹 角 ） ， 使 功 率 输 出 保 持 稳 定 。 同 时 ， 机 组 在 起 动 过 程 也 需 要通 过 变 距 来 获 得 足 够 的 起 动 力 矩 。 采 用 变 桨 距 技 术 可 使 叶 片 和 整 机 的 受 力 情 况 大 为改 善 ， 这 对 大 型 风 力 发 电 机 组 十 分 有 利 。变桨距型机组2 a） 独 立 电 动 变 桨 距 系 统 图 b） 独 立 液 动 变 桨 距 系 统 图 三、按传动形式分类 风 力 发 电 机 组 中 齿 轮 箱 的 主 要 功 能 是 将 风 轮 在 风 力 作 用 下 产 生 的 动 力 传 递 给 发电 机 并 使 其 获 得 相 应 的 转 速 。 风 轮 转 速 较 低 ， 通 常 达 不 到 发 电 机 发 电 的 要 求 ， 必 须通 过 齿 轮 箱 增 速 ， 故 也 称 为 增 速 箱 。齿轮箱增速型1 三、按传动形式分类 应 用 多 极 同 步 发 电 机 可 以 省 去 齿 轮 箱 ， 让 风 力 机 直 接 拖 动 发 电 机 转 子 与 转 子 低速 状 态 ， 这 就 没 有 了 齿 轮 箱 所 带 来 的 噪 音 、 故 障 率 高 和 维 护 成 本 大 等 问 题 ， 提 高 了运 行 可 靠 性 。直接驱动型2 三、按传动形式分类 这 种 机 组 是 以 上 两 种 的 综 合 。 中 传 动 型 机 组 减 少 了 传 统 齿 轮 箱 的 传 动 比 ， 同 时也 相 应 地 减 少 了 多 极 同 步 发 电 机 的 极 数 ， 从 而 减 小 了 发 电 机 的 体 积 。中传动比齿轮箱型3 四、按转速变化分1） 定 速 （ 恒 速 ） ： 定 速 风 力 发 电 机 组 是 指 其 发 电 机 的 转 速 是 恒 定 不 变 的 ， 它 不 随 风 速 的 变 化 而 变化 ， 始 终 在 一 个 恒 定 不 变 的 转 速 下 运 行 。2） 多 态 定 速 ： 多 态 定 速 风 力 发 电 机 组 中 包 含 两 台 或 多 台 发 电 机 ， 根 据 风 速 的 变 化 ， 可 以 有 不同 大 小 和 数 量 的 发 电 机 投 入 运 行 。3） 变 速 ： 变 速 风 力 发 电 机 组 中 的 发 电 机 工 作 在 转 速 随 风 速 时 刻 变 化 的 状 态 下 。 目 前 ， 主流 的 大 型 风 力 发 电 机 组 都 采 用 变 速 恒 频 运 行 方 式 。按转速变化分 一、小型风力发电机结构小 型 风 力 发 电 机 的 基 本 结 构 水 平 轴 高 速 螺 旋 桨 式 风 力 发 电 机 组 成 ： 风 轮 、 发 电 机 、 回 转 体 、 调 速 机 构 、调 向 机 构 （ 尾 翼 ） 、 刹 车 机 构 、 塔 架 。 一、小型风力发电机结构（ 一 ） 风 轮 水 平 轴 风 力 发 电 机 的 风 轮 是 由 1-4个 叶 片 （ 大 部 分 为 23个 叶 片 ） 和 轮 毂 组 成 。 其 功 能 是 将 风 能 转 换 为 机 械 能 ， 它 是 风 力 发 电 机 从 风 中 吸 收 能 量 的 部 件 。 风 力 机 叶 片 都 装 在 轮 毂 上 。 轮 毂 是 风 轮 的 枢 纽 ， 也 是 叶 片 根 部 与 主 轴 的 连 接件 ， 所 有 从 叶 片 传 来 的 力 ， 都 通 过 轮 毂 传 递 到 传 动 系 统 ， 再 传 到 风 力 机 驱 动 的 对象 ， 同 时 轮 毂 也 是 控 制 叶 片 桨 距 （ 使 叶 片 作 俯 仰 转 动 ） 的 所 在 。 一、小型风力发电机结构（ 二 ） 发 电 机1.发 电 机 的 种 类 ： 小 型 风 力 发 电 机 用 的 发 电 机 大 部 分 是 三 相 交 流 发 电 机 。 由 于 产 生 磁 场 的 形 式 不同 ， 三 相 交 流 发 电 机 有 永 磁 式 和 励 磁 式 ， 。 一、小型风力发电机结构2.发 电 机 的 构 造 ：n 转 子 ： 转 子 做 成 犬 齿 交 错 形 的 磁 极 。 永 磁 式 发 电 机 的 转 子 磁 极 由 永 久 磁 铁 制 成 。励 磁 式 发 电 机 的 转 子 磁 极 由 两 块 低 碳 钢 制 成 。 在 磁 极 内 侧 空 腔 内 装 有 励 磁 线 圈绕 组 ， 当 通 天 励 磁 电 流 时 ， 便 可 产 生 磁 场 。n 定 子 ： 定 子 由 铁 芯 和 定 子 线 圈 组 成 。 铁 芯 由 硅 钢 片 制 成 ， 在 铁 芯 槽 内 绕 有 三 组线 圈 ， 按 星 形 法 连 接 ， 发 电 机 工 作 时 线 圈 内 便 产 生 三 相 交 流 电 。n 机 壳 ： 机 壳 是 交 流 发 电 机 的 外 壳 ， 由 金 属 制 成 ， 它 包 括 壳 体 和 前 后 端 盖 。 如 果将 整 流 器 装 在 发 电 机 中 ， 装 有 整 流 器 的 端 盖 也 叫 整 流 端 盖 。 n 整 流 器 ： 整 流 器 由 六 个 硅 整 流 二 极 管 组 成 桥 式 全 波 整 流 线 路 。 它 的 作 用 是 将 三相 交 流 转 变 为 直 流 ， 可 以 很 方 便 地 将 它 储 存 在 蓄 电 池 中 。 现 在 ， 一、小型风力发电机结构（ 三 ） 回 转 体 回 转 体 是 小 型 风 力 发 电 机 的 重 要 部 件 之 一 。 其 作 用 是 支 撑 安 装 发 电 机 、 风 轮和 尾 翼 调 速 机 构 等 ， 并 保 证 上 述 工 作 部 件 按 照 各 自 的 工 作 特 点 随 着 风 速 、 风 向 的变 化 在 机 架 上 端 自 由 回 转 。 一、小型风力发电机结构1.风 轮 的 仰 角 ： 为 了 提 高 风 轮 的 工 作 性 能 ， 在 回 转 体 上 平 面 与 水 平 面 间 有 510 度 的 夹 角 。2.风 轮 轴 与 回 转 体 中 心 偏 心 距 ： 风 轮 轴 与 回 转 中 心 偏 心 距 是 小 型 风 力 发 电 机 调 速 机 构 准 确 调 速 的 重 要 结 构 参数 。 当 风 速 达 到 限 速 风 速 时 ， 此 偏 心 距 能 准 确 地 产 生 一 个 迫 使 风 轮 扭 转 的 力 矩 ，使 风 轮 立 即 开 始 侧 偏 调 整 。 如 果 风 速 继 续 增 大 ， 风 轮 扭 转 力 矩 也 增 大 ， 风 轮 继 续侧 偏 ， 直 至 达 到 限 速 停 车 的 极 限 位 置 。3.尾 翼 后 倾 角 和 侧 偏 角 ： 尾 翼 与 回 转 体 上 的 尾 翼 连 接 耳 通 过 销 轴 联 结 ， 而 此 销 轴 在 安 装 时 即 有 一 个 设 计 好 的 空 间 后 倾 角 和 侧 偏 角 ， 由 于 这 一 空 间 后 倾 角 和 侧 偏 角 的 存 在 ， 当 风 轮 侧 偏调 速 时 ， 尾 翼 逐 渐 翘 起 ， 翘 起 的 尾 翼 在 其 重 力 的 作 用 下 企 图 恢 复 到 原 来 位 置 ， 一旦 风 速 减 小 ， 尾 翼 重 力 作 用 下 的 恢 复 力 矩 迫 使 尾 翼 回 到 原 来 位 置 ， 使 风 轮 迎 风 。 一、小型风力发电机结构四 ） 调 速 机 构 （ 1） 风 轮 侧 偏 调 速 法 ： 当 风 速 达 到 限 速 风 速 时 ， 通 过 扭 转 风 轮 迫 使 其 顺 着 风 向侧 偏 ， 减 小 风 轮 迎 风 面 积 ， 从 而 达 到 调 速 的 目 的 。 这 种 调 速 方 法 有 两 种 ， 一 种 是借 助 “ 侧 翼 ” 来 实 现 风 轮 侧 偏 调 速 ； 另 一 种 是 利 用 “ 偏 心 ” 的 办 法 进 行 调 速 。 （ 2） 侧 翼 调 速 法 ： 就 是 在 风 轮 后 面 与 风 轮 回 转 面 平 行 安 装 一 个 侧 翼 ， 其 侧 翼 梁应 平 行 于 地 面 。 当 风 速 达 到 或 超 过 限 速 风 速 时 ， 侧 翼 板 上 受 到 的 风 压 足 以 克 服 弹簧 或 配 重 的 拉 力 ， 驱 使 风 轮 顺 着 风 向 扭 转 一 个 角 度 ， 使 之 与 尾 翼 （ 调 向 机 构 ） 靠近 。 此 时 由 于 风 轮 迎 风 角 度 的 改 变 ， 迎 风 面 积 变 小 ， 转 速 也 就 随 之 降 了 下 来 ， 达到 了 调 速 的 目 的 。 （ 3） 偏 心 调 速 法 ： 所 谓 偏 心 ， 就 是 指 风 力 发 电 机 风 轮 水 平 旋 转 轴 与 风 力 发 电 机机 头 的 垂 直 旋 转 轴 有 一 距 离 ， 此 距 离 称 为 偏 心 距 。 当 风 大 时 ， 此 偏 心 距 可 促 使 风轮 产 生 一 个 顺 着 风 向 扭 转 的 力 矩 。 一、小型风力发电机结构（ 五 ） 调 向 机 构 风 力 发 电 机 必 须 设 置 调 向 机 构 ， 使 风 轮 最 大 程 度 地 保 持 迎 风 状 态 ， 以 获 取 尽可 能 多 的 风 能 ， 从 而 输 出 较 大 的 电 能 ， 调 向 机 构 对 于 小 型 风 力 发 电 机 来 说 ， 一 般采 用 “ 尾 翼 调 向 ” 。 尾 翼 主 要 用 在 小 型 风 力 发 电 机 上 ， 由 尾 翼 梁 、 尾 翼 板 等 组 成 ， 一 般 安 装 在 主风 轮 后 面 ， 并 与 主 风 轮 回 转 面 垂 直 。 其 调 向 原 理 是 ： 风 力 发 电 机 工 作 时 ， 尾 翼 板始 终 顺 着 风 向 ， 也 就 是 与 风 向 平 行 。 这 是 由 尾 翼 梁 的 长 度 和 尾 翼 板 的 顺 风 面 积 决定 的 ， 当 风 向 偏 转 时 尾 翼 板 所 受 风 压 作 用 而 产 生 的 力 矩 足 以 使 机 头 转 动 ， 从 而 使风 轮 处 在 迎 风 位 置 。 一、小型风力发电机结构（ 六 ） 手 刹 车 机 构 小 型 风 力 发 电 机 的 手 刹 车 机 构 的 用 途 是 使 风 轮 临 时 性 停 车 （ 停 止 旋 转 ） 。 如遇 到 特 大 风 时 可 紧 急 使 风 轮 停 转 ， 检 修 风 力 发 电 机 和 为 了 使 风 力 发 电 机 有 计 划 地停 止 转 动 等 ， 可 通 过 手 刹 车 机 构 使 风 轮 刹 车 ， 或 使 风 轮 偏 转 与 尾 翼 板 平 行 。 为 了简 化 结 构 ， 有 些 小 型 风 力 发 电 机 没 有 设 置 手 刹 车 机 构 ， 但 为 实 现 临 时 停 车 ， 大 多在 尾 翼 端 部 系 一 根 尼 龙 绳 摆 动 尾 翼 ， 使 风 轮 偏 转 离 开 迎 风 位 置 。 手 刹 车 机 构 一 般都 是 钢 丝 绳 牵 拉 式 。 小 型 风 力 发 电 机 手 刹 车 钢 丝 绳 的 牵 拉 方 式 有 杠 杆 原 理 牵 拉 、 绞 轮 原 理 牵 拉 。 一、小型风力发电机结构（ 七 ） 塔 架 为 了 让 风 轮 在 地 面 上 较 高 的 风 速 带 中 运 行 ， 需 要 用 塔 架 把 风 轮 支 撑 起 来 。 这时 ， 塔 架 承 受 两 个 载 荷 ： 一 个 是 风 力 发 电 机 重 力 ， 向 下 压 在 塔 架 上 ； 一 个 是 阻 力 ，使 塔 架 向 风 的 下 游 方 向 弯 曲 。 组 号 分 工 人 数 姓 名 角 色 职 责组 长 1 XX班 班 长 小 组 统 筹 规 划 ， 负 责 组 内 活 动 组 织 ， 资 料整 理 、 成 果 汇 报 ， 完 成 本 组 终 检 ， 并 协 助老 师 完 成 考 核 评 价 （ 教 师 评 价 ）副 组 长 1 XX班 质 检 员 作 业 质 量 监 督 ， 并 完 成 本 组 作 业 过 程 检 验， 其 他 组 的 质 检 （ 互 评 ）实 施 者 2 XX班 成 员 作 业 实 施 ， 并 完 成 自 检 （ 自 评 ） 学 生 分 析 任 务 ， 确 定 搜 索 关 键 词 ：教 师 引 导 ， 学 生 根 据 关 键 词 ，发 散 式 搜 索 资 料 ；学 生 筛 选 资 料 ， 获 取 所 需 要 知 识 点 ，回 答 问 题 ， 并 填 写 任 务 分 析 单 。 各 小 组 整 理 资 料 ， 由 组 长 对 本 组 学 习 情 况 进 行 1min的 简 要 汇 报 。 教 师 根 据 各 小 组 情 况 进 行 打 分 ， 并 点 评 。