風(fēng)力發(fā)電機(jī)的樣式雖然很多，但其原理基本相同，結(jié)構(gòu)主要由葉片、輪轂、主軸、控制器、齒輪箱、剎車裝置、發(fā)電機(jī)、冷卻系統(tǒng)、風(fēng)速儀、風(fēng)向標(biāo)、偏航系統(tǒng)等組成。如水平軸風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)和組成示意圖如圖2-1所示。
圖2-1 水平軸風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)和組成示意圖1—槳葉；2—輪轂；3—主軸；4—控制器；5—齒輪箱；6—?jiǎng)x車裝置；7—發(fā)電機(jī)；8—冷卻系統(tǒng)；9—風(fēng)速儀；10—風(fēng)向標(biāo)；11—偏航系統(tǒng)
1.葉片
捕獲風(fēng)能并將風(fēng)力傳送到轉(zhuǎn)子軸心。葉片的翼型設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)形式，直接影響機(jī)組的性能和功率。葉片材料的強(qiáng)度和剛度是決定風(fēng)力發(fā)電機(jī)性能優(yōu)劣的關(guān)鍵。目前的葉片品種有：木制葉片及布蒙皮葉片、鋼梁玻璃纖維蒙皮葉片、鋁合金等弦長(zhǎng)擠壓成型葉片、玻璃鋼復(fù)合葉片和碳纖維復(fù)合葉片等5種，葉片外形如圖2-2所示。
在風(fēng)機(jī)葉片的生產(chǎn)中，新型玻璃鋼材料因?yàn)槠滟|(zhì)量輕、比強(qiáng)度高、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、價(jià)格比較便宜等因素，開始成為大中型風(fēng)機(jī)葉片生產(chǎn)的首選。然而，隨著風(fēng)機(jī)葉片朝著超大型化和輕量化的方向發(fā)展，玻璃鋼復(fù)合材料逐漸達(dá)到了其使用性能的極限，碳纖維復(fù)合材料逐漸應(yīng)用到超大型風(fēng)機(jī)葉片中。
圖2-2 葉片外形圖2.輪轂
風(fēng)力機(jī)葉片都要裝在輪轂上。輪轂是風(fēng)輪的樞紐，也是葉片根部與主軸的連接件。所有從葉片傳來的力，都通過輪轂傳遞到傳動(dòng)系統(tǒng)，再傳到風(fēng)力機(jī)驅(qū)動(dòng)的對(duì)象。同時(shí)，輪轂也是控制葉片槳距（使葉片作俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)）的主要部件，在設(shè)計(jì)中應(yīng)保證足夠的強(qiáng)度。輪轂的外形如圖2-3所示。
圖2-3 輪轂外形圖3.塔架
風(fēng)電機(jī)塔載有機(jī)艙及轉(zhuǎn)子。通常塔架越高越有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)殡x地面越高，風(fēng)速越大。塔架可以是管狀的，也可以是格子狀。管狀的塔架對(duì)于維修人員更為安全，因?yàn)樗麄兛梢酝ㄟ^內(nèi)部的梯子到達(dá)塔頂。在塔筒的內(nèi)部有帶攀爬保護(hù)裝置的爬梯、休息平臺(tái)及電纜管夾等附件。塔筒各段之間、塔筒與基礎(chǔ)之間以及塔筒與機(jī)艙之間通過預(yù)緊螺栓連接。在每個(gè)連接法蘭下方設(shè)有休息平臺(tái)。格狀塔架的優(yōu)點(diǎn)在于它比較便宜。管式塔架結(jié)構(gòu)如圖2-4所示。
風(fēng)力機(jī)的塔架除了要支撐風(fēng)力機(jī)的重量，還要承受吹向風(fēng)力機(jī)和塔架的風(fēng)壓，以及風(fēng)力機(jī)運(yùn)行中的動(dòng)載荷。它的剛度和風(fēng)力機(jī)的振動(dòng)有密切關(guān)系，塔架對(duì)小型風(fēng)力機(jī)作用尚不明顯，對(duì)大、中型風(fēng)力機(jī)的影響不容忽視。
圖2-4 管式塔架結(jié)構(gòu)示意圖1—爬梯；2—法蘭；3—電纜；4—平臺(tái)；5—地面控制設(shè)備
4.機(jī)艙
機(jī)艙主要放置著風(fēng)電機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備，包括齒輪箱、發(fā)電機(jī)等。維護(hù)人員可以通過風(fēng)機(jī)塔架進(jìn)入機(jī)艙。
5.主軸
前端法蘭與輪轂相連接，承擔(dān)著支撐輪轂處傳遞過來的負(fù)載的作用，并將扭矩傳遞給增速齒輪箱，將軸向推力、氣動(dòng)彎矩傳遞給機(jī)艙、塔架。在主軸中心有一個(gè)軸心通孔，作為控制機(jī)構(gòu)通過或電纜傳輸?shù)耐ǖ?。主軸、軸承、軸承座外形如圖2-5所示。
6.齒輪箱
風(fēng)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)。齒輪箱是一個(gè)重要的機(jī)械部件，它的主要功用是將風(fēng)輪在風(fēng)力作用下所產(chǎn)生的動(dòng)力傳遞給發(fā)電機(jī)并使其達(dá)到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。通常，風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速很低，遠(yuǎn)達(dá)不到發(fā)電機(jī)發(fā)電所要求的轉(zhuǎn)速，必須通過齒輪箱齒輪副的增速作用來實(shí)現(xiàn)，故也將齒輪箱稱之為增速箱。齒輪箱外形如圖2-6所示。
圖2-6 齒輪箱外形圖根據(jù)機(jī)組的總體布置要求，齒輪箱的結(jié)構(gòu)可以將與風(fēng)輪輪轂直接相連的主軸與齒輪箱合為一體，也可以將主軸與齒輪箱分別布置，其間利用脹緊套裝置或聯(lián)軸節(jié)連接。為了增加機(jī)組的制動(dòng)能力，常常在齒輪箱的輸入端或輸出端設(shè)置剎車裝置，配合葉尖制動(dòng)（定槳距風(fēng)輪）或變槳距制動(dòng)裝置共同對(duì)機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合制動(dòng)。同型式的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組也有不同的要求，齒輪箱的布置型式以及結(jié)構(gòu)也因此而異。在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域中水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用固定平行軸齒輪傳動(dòng)和行星齒輪傳動(dòng)最為常見。風(fēng)電機(jī)組齒輪箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-7所示。
7.風(fēng)速儀和風(fēng)向標(biāo)
風(fēng)速儀和風(fēng)向標(biāo)用于測(cè)量風(fēng)速及風(fēng)向。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組很多控制算法都要依靠風(fēng)速和風(fēng)向這兩個(gè)輸入量，風(fēng)速測(cè)量?jī)x器主要有風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)、螺旋槳式風(fēng)速計(jì)、熱線風(fēng)速計(jì)和聲學(xué)風(fēng)速表等，風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)較常見。風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)最早由英國魯賓孫發(fā)明，當(dāng)時(shí)是四杯，后來改用三杯。三個(gè)互成120°固定在架上的拋物形或半球形的空杯都順一面，整個(gè)架子連同風(fēng)杯裝在一個(gè)可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的軸上。在風(fēng)力的作用下風(fēng)杯繞軸旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速正比于風(fēng)速。轉(zhuǎn)速可以用電觸點(diǎn)、測(cè)速發(fā)電機(jī)或光電計(jì)數(shù)器等記錄。風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)外形如圖2-8所示。
圖2-7 風(fēng)電機(jī)組齒輪箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖風(fēng)向標(biāo)是各種測(cè)風(fēng)儀器中用以指示風(fēng)向的最主要的部件。分為頭部、水平桿和尾翼等三部分。在風(fēng)力的作用下，風(fēng)向標(biāo)繞鉛直軸旋轉(zhuǎn)，使風(fēng)尾擺向下風(fēng)方向，頭部指向風(fēng)的來向，外形如圖2-9所示。
圖2-8 風(fēng)杯風(fēng)速儀外形圖圖2-9 風(fēng)向標(biāo)外形圖8.發(fā)電機(jī)
通常被稱為感應(yīng)電機(jī)或異步發(fā)電機(jī)。在現(xiàn)代風(fēng)機(jī)上，最大電力輸出通常為500～3000kW或者更大（海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)電力輸出功率已達(dá)到5000kW）。
9.偏航裝置
借助電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)艙，以使轉(zhuǎn)子正對(duì)著風(fēng)。偏航系統(tǒng)如圖2-10所示，偏航裝置由電子控制器操作，電子控制器可以通過風(fēng)向標(biāo)來感知風(fēng)向。
圖2-10 偏航系統(tǒng)示意圖10.控制器
包含一臺(tái)不斷監(jiān)控風(fēng)機(jī)狀態(tài)的計(jì)算機(jī)，并控制偏航裝置。為防止任何故障（即齒輪箱或發(fā)電機(jī)的過熱），該控制器可以自動(dòng)停止風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過電話調(diào)制解調(diào)器來呼叫風(fēng)機(jī)操作員。
11.液壓系統(tǒng)
液壓系統(tǒng)是以有壓液體為介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳輸和運(yùn)動(dòng)控制的機(jī)械單元。液壓系統(tǒng)在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的應(yīng)用有：
①變槳距控制；
②偏航驅(qū)動(dòng)與制動(dòng)；
③定槳距空氣動(dòng)力制動(dòng)；
④機(jī)械制動(dòng)、風(fēng)輪鎖定；
⑤開關(guān)機(jī)艙和驅(qū)動(dòng)起重機(jī)；
⑥齒輪箱油液冷卻和過濾，發(fā)電機(jī)、變壓器冷卻；
⑦變流器油液溫度控制。
12.冷卻系統(tǒng)
發(fā)電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)需要冷卻。一般有空冷和水冷兩種冷卻方式。空冷采用風(fēng)扇進(jìn)行。水冷發(fā)電機(jī)更加小巧，而且發(fā)電效率高，但這種方式需要在機(jī)艙內(nèi)設(shè)置散熱器，來消除液體冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量。
13.機(jī)艙罩
為保護(hù)風(fēng)機(jī)設(shè)備不受外部環(huán)境影響，減少噪聲排放，機(jī)艙與輪轂均采用罩體密封。罩體材料是由聚酯樹脂、膠衣、面層、玻璃纖維織物等材料復(fù)合而成的。罩體包括機(jī)艙罩和輪轂罩，機(jī)艙罩是由左下部機(jī)艙罩、右下部機(jī)艙罩、左機(jī)艙罩、右機(jī)艙罩、上部機(jī)艙罩、上背板、下背板七大主要部分通過螺栓聯(lián)結(jié)組合而成的殼體。機(jī)艙罩設(shè)有緊急逃生孔，緊急情況下人員可以通過逃生孔從機(jī)艙外部逃離。機(jī)艙罩內(nèi)壁分布著接地電纜，作為防雷擊系統(tǒng)的一部分。輪轂罩是由輪轂罩體、導(dǎo)流帽、分割壁通過螺栓聯(lián)結(jié)組合而成的殼體。
14.主機(jī)架
主機(jī)架為焊接件，是機(jī)艙中的承載部件，用于固定齒輪箱、發(fā)電機(jī)等零部件。主機(jī)架結(jié)構(gòu)如圖2-11所示。
圖2-11 主機(jī)架結(jié)構(gòu)圖1—?dú)んw吊掛；2—梯子；3—增速機(jī)機(jī)架；4，11—機(jī)架懸臂；5，10—U型板；6—踏板；7—機(jī)艙梯子；8—背壁板；9—電纜管夾；12—電纜支架；13—水冷支架；14—彈性支架；15—控制柜支架；16—發(fā)電機(jī)底座；17—聯(lián)軸器罩子；18—提升吊耳
15.聯(lián)軸器
作為一個(gè)柔性軸，它補(bǔ)償齒輪箱輸出軸和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的平行性偏差和角度誤差。為了減小傳動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)，聯(lián)軸器需要有較好的阻尼減振特性。聯(lián)軸器外形及拆分如圖2-12、圖2-13所示。
圖2-12 聯(lián)軸器外形圖圖2-13 聯(lián)軸器拆分圖不同廠家、不同容量、不同類型的風(fēng)電機(jī)組組成部分會(huì)略有不同，1.5MW雙饋式變速恒頻風(fēng)電機(jī)組的組成如圖2-14所示。
圖2-14 1.5MW雙饋式變速恒頻風(fēng)電機(jī)組的組成框圖Copyright ? 2021-2022 精北傳動(dòng)機(jī)械（上海）有限公司 All Rights Reserved. 滬公網(wǎng)安備31012002005970 滬ICP備20024360號(hào)-1
