兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)液壓偏航系統(tǒng)設(shè)計(jì)答辯稿

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兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)液壓偏航系統(tǒng)設(shè)計(jì),,能源是人類生存的基本要素，國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要物資礎(chǔ)。由于煤、石油等資源的開采利用，人類環(huán)境的污染已不容小視，而風(fēng)力發(fā)電機(jī)卻大大的彌補(bǔ)了排放污染的缺點(diǎn)，風(fēng)力發(fā)電作為一種新興的無污染的能源，已倍受世界所矚目。其優(yōu)點(diǎn)主要是無污染，發(fā)電效率高，還有一個(gè)就是取之不盡用之不竭 如今，兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)已成為社會(huì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主流產(chǎn)品，其偏航設(shè)備大多用的是雙饋型電氣控制，而本文則把偏航系統(tǒng)加以創(chuàng)新與改良，改為了液壓系統(tǒng)。相較電氣設(shè)備，液壓系統(tǒng)更穩(wěn)定，將發(fā)電機(jī)改為液壓馬達(dá)并取消了變速箱，使偏航設(shè)備整體的重量減輕。,一、偏航系統(tǒng)在風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的作用,偏航系統(tǒng)是水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的重要組成部分， 其功能主要有兩個(gè): 第一是要控制風(fēng)輪隨時(shí)跟蹤風(fēng)向的變化； 第二是當(dāng)風(fēng)電機(jī)組出現(xiàn)單方向的持續(xù)偏航, 機(jī)艙內(nèi)的電纜發(fā)生纏繞時(shí),能夠自動(dòng)解除電纜纏繞。,二、偏航系統(tǒng)的組成簡介及其液壓原理圖,主要組成部件有偏航大齒圈、偏航側(cè)面軸承、偏航驅(qū)動(dòng)裝置、 偏航計(jì)數(shù)器、偏航限位開關(guān)、偏航剎車盤、接近開關(guān)、 風(fēng)速風(fēng)向儀等。,,偏航大齒圈：位于偏航電機(jī)下方的與小齒輪嚙合的一個(gè)巨大 的齒輪，大齒圈是通過88 個(gè)螺栓緊固在塔筒法蘭上面的， 即是說大齒圈是不可能旋轉(zhuǎn)的，那么只能夠是小齒輪圍繞著 大齒圈旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)主機(jī)架旋轉(zhuǎn)，直到機(jī)艙位置與風(fēng)向儀測(cè)得的 風(fēng)向相同。,,側(cè)面軸承：側(cè)面軸承是一個(gè)呈弧狀的階梯塊，共有6塊，每塊都有5 個(gè)Φ105的沉孔分布于圓弧之上，用于放置定位銷、圓形彈簧和壓板，每個(gè)孔的底部均有M32的螺紋孔，用于安裝調(diào)整螺栓，因?yàn)橄禄瑒?dòng)襯墊是粘合在壓板上的，所以調(diào)整螺栓的旋入深度就可以調(diào)整滑動(dòng)襯墊與大齒圈之間的緊密程度，從而得到最佳阻尼。,風(fēng)力發(fā)電機(jī)所用偏航軸承為四點(diǎn)接觸球轉(zhuǎn)盤軸承，是一種分離型軸承，當(dāng)無載荷或是純徑向載荷作用時(shí)，鋼球和套圈呈現(xiàn)為四點(diǎn)接觸。,關(guān)于軸承的選用，查閱相關(guān)資料后，最終選用LYJW的型號(hào)為 132.50.4500的材質(zhì)為42CrMn的軸承，是預(yù)硬塑料模具鋼， 具有良好的可加工性和耐磨損性，加工變形微小。,三、液壓馬達(dá)的選取,液壓馬達(dá)習(xí)慣上是指輸出旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的，將液壓泵提供的液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置。 液壓馬達(dá)分類有幾種，分別是葉片式馬達(dá)、柱塞式馬達(dá)、齒輪式馬達(dá)。 這里由于風(fēng)電機(jī)的屬性選取徑向式柱塞馬達(dá)，優(yōu)點(diǎn)是排量大，體積大，轉(zhuǎn)速低，可以直接與工作機(jī)構(gòu)連接，不需要減速裝置，使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)大大簡化，低速液壓馬達(dá)的輸出扭矩較大，可達(dá)幾千到幾萬Nm，因此又稱為低速大扭矩液壓馬達(dá)。,四、偏航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,五、液壓偏航控制原理圖設(shè)計(jì),根據(jù)風(fēng)速風(fēng)向儀的信號(hào)，風(fēng)電機(jī)對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向時(shí)需將風(fēng)力機(jī)底盤與塔架固定鎖緊，阻尼力矩需要在對(duì)風(fēng)過程中被提供。為達(dá)到此目的，采用液壓控制，偏航液壓系統(tǒng)成本低、結(jié)構(gòu)簡單。,,如圖所示，該模塊包括液壓動(dòng)力單元1000和偏航單元2000。,,六、風(fēng)電機(jī)偏航控制過程,根據(jù)風(fēng)電機(jī)的偏航功能，大致分為幾個(gè)模塊：自動(dòng)偏航、90度側(cè)風(fēng)、人工偏航以及自動(dòng)解纜。 基本流程如下圖所示：,1.自動(dòng)偏航 自動(dòng)偏航是指風(fēng)電機(jī)能夠根據(jù)風(fēng)向與機(jī)艙的夾角,自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)艙位置,以確保葉片能夠準(zhǔn)確垂直風(fēng)向,確保風(fēng)電機(jī)吸收風(fēng)能的功率為最大。因此必須使葉片法線方向與風(fēng)向基本相同。當(dāng)風(fēng)向改變，超過允許誤差范圍時(shí)，自動(dòng)偏航指令將由系統(tǒng)計(jì)算機(jī)發(fā)出，偏航電機(jī)和傳感器組成的對(duì)風(fēng)系統(tǒng)校正動(dòng)作將會(huì)執(zhí)行，以確保機(jī)艙能夠準(zhǔn)確對(duì)風(fēng)。 設(shè)風(fēng)向標(biāo)測(cè)得的偏航誤差角為a。機(jī)艙偏航角度和為b，設(shè)偏航的容許誤差為c(一般15°左右)，機(jī)艙順時(shí)針方向調(diào)向時(shí)為正，逆時(shí)針為負(fù)，當(dāng)風(fēng)向標(biāo)測(cè)得的角度a≤c不進(jìn)行偏航操作。當(dāng)c-d，負(fù)向調(diào)向a。當(dāng)a+b小于條件解纜限位時(shí)，正向調(diào)整360+a。,2.90度側(cè)風(fēng),90度側(cè)風(fēng)是在外界環(huán)境對(duì)風(fēng)電機(jī)組有較大影響的情況下(如突然出現(xiàn)超強(qiáng)風(fēng))，為保證風(fēng)電機(jī)組能夠安全所實(shí)施的措施，故在90 度側(cè)風(fēng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)使機(jī)艙走最短路徑，自動(dòng)偏航指令將被屏蔽。在側(cè)風(fēng)指令結(jié)束后偏航閘應(yīng)當(dāng)被抱緊，同時(shí)當(dāng)風(fēng)向變化時(shí)，繼續(xù)追蹤風(fēng)向的變化，以確保風(fēng)電機(jī)組的安全。 對(duì)于90°側(cè)風(fēng)，容許誤差仍取c。90°側(cè)風(fēng)的操作流程為:當(dāng)風(fēng)向標(biāo)測(cè)得的角度0a90-c，正向調(diào)整90-a；當(dāng)90-c≤a≤90+c時(shí)，不操作；90+ca≤180，負(fù)向調(diào)整a-90,當(dāng)風(fēng)向標(biāo)測(cè)得的角度c-90≤a0，負(fù)向調(diào)整90+a；當(dāng)c-90≤a≤-90-c時(shí)，不操作;當(dāng)-90-ca-180時(shí)，正向調(diào)整-90-a。,3.人工偏航,人工偏航是指在自動(dòng)偏航失效和需要人工解纜亦或是在需要維修的時(shí)候，通過人工指令來對(duì)風(fēng)電機(jī)進(jìn)行偏航操縱。 人工偏航過程如下：首先檢查人工偏航啟停信號(hào)，觀察是否進(jìn)行人工偏航。若此時(shí)有人工偏航信號(hào)，再檢查此時(shí)是否正在進(jìn)行偏航操作，若無，停止自動(dòng)偏航指令，使其停止工作。然后讀取人工偏航的方向信號(hào)，判斷與上次偏航方向是否一致，若一致，松開偏航閘，使其正常運(yùn)轉(zhuǎn)；若不一致，則立即停止偏航電機(jī)，保持偏航閘為松閘狀態(tài)，向相反方向進(jìn)行反轉(zhuǎn)并記錄轉(zhuǎn)向，直到出現(xiàn)相應(yīng)的人工偏航停止信號(hào)的出現(xiàn)，抱閘，清除人工偏航標(biāo)志。,4.自動(dòng)解纜,由于自然風(fēng)不定向以及隨機(jī)性，風(fēng)機(jī)的偏航方向也是不確定的。如風(fēng)電機(jī)長時(shí)間持續(xù)向同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)，就有可能造成電纜纏繞，纏繞過多甚至?xí)g斷。因此自動(dòng)解纜裝置成為了風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航系統(tǒng)的一個(gè)重要部分。當(dāng)風(fēng)機(jī)達(dá)到其自身規(guī)定的解纜角度時(shí)，偏航系統(tǒng)就會(huì)進(jìn)行自動(dòng)解纜，此時(shí)風(fēng)電機(jī)會(huì)立即剎車停機(jī)，然后啟動(dòng)偏航電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)艙反向旋轉(zhuǎn),則會(huì)返回最初機(jī)艙無電纜纏繞位置。如果出現(xiàn)故障而自動(dòng)解纜指令并未起到解纜作用，風(fēng)電機(jī)也設(shè)置了一個(gè)極值角度,當(dāng)電纜紐轉(zhuǎn)達(dá)到這個(gè)極值角度時(shí)，紐纜保護(hù)器被觸發(fā)，剎車停機(jī)，紐纜故障報(bào)告，等待進(jìn)行人工解纜。紐纜保護(hù)器能在偏航系統(tǒng)失效情況下保護(hù)風(fēng)電機(jī)電纜以防止過度纏繞。為了加大保險(xiǎn)系數(shù)，紐纜保護(hù)器控制系統(tǒng)一般和偏航系統(tǒng)分開運(yùn)轉(zhuǎn)。,當(dāng)限位開關(guān)被觸發(fā)時(shí)，偏航系統(tǒng)會(huì)根據(jù)限位開關(guān)發(fā)出的信息來判斷是進(jìn)行順時(shí)針解纜還是進(jìn)行逆時(shí)針解纜。設(shè)限位開關(guān)在許可范圍內(nèi)時(shí)輸出信號(hào)O；正向時(shí)輸出信號(hào)為1；負(fù)向時(shí)輸出信號(hào)為-1。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到限位開關(guān)的輸出信號(hào)為1時(shí)，負(fù)向驅(qū)動(dòng)機(jī)艙旋轉(zhuǎn)進(jìn)行解纜；當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到限位開關(guān)的輸出信號(hào)為-1時(shí)，正向驅(qū)動(dòng)機(jī)艙旋轉(zhuǎn)進(jìn)行解纜。當(dāng)自動(dòng)解纜進(jìn)行時(shí)，通常會(huì)同時(shí)檢測(cè)接近開關(guān)的信號(hào)，直到接近開關(guān)記錄的機(jī)艙偏航角度在某限定范圍內(nèi)時(shí)，解纜結(jié)束；此時(shí)偏航電機(jī)停止工作，系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)，接近開關(guān)向中心控制器發(fā)出自動(dòng)解纜完成信號(hào)，解纜結(jié)束。,,謝謝觀賞,