偏航系统作用及主要组成部分详解.docx
偏航系统作用及主要组成部分详解风的方向是多变的，这种变化对于不同类型的风电机组有着截然不同的影响。对于垂直轴风电机组而言，风向的变化对其发电效率的影响相对较小，因此并不需要专门设置迎风转向机构；对于采用下风向对风方式的水平轴风电机组来说，情况就截然不同了。水平轴风电机组的风轮设计使其对风向的敏感度极高。当风向发生变化时，如果风电机组不能及时调整风轮的位置，处于迎风状态，那么风电机组的发电效率将大打折扣。因此，对于这类风电机组来说，设置专门的跟踪风向变化的机构偏航系统，就显得尤为重要。偏航系统通过实时监测风向的变化，接收风电机组控制系统的指令，驱动风电机组的风轮进行旋转，确保风轮始终对准风向，从而更加有效地捕捉风能，提高风电机组的发电效率。一、偏航系统的主要作用自动对风：偏航系统内置的风向传感器能够实时监测风向的变化,并将这些信息传递给风电机组的控制系统。控制系统根据风向数据，计算出风轮需要调整的角度，并发出相应的指令给偏航系统。偏航系统接收到指令后，会驱动风电机组的风轮进行旋转，直到风轮完全对准风向为止。自动解缆：由于风向的不断变化，风电机组的风轮需要不断地进行对风调整。这个过程中，连接风电机组机舱和塔架的电缆可能会因为机舱的旋转而扭绞在一起。为了避免这种情况的发生，偏航系统还具备自动解缆的功能。当机舱偏离风向一定角度时，偏航控制系统会自动发出向左或向右调向的指令，驱动机舱开始对风。同时，偏航系统还会监测电缆的扭绞程度，当达到允许的误差范围内时，自动停止对风操作，以避免电缆过度扭绞而损坏。风轮保护：在极端天气条件下，如特大强风发生时，风电机组可能会面临巨大的安全风险。为了保护风电机组免受损坏，偏航系统还具备风轮保护功能。当检测到风速超过安全阈值时，偏航系统会迅速响应，驱动风电机组进行偏航90°背风停机操作。这样风电机组的风轮就能够避免直接面对强风，从而减小风阻和载荷，保护风轮免受损坏。同时，这也能够降低风电机组在极端天气条件下的运行风险,确保其长期稳定运行。偏航系统不仅能够帮助风电机组更加有效地捕捉风能、提高发电效率，还能够在极端天气条件下保护风电机组免受损坏。二、偏航系统的基本结构偏航系统主要由驱动装置、制动装置、偏航轴承和偏航计数器等关键部件组成。这些部件协同工作，确保风电机组能够精准地追踪风向，最大化地利用风能。典型风电机组偏航系统基本结构示意图图源：网络三、偏航系统的主要组成部分详解1 .驱动装置驱动装置性能直接影响着偏航系统的运行效率和稳定性。驱动装置通常由电动机或液压马达作为动力源，通过传动齿轮将动力传递给偏航轴承。同时，为了确保偏航过程的平稳和安全，驱动装置中还配备了制动器等关键部件。电动机/液压马达：作为驱动装置的动力源，电动机或液压马达的选择取决于具体的应用场景和需求。电动机具有结构简单、维护方便等优点，而液压马达则具有更高的扭矩输出和更好的调速性能。传动齿轮：负责将电动机或液压马达的动力传递给偏航轴承。传动齿轮的设计需要考虑多种因素，包括齿轮的模数、齿数、材料选择等，以确保其能够承受足够的载荷并保持良好的传动效率。制动器：能够在需要时迅速响应，为机舱提供稳定的阻尼力矩，确保偏航过程的平稳和安全。制动器的选择和设计需要考虑多种因素,包括制动力矩的大小、制动响应速度、制动器的耐久性等。2 .制动装置制动装置不仅需要在额定负载下稳定运行，确保制动力矩的稳定,还需要在偏航过程中提供平稳的阻尼力矩，以保证风电机组能够精确地对准风向，提高发电效率。（1）制动装置在额定负载下运行是基本要求。需要能够承受偏航过程中产生的各种力和力矩，确保在正常运行条件下不会出现故障或性能下降。同时，制动力矩的稳定性也是至关重要的，它直接影响到偏航系统的精确性和可靠性。如果制动力矩不稳定，可能会导致风电机组在偏航过程中出现偏差，影响发电效率，甚至可能引发安全事故。（2）在风电机组偏航过程中，制动装置提供的阻尼力矩应保持平稳，与设计值的偏差应小于5%。阻尼力矩的平稳性有助于减少偏航过程中的振动和冲击，保护风电机组的机械部件免受损坏。同时，与设计值的偏差小于5%也保证了偏航系统的精确性，使得风电机组能够更准确地对准风向，提高发电效率。（3）制动过程不得有异常噪声也是制动装置性能的重要指标之-O异常噪声可能意味着制动装置存在故障或磨损，需要及时进行检修或更换。因此，在设计和选择制动装置时，需要充分考虑其噪声性能，确保其在运行过程中不会产生异常噪声，以保证风电机组的稳定运行和周围环境的安静。偏航制动装置可以是常闭式或常开式，这两种类型各有优缺点和适用场景。常开式制动器在有液压力或电磁力拖动时处于锁紧状态,适用于需要频繁启动和停止的场合。常闭式制动器则相反，在有液压力或电磁力拖动时处于松开状态，适用于需要长时间保持静止状态的场合。在选择制动装置类型时，需要根据风电机组的实际运行情况和需求进行综合考虑。3 .偏航轴承偏航轴承负责承受机舱和风轮的全部载荷，并将这些载荷安全地传递给塔架，确保风电机组的稳定性和安全性。偏航轴承的内外圈分别与风电机组的机舱和塔体通过螺栓紧密连接，这种连接方式不仅保证了轴承的稳固性，还有助于提高整个风电机组的结构强度。在偏航系统的设计中，轴承类型的选择至关重要。滚动轴承因其滚动摩擦阻力小、启动灵敏等优点而常被采用。但由于风电机组在运行过程中会受到风力的不断变化和振动载荷的影响，滚动轴承在低速运转时，轴承内部的润滑油膜难以维持，这可能导致轴承磨损加剧，甚至引发故障。因此，接触面的表面粗糙度对于滚动轴承的润滑性能至关重要。为了降低磨损，提高轴承的耐用性,需要定期将偏航机构按一定角度转动，以确保润滑油的均匀分布和轴承的正常工作。滑动轴承在某些特定条件下也是偏航系统的一个选择。抗磨损，还能在恶劣的环境条件下保持稳定的性能，从而延长轴承的使用寿命。润滑是偏航轴承正常工作的关键。为了确保轴承的长期稳定运行,必须使用制造商推荐的润滑剂和润滑油。这些润滑剂经过专门设计，能够在不同的工作条件下为轴承提供最佳的润滑效果，减少磨损和摩擦，提高轴承的耐用性。同时，轴承的密封也是不可忽视的一环。良好的密封能够防止润滑剂泄漏和污染物进入轴承内部，从而保护轴承免受损坏。在偏航轴承的强度分析中，需要考虑两个主要方面。首先，在静态计算时，轴承的极端载荷应大于静态载荷的Ll倍。这一要求是为了确保轴承在承受极端载荷时仍然能够保持结构的完整性和稳定性，防止因过载而导致的损坏。其次，轴承的寿命应按风力发电机组的实际运行载荷计算。这意味着在设计轴承时，需要充分考虑风电机组的实际运行条件和载荷特点，以确保轴承的寿命能够满足长期运行的需求。4 .偏航计数器偏航计数器通常是一个带控制开关的涡轮蜗杆装置，或者是一个与其功能相似的程序。它的主要作用是实时监测偏航系统的旋转圈数,从而判断电缆的扭绞程度。当偏航系统开始旋转时，偏航计数器便开始计数，一旦旋转的圈数达到设计所规定的初级解缆圈数，偏航计数器便会向控制系统发送信号，提示进行初步解缆操作。偏航计数器的引入，不仅解决了电缆扭绞的问题，还提升了偏航系统的安全性和效率。通过实时监测和自动解缆，偏航系统能够在不中断风电机组运行的情况下，有效防止电缆因扭绞而损坏，从而避免T因电缆故障导致的机组停机风险。
