风力发电机结构简要说明

浏览数量:9     作者:本站编辑     发布时间: 2021-01-20      来源:本站

引言

伴随着能源的使用范围越来越广,导致了生态环境持续恶化。而风能作为一种清洁无污染的新能源逐渐步入眼前,已经成为国家致力于可再生能源利用的一个利器。经过多年的飞速发展,已经成为我国三大能源之一。风能作为一种清洁绿色能源,它的能源全球蕴含量十分充足,全球的风能约为2.74X109MW,其中可利用的能量约为2X107MW。我国地大物博,风能的储量很十分庞大,并且分布面积遍布全国。由此可见,有效利用风能对我国发展起到了至关重要的作用。

 

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一、风力发电机

风力发电机是利用风能最直接高效的一种设备,能把风能转换成机械能然后机械能转换成电能。风力发电机基本结构包括风轮、对风装置、调速装置、转动装置、发电机、塔架、停车机构等。

1. 风轮

风轮是风机发电机的重要组成部分。风轮的作用是捕捉和吸收风能,并将风能转换成机械能,最后由风轮轴将机械能送至传动装置。风轮由叶片、轮毂、风轮轴三部分组成。

叶片是风力机捕捉风能的重要部件。风能的利用率取决于叶片良好的空气动力外形和高强度、高硬度、低密度、使用寿命长等特点的材料。每个叶片都有一套独立的变桨系统,通过改变桨距角,使叶片能够在不同风速都可以处于最佳的吸收风能的状态。

轮毂是桨叶片固定到转动轴上的装置,它将风轮的机械能传送到主传动机构中。轮毂是用铸钢或者钢板焊接而成。轮毂的制作必须保证其安全性能,焊缝需进行超声波监测以及考虑焊缝疲劳等因素。

风轮通过轴连接齿轮箱,风轮轴前端使用螺栓与轮毂进行刚性连接,后端与齿轮箱低速连接,提高轴的承受能力。

2. 对风装置

风向会经常进行无规则的变化,为了能够高效的让风轮去捕捉风能,就需要一种对风装置,去监测风向的变化,保证风轮能够时刻处于迎风状态。对风装置的功能在于当风向变化时,能够迅速平稳的对准风向,使得风轮能够最高效率去吸收风能。为了防止对风装置旋转带动线缆引发安全隐患,系统会控制电机进行反向旋转,防止线缆缠绕打结。

3. 调速装置

风速随着时间推移时刻在改变,风轮的转速会随着风速的增大而变快,发动机产生的电能也会随着变大。当风轮的转速超过额定值,有可能会影响整个发电系统的使用寿命,对机组造成不可逆转的破坏。为了能够使风轮能够以一定的速度稳定工作,就需要使用调速装置去控制风轮的转速。

调速原理可分为三类:减少迎风面积;改变叶片翼型攻角值;利用空气阻力限制风轮转速。

(1)减少风轮迎风面积

当风轮正常工作时,旋转面法向与风向重合,迎风面积就是等于叶片旋转时的圆形面积。为了限制风轮转速,可以通过有减小叶片扫略面积去限制转速,让迎风面从圆形变为椭圆形,或者减小圆形半径。

2)改变叶片翼型攻角值

叶片升力与翼型攻角值有着直接的关系。当风速达超过限定值得时候,改变叶片的角度值,从而达到即使风速变大,叶片升力也不会增加这一目的。

3)利用空气阻力限制风轮转速

当风速超过限定值时,通过一定方式增加风轮叶片的空阻力,去抵消叶片升力的增加量,从而使得风轮转速不再变大。

4. 传动装置

传动组包括增速器、联轴器等。风轮的转速低于发电机转子需要的转速,所以需要给与增速。增速器与发电机通过联轴器连接。

5. 发电机

风力发电机上常用的发电机有四种:

(1)直流发电机

通常适用于小型风力发电机中,电压为直流电压(12V24V36V居多),中型发电机中也有使用的情况。

(2)永磁发电机

通常使用在小型风力发电机上,产生的电压有交流和直流。

(3)同步交流发电机

同步发电机的优点是励磁系统可控制发电机的电压和无功功率,发电机效率高。由于风速变化大,以及同步发电机要求转速恒定。同步电机要通过同步设备的整步操作达到准同步并网。

(4)异步交流发电机

异步发电机结构简单、坚固、造价低、对周围无线信号干扰少等优点,异步发电机投入系统运行时,由于是靠转差率来调节负荷,所以对机组的调节精度要求相对不高,只要转速接近同步速时就可以进行并网。

6. 

塔架主要用于支撑风力机回转部分并使风轮在需要的高度吸收风能。主要承受风力发电机机头的重力以及风吹向风轮所产生的压力。

塔架的基本形式有四种:

(1)单管拉线式

由一根钢管与若干拉线组成,结构简单、轻便、稳定。

(2)桁架拉线式

由钢管或者角钢焊接得到的桁架,再配上拉线组成。桁架断面形状有等边三角形和正方形两种。

(3)桁架式

有钢管焊接而成的下大上小的桁架,断面为正方形,不配有拉线。

(4)圆台式

由钢板焊接而成,下大上小的圆台。动力盘通常装在塔架内壁,不需要设计控制室,塔内部带有通道,能够通过梯子进入机头,结构简单且美观。

7. 停车机构

停车机构是让风力发电机停止运转的装置。通常有叶尖启动刹车、机械式刹车、电磁制动器与液压制动器等。

二、风力发电未来发展

随着经济的发展,对能源的需求量越来越大,而风电作为无污染的新能源则成为研究重点之一。新型形式的风力发电机、海上风力发电机、大功率发电机组等都是未来研究的主导方向。

三、结语

风力发电是无污染新能源最具有前景的能源之一,能够有效地解决能源短缺、绿色环保、可持续发展等问题。本文讲述了一般风力发电机的基本组成,能够让我们对风力发电机有一个基本的了解。风力发电机也是当前最值得深入研究的一个发电机组。

 

 

 


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