現(xiàn)代風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與技術(shù)特點及分類和主要構(gòu)成

　　 現(xiàn)代風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與技術(shù)特點。
　　圖一所示的風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的電時有時無，電壓和頻率不穩(wěn)定，是沒有實際應(yīng)用價值的。一陣狂風(fēng)吹來，風(fēng)輪越轉(zhuǎn)越快，系統(tǒng)就會被吹跨。為了解決這些問題，現(xiàn)代風(fēng)機(jī)增加了齒輪箱、偏航系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等，現(xiàn)代風(fēng)機(jī)的示意如圖二、三、四所示。

（圖二）

（圖三）

（圖四）

    風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的分類和主要構(gòu)成
    一）、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的構(gòu)成
    風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要組成部分：
    —葉輪：將風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。
    —傳動系統(tǒng)：將葉輪的轉(zhuǎn)速提升到發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速
    —發(fā)電機(jī)：將葉輪獲得的機(jī)械能再轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?br />     —偏航系統(tǒng)：使葉輪可靠地迎風(fēng)轉(zhuǎn)動并解纜。
    —其它部件：如塔架、機(jī)艙等
    —控制系統(tǒng)：使風(fēng)力機(jī)在各種自然條件與工況下正常運行的保障機(jī)制，包括調(diào)速、調(diào)向和安全控制。
    1、葉輪由葉片和輪轂組成，是機(jī)組中最重要的部件：決定其性能和成本，目前多數(shù)是上風(fēng)式，三葉片；也有下風(fēng)式，兩葉片。葉片與輪轂的連接有固定式（定槳距），及可動式（變槳距）。葉片多由復(fù)合材料（玻璃鋼）構(gòu)成。
    2、傳動系統(tǒng)由風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的旋轉(zhuǎn)部件組成。主要包括低速軸，齒輪箱和高速軸，以及支撐軸承、聯(lián)軸器和機(jī)械剎車。齒輪箱有兩種：平行軸式和行星式。大型機(jī)組中多用行星式（具有重量和尺寸優(yōu)勢）。有些機(jī)組無齒輪箱，即直驅(qū)式。傳動系的設(shè)計按傳統(tǒng)的機(jī)械工程方法，主要考慮特殊的受載荷情況。
    齒輪箱可以將很低的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速（17 - 48轉(zhuǎn)/分）變?yōu)楹芨叩陌l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速（通常為1500轉(zhuǎn)/分）。同時也使得發(fā)電機(jī)易于控制，實現(xiàn)穩(wěn)定的頻率和電壓輸出。
    由于機(jī)組安裝在高山、荒野、海灘、海島等風(fēng)口處，受無規(guī)律的變向變負(fù)荷的風(fēng)力作用以及強陣風(fēng)的沖擊，常年經(jīng)受酷暑嚴(yán)寒和極端溫差的影響，齒輪箱安裝在塔頂?shù)莫M小空間內(nèi)，一旦出現(xiàn)故障，修復(fù)非常困難，故對其可靠性和使用壽命都提出了比一般機(jī)械高得多的要求。例如對構(gòu)件材料的要求，除了常規(guī)狀態(tài)下機(jī)械性能外，還應(yīng)該具有低溫狀態(tài)下抗冷脆性等特性；應(yīng)保證齒輪箱平穩(wěn)工作，防止振動和沖擊；保證充分的潤滑條件。
    3、機(jī)艙與偏航機(jī)構(gòu)
包括機(jī)艙蓋，底板和偏航系統(tǒng)。機(jī)艙蓋起防護(hù)作用，底板支撐著傳動系部件。偏航機(jī)構(gòu)是驅(qū)動機(jī)艙在回轉(zhuǎn)軸承上相對塔架轉(zhuǎn)動的裝置，也稱為對風(fēng)裝置，其作用是能夠快速平穩(wěn)地對準(zhǔn)風(fēng)向，以便風(fēng)輪獲得最大的風(fēng)能，偏航系統(tǒng)的主要部件是一個連接底板和塔架的大齒輪。上風(fēng)式機(jī)組采用主動偏航，由偏航電機(jī)或液壓馬達(dá)驅(qū)動，由偏航控制系統(tǒng)控制。偏航剎車用來固定機(jī)艙位置。
    4、控制系統(tǒng)是現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)的神經(jīng)中樞。現(xiàn)代風(fēng)機(jī)是無人值守的。以600千瓦風(fēng)機(jī)為例，一般在4米/秒左右的風(fēng)速自動啟動，在14米/秒左右發(fā)出額定功率。然后，隨著風(fēng)速的增加，一直控制在額定功率附近發(fā)電，直到風(fēng)速達(dá)到25米/秒時自動停機(jī)。現(xiàn)代風(fēng)機(jī)的存活風(fēng)速為60-70米/秒，也就是說在這么大的風(fēng)速下風(fēng)機(jī)也不會被吹壞。通常所說的12級颶風(fēng)，其風(fēng)速范圍也僅為32.7-36.9米/秒。風(fēng)機(jī)的控制系統(tǒng)，要在這樣惡劣的條件下，根據(jù)風(fēng)速、風(fēng)向?qū)ο到y(tǒng)加以控制，在穩(wěn)定的電壓和頻率下運行，自動地并網(wǎng)和脫網(wǎng)。并監(jiān)視齒輪箱、發(fā)電機(jī)的運行溫度，液壓系統(tǒng)的油壓，對出現(xiàn)的任何異常進(jìn)行報警，必要時自動停機(jī)。
    二）、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的分類及特征

    1、 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 —— 定槳距失速調(diào)節(jié)型
    定獎距是指槳葉與輪載的連接是固定的，槳距角固定不變，即當(dāng)風(fēng)速變化時，槳葉的迎風(fēng)角度不能隨之變化。失速型是指槳葉翼型本身所具有的失速特性，當(dāng)風(fēng)速高于額定風(fēng)速，氣流的攻角增大到失速條件，使槳葉的表面產(chǎn)生渦流，效率降低，來限制發(fā)電機(jī)的功率輸出。為了提高風(fēng)電機(jī)組在低風(fēng)速時的效率，通常采用雙速發(fā)電機(jī)（即大/小發(fā)電機(jī)）。在低風(fēng)速段運行的，采用小電機(jī)使槳葉縣有較高的氣動效率，提高發(fā)電機(jī)的運行效率。
    失速調(diào)節(jié)型的優(yōu)點是失速調(diào)節(jié)簡單可靠，當(dāng)風(fēng)速變化引起的輸出功率的變化只通過槳葉的被動失速調(diào)節(jié)而控制系統(tǒng)不作任何控制，使控制系統(tǒng)大為減化。其缺點是葉片重晏大（與變槳距風(fēng)機(jī)葉片比較），槳葉、輪載、塔架等部件受力較大，機(jī)組的整體效率較低。
    2、 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 ——變槳距調(diào)節(jié)型
    變槳距是指安裝在輪載上的葉片通過控制改變其槳距角的大小。其調(diào)節(jié)方法為：當(dāng)風(fēng)電機(jī)組達(dá)到運行條件時，控制系統(tǒng)命令調(diào)節(jié)槳距角調(diào)到45°，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定時，再調(diào)節(jié)到0°，直到風(fēng)力機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速并網(wǎng)發(fā)電；在運行過程中，當(dāng)輸出功率小于額定功率時，槳距角保持在0°位置不變，不作任何調(diào)節(jié)；當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出功率達(dá)到額定功率以后，調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)輸出功率的變化調(diào)整槳距角的大小，使發(fā)電機(jī)的輸出功率保持在額定功率。
    隨著風(fēng)電控制技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)輸出功率小于額定功率狀態(tài)時，變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用OptitiP技術(shù)，即根據(jù)風(fēng)速的大小，調(diào)整發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率，使其盡量運行在最佳葉尖速比，優(yōu)化輸出功率。

    3、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 —— 定速機(jī)型：
    —— 發(fā)電方式簡單，造價低；
    —— 對電網(wǎng)依賴程度高。

    4、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 —— 變速機(jī)型：
    —— 電氣設(shè)備價高；
    —— 電能品質(zhì)好。