第三章风力发电机的类型与结构

风力发电技术与风电场工程第三章练习题及答案一、填空题1、并网型风力发电机的功能是将风轮获取的空气动能转换成机械能，再将机械能转换为电能，输送到电网中。

2、并网型风力发电机组的整体结构分为叶轮、机舱、塔架、和基础等几大部分。

3、机舱内布置的传动系统，由主轴、齿轮箱、联轴器和发电机等构成。

4、机舱底座是机组主驱动链和偏航机构固定的基础，并能将载荷传递到塔架上去。

5、铸造底座一般采用球墨铸铁制造，铸件尺寸稳定，吸振性和低温型较好。

6、整流罩是置于轮毂前面的罩子，其作用是整流，减小轮毂的阻力和保护轮毂中的设备。

7、风电机组的基础通常为钢筋混凝土结构，并且根据当地地质情况设计成不同的形式。

基础周围还要设置预防雷击的接地系统。

8、塔架的基本形式有桁架式塔架和圆筒式塔架两大类。

桁架式塔架优点为制造简单，成本低，运输方便，缺点为通向塔顶的上下梯子不好安排，塔架过于敞开，维护人员上下不安全。

塔筒式塔架优点是美观大方，塔身封闭，风电机组维护时上下塔架安全可靠。

9、塔架高度主要依据风轮直径确定。

10、风电机组的基础主要按照塔架的载荷和机组所在地的气候环境条件，结合高层建筑建设规范建造。

11、风力发电机组的机械传动系统包括轮毂、主轴、齿轮箱、制动器、联轴器以及安全装置等。

12、齿轮箱的作用是传递扭矩和提供转速，通过两到三级渐开线圆柱齿轮增速传动得以实现，一般常采用行星齿轮或行星加平行轴齿轮组合传动结构。

13、齿轮箱输出轴（高速轴）通过柔性联轴器与发电机轴连接。

14、联轴器通过绝缘构件阻止发电机磁化齿轮箱内的齿轮和轴承等钢制零件，避免这些零件发生电腐蚀现象。

联轴器上还设置有扭矩限制装置用以保护传动轴系，防止过载运行。

15、偏航系统功能就是跟踪风向的变化，驱动机舱围绕塔架中心线旋转，使风轮扫掠面与风向保持垂直。

16、机舱的偏航运动是由偏航齿轮装置自动执行的，它是根据风向仪提供的风向信号，由控制系统发出指令，通过传动机构使机舱旋转，让风轮始终处于迎风位置。

风力发电机概述风力发电机是一种利用风能转化为电能的设备。

通过将风能转换为机械能，再通过发电机将机械能转换为电能，实现电力的产生。

风力发电机是可再生能源的一种，具有环保、经济等优势，越来越受到人们的重视和推广。

本文将介绍风力发电机的工作原理、类型以及一些相关的技术和发展趋势。

工作原理风的利用风力发电机通过利用自然的风能进行发电。

风是地球上大气层中气体的一种运动形式，具有动能。

当风经过风力发电机的叶片时，风的动能会转移到叶片上，导致叶片旋转。

这种旋转运动可以通过一个发电机转换为电能。

风力发电机的组成风力发电机一般由以下几个主要部分组成：1.风机叶片：负责将风能转化为机械能的关键部分。

一般采用三片或更多片的叶片设计，叶片材质通常为玻璃纤维复合材料或碳纤维复合材料。

2.发电机：将叶片转动的机械能转换为电能的关键部分。

发电机一般采用永磁发电机或异步发电机，具有高效率和稳定性。

3.控制系统：包括风向传感器、风速传感器和电控装置等，用于检测风向风速并控制风力发电机的启动、停止以及叶片角度的调整。

4.塔架：支撑整个风力发电机的结构，通常采用钢铁材料，高度可以根据需要进行调整。

主要类型按轴向划分根据轴线的不同，风力发电机可分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。

1.水平轴风力发电机：叶片与主轴安装在一个平面上，常见的形式为三叶片结构。

水平轴风力发电机具有效率高、动力输出稳定等优点，适用于大型的商业运营。

2.垂直轴风力发电机：叶片与主轴安装在一个垂直平面上，常见的形式为带翼的螺旋状结构。

垂直轴风力发电机具有启动风速低、适应性强等优点，适用于小型家庭或农村使用。

按功率规模划分根据功率规模的不同，风力发电机可分为小型风力发电机、中型风力发电机和大型风力发电机。

1.小型风力发电机：功率通常在几十瓦到几千瓦之间，适用于家庭、农村或偏远地区的电力供应。

2.中型风力发电机：功率通常在几千瓦到几十万瓦之间，适用于工业园区、农田灌溉等中等功率需求场景。

风力发电基础复习大纲第一章绪论1、风能的特点：储量大分布广，无污染、风能密度低、不同地区差异大、不稳定。

2、风力发电机组的类型:3、水平轴风力发电基础基本结构：风轮、传动系统、发电机、机架与机舱、偏航系统、控制与安全系统、塔架与基础、其他部分。

4、什么是风电机组认证：为了规范风电机组的产品设计、制造和安装运行,保证产品质量，提高安全性和可靠性，降低风电产业的风险而出现的第三方认证制度。

标准中涉及的认证程序包括机组型式认证，项目认证和部件认证三种.风电相关标准:(1）风资源评估：是风能利用的重要评价依据.（2）风电机组设计与认证，主要用于风力发电设备的设计、实验、检测和认证等过程。

（3)风电场设计与运行。

第二章风能及其转换原理5、风的形成：是由于大气中热力和动力的空间不均匀性所形成的。

6、风的受力：气压梯度力、地转偏向力、摩擦力、离心力。

风速与气压梯度力成正比，风向与等压线平行7、大气边界层的划分：8、风的大小：风的大小由平均风和脉动风相加决定.9、平均风：某时某刻某点各瞬时风速的平均值。

10、脉动风:某时某点瞬时风速与平均风速的差值。

11、我国规定的风速测定高度为10米。

12、风速随高度变化的变化：指数率变化,书P2513、风向的测量：风向标由尾翼,指向针，平衡锤以及旋转轴组成.14、宏观选址：指在对气象条件综合考虑后，选择一个有利用价值的小区域的过程15、微观选址：就是在宏观选址确定的风力发电厂范围内确定风电机组的布置,考虑地形以及排列方式的影响，使获得更好的经济效益.16、对于平坦地形，盛行风向主要为一个或相反方向时,一般按矩阵式排列.排列方式与盛行主要风向垂直，前后两排相互错开，行距为5-9倍风轮直径，列距为3-5倍风轮直径.17、如果是多盛行风向,一般采用田字形或圆形布阵，发电机间距一般取10—12倍风轮直径。

18、中弧线：翼形周线内切圆圆心的连线。

19、弦长：前缘与后缘之间的连线。

20、桨距角:风轮旋转平面与弦线之间的夹角。

风力发电机的组成部件及其功用风力发电机是将风能转换成机械能，再把机械能转换成电能的机电设备。

风力发电机通常由风轮、对风装置、调速装置、传动装置、发电机、塔架、停车机构等组成。

下面将以水平轴升力型风力发电机为主介绍它的各主要组成部件及其工作情况。

图3-3-4和3-3-5是小型和中大型风力发电机的结构示意图。

图3-3-4 小型风力发电机示意图1—风轮2—发电机3—回转体4—调速机构5—调向机构6—手刹车机构7—塔架8—蓄电池9—控制/逆变器图3-3-5 中大型风力发电机示意图1—风轮；2—变速箱；3—发电机；4—机舱；5—塔架。

1 风轮风轮是风力机最重要的部件，它是风力机区别于其它动力机的主要标志。

其作用是捕捉和吸收风能，并将风能转变成机械能，由风轮轴将能量送给传动装置。

风轮一般由叶片（也称桨叶）、叶柄、轮毂及风轮轴等组成（见图3-3-6）。

叶片横截面形状基本类型有3种（见图第二节的图3-2-3）：平板型、弧板型和流线型。

风力发电机的叶片横截面的形状，接近于流线型；而风力提水机的叶片多采用弧板型，也有采用平板型的。

图3-3-7所示为风力发电机叶片（横截面）的几种结构。

图3-3-6 风轮1.叶片2.叶柄3.轮毂4.风轮轴图3-3-7 叶片结构（a）、(b)—木制叶版剖面； (c)、(d)—钢纵梁玻璃纤维蒙片剖面；(e) —铝合金等弦长挤压成型叶片；(f)—玻璃钢叶片。

木制叶片（图中的a与b）常用于微、小型风力发电机上；而中、大型风力发电机的叶片常从图中的（c）→（f）选用。

用铝合金挤压成型的叶片（图中之e），基于容易制造角度考虑，从叶根到叶尖一般是制成等弦长的。

叶片的材质在不断的改进中。

1 机头座与回转体风力发电机塔架上端的部件——风轮、传动装置、对风装置、调速装置、发电机等组成了机头，机头与塔架的联结部件是机头座与回转体（参阅后面的图3-3-24）。

（1）机头座它用来支撑塔架上方的所有装置及附属部件，它牢固如否将直接关系到风力机的安危与寿命。

风力发电机概述一、风力发电机风力发电的原理简单来说：风力发电原理是把风的动能转换为风轮轴的机械能最后到电能！工作原理现代变速双馈风力发电机的工作原理就是通过叶轮将风能转变为机械转距（风轮转动惯量），通过主轴传动链，经过齿轮箱增速到异步发电机的转速后，通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网。

如果超过发电机同步转速，转子也处于发电状态，通过变流器向电网馈电。

齿轮箱可以将很低的风轮转速（1500千瓦的风机通常为12-22转/分）变为很高的发电机转速（发电机同步转速通常为1500转/分）。

风机是有许多转动部件的，机舱在水平面旋转，随时偏航对准风向；风轮沿水平轴旋转，以便产生动力扭距。

对变桨矩风机，组成风轮的叶片要围绕根部的中心轴旋转，以便适应不同的风况而变桨距。

在停机时，叶片要顺桨，以便形成阻尼刹车。

就1500千瓦风机而言，一般在3米/秒左右的风速自动启动，在11.5米/秒左右发出额定功率。

然后，随着风速的增加，一直控制在额定功率附近发电，直到风速达到25米/秒时自动停机。

二、风力发电机结构风力发电机整机主要包括：1.机座2.传动链（主轴、齿轮箱）3. 偏航组件（偏航驱动、偏航刹车钳、偏航轴承）4.踏板和棒5.电缆线槽6.发电机7.联轴器8.液压站9.冷却泵(风冷型无) 10.滑环组件11.自动润滑12.吊车13.机舱柜14.机舱罩15.机舱加热器16.轮毂17.叶片18.电控系统等。

1、机座：机座是风力发电整机的主要设备安装的基机座：础，风电机的关键设备都安装在机座上。

(包括传动链（主轴、齿轮箱）、偏航组件（偏航驱动、偏航刹车钳、偏航轴承）、踏板和棒、电缆线槽、发电机、联轴器、液压站、冷却泵(风冷型无)、滑环组件、自动润滑、吊车、机舱柜、机舱罩、机舱加热器等。

机座与现场的塔筒连接，人员可以通过风电机塔进入机座。

机座前端是风电机转子，即转子叶片和轴。

2、偏航装置偏航装置：：自然界的风，方向和速度经常变化，为了使风力机能有效地捕捉风能，就相应设置了对风装置以跟踪风向的变化，保证风轮基本上始终处于迎风状况。

风力机的类型与结构从能量转换的角度看,风力发电机组由两大部分组成。

其一是风力机,它的功能是将风能转换为机械能；其二是发电机,它的功能是将机械能转换为电能。

1.风力机的类型风力机的种类和式样很多,难以一一尽述。

但由于风力机将风能转变为机械能的主要部件是受风力作用而旋转的风轮,因此,风力机依风轮的结构及其在气流中的位置大体上可分为两大类：一类为水平轴风力机,一类为垂直轴风力机。

1.1水平轴风力机水平轴风力机的风轮围绕一个水平轴旋转,工作时,风轮的旋转平面与风向垂直,如图121所示。

风轮上的叶片是径向安置的,与旋转轴相垂直,并与风轮的旋转平面成一角度φ(安装角)。

风轮叶片数目的多少,视风力机的用途而定。

用于风力发电的风力机一般叶片数取1~4(大多为2片或3片),而用于风力提水的风力机一般取叶片数12~24。

叶片数多的风力机通常称为低速风力机,它在低速运行时,有较高的风能利用系数和较大的转矩。

它的起动力矩大,起动风速低,因而适用于提水。

叶片数少的风力机通常称为高速风力机,它在高速运行时有较高的风能利用系数,但起动风速较高。

由于其叶片数很少,在输出同样功率的条件下比低速风轮要轻得多,因此适用于发电。

水平轴风力机随风轮与塔架相对位置的不同而有上风向与下风向之分。

风轮在塔架的前面迎风旋转,叫做上风向风力机。

风轮安装在塔架的下风位置的,则称为下风向风力机。

上风向风力机必须有某种调向装置来保持风轮迎风。

而下风向风力机则能够自动对准风向,从而免除了调向装置。

但对于下风向风力机,由于一部分空气通过塔架后再吹向风轮,这样,塔架就干扰了流过叶片的气流而形成所谓塔影效应,使性能有所降低。

1.2垂直轴风力机垂直轴风力机的风轮围绕一个垂直轴旋转,如图122所示。

其主要优点是可以接受来自任何方向的风,因而当风向改变时,无需对风。

由于不需要调向装置,使它们的结构设计简化。

垂直轴风力机的另一个优点是齿轮箱和发电机可以安装在地面上,这对于一个往往需要在一片呼啸的大风中为一台离地面几十米高的水平轴风力机进行维修服务的人员来说,无疑是一个值得高度评价的特点。

风力发电机原理及结构风力发电机是一种将风能转换为电能的能量转换装置,它包括风力机和发电机两大部分.空气流动的动能作用在风力机风轮上,从而推动风轮旋转起来，将空气动力能转变成风轮旋转机械能，风轮的轮毂固定在风力发电机的机轴上,通过传动系统驱动发电机轴及转子旋转,发电机将机械能变成电能输送给负荷或电力系统，这就是风力发电的工作过程。

1、风机基本结构特征风力机主要有风轮、传动系统、对风装置（偏航系统）、液压系统、制动系统、控制与安全系统、机舱、塔架和基础等组成.（1）风轮风力机区别于其他机械的主要特征就是风轮.风轮一班有2~3个叶片和轮毂所组成，其功能是将风能转换为机械能。

风力发电厂的风力机通常有2片或3片叶片，叶尖速度50~70m/s，3也片叶轮通常能够提供最佳效率，然而2叶片叶轮及降低2%~3％效率。

更多的人认为3叶片从审美的角度更令人满意。

3叶片叶轮上的手里更平衡，轮毂可以简单些。

1）叶片叶片是用加强玻璃塑料（GRP)、木头和木板、碳纤维强化塑料（CFRP）、钢和铝职称的。

对于小型的风力发电机,如叶轮直径小于5m，选择材料通常关心的是效率而不是重量、硬度和叶片的其他特性，通常用整块优质木材加工制成,表面涂上保护漆,其根部与轮毂相接处使用良好的金属接头并用螺栓拧紧.对于大型风机，叶片特性通常较难满足,所以对材料的选择更为重要.目前，叶片多为玻璃纤维增强负荷材料，基体材料为聚酯树脂或环氧树脂。

环氧树脂比聚酯树脂强度高，材料疲劳特性好，且收缩变形小，聚酯材料较便宜它在固化时收缩大，在叶片的连接处可能存在潜在的危险,即由于收缩变形，在金属材料与玻璃钢之间坑能产生裂纹。

2）轮毂轮毂是风轮的枢纽,也是叶片根部与主轴的连接件。

所有从叶片传来的力，都通过轮毂传到传动系统，在传到风力机驱动的对象。

同时轮毂也是控制叶片桨距(使叶片作俯仰转动）的所在。

轮毂承受了风力作用在叶片上的推理、扭矩、弯矩及陀螺力矩.通常安装3片叶片的水平式风力机轮毂的形式为三角形和三通形.轮毂可以是铸造结构，也可以采用焊接结构，其材料可以是铸钢，也可以采用高强度球墨铸铁。

风力机的类型与结构从能量转换的角度看,风力发电机组由两大部分组成。

其一是风力机,它的功能是将风能转换为机械能；其二是发电机,它的功能是将机械能转换为电能。

1.风力机的类型风力机的种类和式样很多,难以一一尽述。

但由于风力机将风能转变为机械能的主要部件是受风力作用而旋转的风轮,因此,风力机依风轮的结构及其在气流中的位置大体上可分为两大类：一类为水平轴风力机,一类为垂直轴风力机。

1.1水平轴风力机水平轴风力机的风轮围绕一个水平轴旋转,工作时,风轮的旋转平面与风向垂直,如图121所示。

风轮上的叶片是径向安置的,与旋转轴相垂直,并与风轮的旋转平面成一角度φ(安装角)。

风轮叶片数目的多少,视风力机的用途而定。

用于风力发电的风力机一般叶片数取1~4(大多为2片或3片),而用于风力提水的风力机一般取叶片数12~24。

叶片数多的风力机通常称为低速风力机,它在低速运行时,有较高的风能利用系数和较大的转矩。

它的起动力矩大,起动风速低,因而适用于提水。

叶片数少的风力机通常称为高速风力机,它在高速运行时有较高的风能利用系数,但起动风速较高。

由于其叶片数很少,在输出同样功率的条件下比低速风轮要轻得多,因此适用于发电。

水平轴风力机随风轮与塔架相对位置的不同而有上风向与下风向之分。

风轮在塔架的前面迎风旋转,叫做上风向风力机。

风轮安装在塔架的下风位置的,则称为下风向风力机。

上风向风力机必须有某种调向装置来保持风轮迎风。

而下风向风力机则能够自动对准风向,从而免除了调向装置。

但对于下风向风力机,由于一部分空气通过塔架后再吹向风轮,这样,塔架就干扰了流过叶片的气流而形成所谓塔影效应,使性能有所降低。

1.2垂直轴风力机垂直轴风力机的风轮围绕一个垂直轴旋转,如图122所示。

其主要优点是可以接受来自任何方向的风,因而当风向改变时,无需对风。

由于不需要调向装置,使它们的结构设计简化。

垂直轴风力机的另一个优点是齿轮箱和发电机可以安装在地面上,这对于一个往往需要在一片呼啸的大风中为一台离地面几十米高的水平轴风力机进行维修服务的人员来说,无疑是一个值得高度评价的特点。