風力發(fā)電機的分類.doc

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1,風力發(fā)電機按葉片分類。 按照風力發(fā)電機主軸的方向分類可分為水平軸風力發(fā)電機和垂直軸風力發(fā)電機。 （1） 水平軸風力發(fā)電機：旋轉(zhuǎn)軸與葉片垂直，一般與地面平行，旋轉(zhuǎn)軸處于水平的風力發(fā)電機。 水平軸風力發(fā)電機相對于垂直軸發(fā)電機的優(yōu)點；葉片旋轉(zhuǎn)空間大，轉(zhuǎn)速高。適合于大型風力發(fā)電廠。水平軸風力發(fā)電機組的發(fā)展歷史較長，已經(jīng)完全達到工業(yè)化生產(chǎn)，結(jié)構(gòu)簡單，效率比垂直軸風力發(fā)電機組高。到目前為止，用于發(fā)電的風力發(fā)電機都為水平軸，還沒有商業(yè)化的垂直軸的風力發(fā)電機組。 （2） 垂直軸風力發(fā)電機：旋轉(zhuǎn)軸與葉片平行，一般與地面吹垂直，旋轉(zhuǎn)軸處于垂直的風力發(fā)電機。垂直軸風力發(fā)電機相對于水平軸發(fā)電機的優(yōu)點在于；發(fā)電效率高，對風的轉(zhuǎn)向沒有要求，葉片轉(zhuǎn)動空間小，抗風能力強（可抗12-14級臺風），啟動風速小維修保養(yǎng)簡單。 垂直軸與水平式的風力發(fā)電機對比，有兩大優(yōu)勢：一、同等風速條件下垂直軸發(fā)電效率比水平式的要高，特別是低風速地區(qū)；二、在高風速地區(qū)，垂直軸風力發(fā)電機要比水平式的更加安全穩(wěn)定；另外，國內(nèi)外大量的案例證明，水平式的風力發(fā)電機在城市地區(qū)經(jīng)常不轉(zhuǎn)動，在北方、西北等高風速地區(qū)又經(jīng)常容易出現(xiàn)風機折斷、脫落等問題，傷及路上行人與車輛等危險事故。 按照槳葉數(shù)量分類可分為“單葉片”﹑“雙葉片”﹑“三葉片”和“多葉片”型風機。 凡屬軸流風扇的葉片數(shù)目往往是奇數(shù)設(shè)計。 這是由于若采用偶數(shù)片形狀對稱的扇葉，不易調(diào)整平衡。還很容易使系統(tǒng)發(fā)生共振，倘葉片材質(zhì)又無法抵抗振動產(chǎn)生的疲勞，將會使葉片或心軸發(fā)生斷裂。 因此設(shè)計多為軸心不對稱的奇數(shù)片扇葉設(shè)計。對于軸心不對稱的奇數(shù)片扇葉，這一原則普遍應(yīng)用于大型風機以及包括部分直升機螺旋槳在內(nèi)的各種扇葉設(shè)計中。包括家庭使用的電風扇都是3個葉片的，葉片形狀是鳥翼型（設(shè)計術(shù)語），這樣的葉片流量大，噪聲低，符合流體力學原理。所以絕大多數(shù)風扇都是三片葉的。三片葉有較好的動平衡，不易產(chǎn)生振蕩，減少軸承的磨損。降低維修成本。 按照風機接受風的方向分類，則有“上風向型”――葉輪正面迎著風向和“下風向型”――葉輪背順著風向，兩種類型。 上風向風機一般需要有某種調(diào)向裝置來保持葉輪迎風。 而下風向風機則能夠自動對準風向, 從而免除了調(diào)向裝置。但對于下風向風機, 由于一部分空氣通過塔架后再吹向葉輪, 這樣, 塔架就干擾了流過葉片的氣流而形成所謂塔影效應(yīng),使性能有所降低。 2,按照風力發(fā)電機的輸出容量可將風力發(fā)電機分為小型，中型，大型，兆瓦級系列。 （1）小型風力發(fā)電機是指發(fā)電機容量為0.1~1kw的風力發(fā)電機。 （2）中型風力發(fā)電機是指發(fā)電機容量為1~100kw的風力發(fā)電機。 （3）大型風力發(fā)電機是指發(fā)電機容量為100~1000kw的風力發(fā)電機。 （4） 兆瓦級風力發(fā)電機是指發(fā)電機容量為1000以上的風力發(fā)電機。 3,按功率調(diào)節(jié)方式分類?？煞譃槎鄷r速調(diào)節(jié)型，變槳距型，主動失速型和獨立變槳型風力發(fā)電機。 （1） 定槳距失速型風機；槳葉于輪轂固定連接，槳葉的迎風角度不隨風速而變化。依靠槳葉的氣動特性自動失速，即當風速大于額定風速時依靠葉片的失速特性保持輸入功率基本恒定。 （2） 變槳距調(diào)節(jié)：風速低于額定風速時，保證葉片在最佳攻角狀態(tài)，以獲得最大風能；當風速超過額定風速后，變槳系統(tǒng)減小葉片攻角，保證輸出功率在額定范圍內(nèi)。 （3） 主動失速調(diào)節(jié)：風速低于額定風速時，控制系統(tǒng)根據(jù)風速分幾級控制，控制精度低于變槳距控制；當風速超過額定風速后，變槳系統(tǒng)通過增加葉片攻角，使葉片“失速”，限制風輪吸收功率增加 （4） 獨立變槳控制風力機：由于葉片尺寸較大，每個葉片有十幾噸甚至幾十噸，葉片運行在不同的位置，受力狀況也是不同的故葉片中立對風輪力矩的影響也是不可忽略的。通過對三個葉片進行獨立的控制，可以大大減小風力機葉片負載的波動及轉(zhuǎn)矩的波動，進而減小傳動機構(gòu)與齒輪箱的疲勞度，減小塔架的震動，輸出功率基本恒定在額定功率附近。 4,按機械形式分類:按照風機組機構(gòu)中是否包括齒輪箱，可分為有齒輪箱的風力機，無齒輪的風力機和混合驅(qū)動型風力機。 （1） 帶齒輪箱的風力發(fā)電機：由于葉尖速度的限制，風輪旋轉(zhuǎn)速度一般較慢。風輪直徑在100m以上時，風輪轉(zhuǎn)速在15r/min或更低。為了使發(fā)電機的體積變小，就必須是發(fā)電機輸入轉(zhuǎn)速更高，這時就必須使用變速箱體搞轉(zhuǎn)速使得發(fā)動機輸入轉(zhuǎn)速在1500/min或者3000/min這樣，發(fā)電機體積就可以設(shè)計的盡可能小。 （2） 無齒輪箱發(fā)電機：將葉輪和發(fā)電機直接連接在一起結(jié)構(gòu)的風力發(fā)電機成為無齒輪箱使風力發(fā)電機。這種發(fā)電機由于沒有齒輪箱，所以結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，維護方便故無齒輪箱的風力發(fā)電機將來有可能發(fā)展與海上風力發(fā)電機上使用。 （3） 混合驅(qū)動型風力發(fā)電機：混合驅(qū)動型風力發(fā)電機采用一級齒輪進行傳動，齒輪箱結(jié)構(gòu)簡單效率高。由于增加了點擊轉(zhuǎn)速點擊尺寸和重量比一般的直趨機組的電機尺寸小，重量也比較輕。所以這種風力發(fā)電機具有直趨風力發(fā)電機的特點也有體積小，重量輕的有點，逐漸成為3GW以上的大型風機組設(shè)計開發(fā)的一種趨勢 5,根據(jù)風力發(fā)電機組的發(fā)電機類型分類，可分為異步型風力發(fā)電機和同步型風力發(fā)電機。 （1） 異步發(fā)電機按其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同又可分為： (a) 籠型異步發(fā)電機――轉(zhuǎn)子為籠型。由于結(jié)構(gòu)簡單可靠、廉價、易于接入電網(wǎng)，而在小、中型機組中得到大量的使用； （b) 繞線式雙饋異步發(fā)電機――轉(zhuǎn)子為線繞型。定子與電網(wǎng)直接連接輸送電能，同時繞線式轉(zhuǎn)子也經(jīng)過變頻器控制向電網(wǎng)輸送有功或無功功率。 （2） 同步發(fā)電機型按其產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的磁極的類型又可分為： (a) 電勵磁同步發(fā)電機――轉(zhuǎn)子為線繞凸極式磁極，由外接直流電流激磁來產(chǎn)生磁場。 (b) 永磁同步發(fā)電機――轉(zhuǎn)子為鐵氧體材料制造的永磁體磁極，通常為低速多極式，不用外界激磁，簡化了發(fā)電機結(jié)構(gòu)，因而具有多種優(yōu)勢。 6,主軸，齒輪箱和發(fā)電機相對位置可分為緊湊型和長軸布置型。 （1） 緊湊型風力發(fā)電機的風輪直接與齒輪箱低速軸相連，齒輪高速軸輸出端通過彈性聯(lián)軸節(jié)與發(fā)電機連接，發(fā)電機與齒輪箱外殼連接。這種結(jié)構(gòu)齒輪箱使專門設(shè)計的，由于結(jié)構(gòu)緊湊，可以節(jié)省材料和相對的費用。作用在風輪和發(fā)電機上的力都是通過齒輪箱外殼體傳遞到主框架上的。緊湊型風力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)主軸與發(fā)電機軸在同一平面內(nèi)，在齒輪箱損壞是，需要將風輪，齒輪箱，發(fā)電機一塊拆下來進行修理，比較麻煩。 （2） 長軸布置型風力發(fā)電機：通過固定在機艙主框架的主軸，與齒輪箱低速軸連接。長軸布置型風力發(fā)電機的主軸是單獨的，有單獨的軸承支撐。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是風輪沒有直接作用在齒輪箱的低速軸上，齒輪箱可以采用標準結(jié)構(gòu)，減小齒輪箱低速軸收到的復(fù)雜力矩，降低了費用，減少了齒輪箱受損的可能性。 7,按照發(fā)電機的轉(zhuǎn)速及并網(wǎng)方式可以將發(fā)電機分為定速風機和變速風機。 （3） 定速型風力發(fā)電機：定速風力機一般采用時速控制的槳葉控制方式，使用直接與電網(wǎng)相連的異步感應(yīng)電動機，由于風能的隨機性，驅(qū)動異步發(fā)電機的風力機低于額定運行的時間占全年運行時間的60%~70%。為了充分利用低風速的風能，增加發(fā)電量，廣泛應(yīng)用雙速異步發(fā)電機，設(shè)計成4級和6級繞組。在低速運轉(zhuǎn)時，雙速異步發(fā)電機的效率比氮素異步發(fā)電機搞，滑差損耗小，當風力發(fā)電機組在低風速運行時，不僅槳葉具備有較高的啟動效率，發(fā)電機效率也能保持在較高的水平。 （4） 變速風力機：變速風力機一般配備變槳距功率調(diào)節(jié)方式。風力機必須有一套控制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)，限制轉(zhuǎn)速和功率。調(diào)速與功率調(diào)節(jié)裝置的首要任務(wù)是使風力機在大風，運行發(fā)生故障和過載荷是得到保護：其次，使風電機組能夠在啟動時順利切入運行，電能質(zhì)量符合公共電網(wǎng)要求。 8,按照塔架的不同可分為塔筒式風力機和桁架式風力機。 （1） 塔架式風力發(fā)電機：國內(nèi)及國外絕大多數(shù)風力發(fā)電機組采用塔筒式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是剛性好，冬季人員登塔安全，連接部分的螺栓與桁架塔相比要少得多，維護工作兩少，便于安裝和調(diào)節(jié)。 （2） 桁架式風力機：桁架式采用類似電力塔的結(jié)構(gòu)形式。這種結(jié)構(gòu)風阻小，便于運輸。但組裝復(fù)雜，需要每年對他家的螺栓進行緊固，工作量很大，而且冬季爬塔架的條件惡劣。在我國，這種結(jié)構(gòu)的機型更適合南方海島使用，特別是陣風達，風向不穩(wěn)定的風場，桁架塔更能吸收手機組運行時產(chǎn)生的扭矩和震動。