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1、任务任务1.1 1.1 小型风力发电小型风力发电机结构机结构认知认知山东职业学院机电山东职业学院机电装备装备系系新能源应用技术教研室新能源应用技术教研室 风力机组安装与调试风力机组安装与调试 主讲教师：张为宾主讲教师：张为宾项目项目一一 风电风电机组结构认知机组结构认知任务描述：任务描述：了解风力发电机分类，掌握小型了解风力发电机分类，掌握小型风力发电风力发电机结机结构，能够构，能够说出小型风力发电机的各组成说出小型风力发电机的各组成结构名称及结构名称及作用。观察实训室作用。观察实训室400W400W小型风力发电小型风力发电机结构，列出机结构，列出400W400W小型小型风力发电机的零部件风力
2、发电机的零部件明细表。明细表。提交成果：提交成果：400W400W小型小型风力发电风力发电机零部件明细表机零部件明细表项目课程过程性表格文件项目课程过程性表格文件1 1、能够根据风机技术要求，进行、能够根据风机技术要求，进行小型风力发电机的结构选型，并小型风力发电机的结构选型，并能够列出小型风力发电机的零部能够列出小型风力发电机的零部件清单；件清单；2 2、在进行风机装配工作之前，学、在进行风机装配工作之前，学会查阅安装工艺书，并识读安装会查阅安装工艺书，并识读安装零部件清单及装配图。零部件清单及装配图。1 1、了解风力发电基本工作原、了解风力发电基本工作原理；理；2 2、了解风力发电机分类；
3、、了解风力发电机分类；3 3、掌握小型水平轴风力发电、掌握小型水平轴风力发电机的各组成部分结构及作用。机的各组成部分结构及作用。1 1、形成质量意识、团队意、形成质量意识、团队意识和创新意识；识和创新意识；2 2、养成良好的劳动习惯和、养成良好的劳动习惯和卫生习惯；卫生习惯；3 3、具有爱岗敬业、诚实守、具有爱岗敬业、诚实守信等良好品质。信等良好品质。知识目标知识目标知识目标知识目标素质目标素质目标素质目标素质目标能力目标能力目标能力目标能力目标风力发电机分类风力发电机分类风力发电机分类风力发电机分类小型小型小型小型风机风机风机风机结构认知结构认知结构认知结构认知操作指导操作指导操作指导操作指
4、导子子任务任务1 1 风力发电机分类风力发电机分类风电机组分类微型：微型：0.11kW0.11kW；小型：小型：1-100 kW1-100 kW；中型：中型：1001000kW1001000kW；大型：大型：1000kW1000kW以上以上1)1)按装按装机容量分机容量分2)2)按风轮转轴分布方式按风轮转轴分布方式水平轴风机水平轴风机垂直轴风机垂直轴风机3)3)按按风轮位置风轮位置上风向风机上风向风机下风向风机下风向风机1 1、风力发电风力发电机组的分类机组的分类风电机组分类4)4)按按功率控制方式功率控制方式定桨失速型风机定桨失速型风机变桨距风机变桨距风机5)5)按按风轮转速风轮转速定速型风
5、机定速型风机变速型风机变速型风机6)6)按按动力传动方式动力传动方式齿轮箱增速型风机齿轮箱增速型风机混合型风机混合型风机7)7)按按发电机分类发电机分类同步发电机同步发电机异步发电机异步发电机直驱风机直驱风机一、按风轮转轴分布分类 水平水平轴机组是风轮轴基本上平行于轴机组是风轮轴基本上平行于风向，风向，风轮旋转风轮旋转平面与风向垂直平面与风向垂直。水平水平轴轴机组按风机组按风轮轮与塔架相对与塔架相对位置分为上位置分为上风向与下风向与下风向。风向。1）上）上风向机组风向机组风轮在塔架的前面迎风轮在塔架的前面迎风风旋转。旋转。上风向机组必须有某种调向装置来上风向机组必须有某种调向装置来保持风轮迎风
6、。保持风轮迎风。2）下）下风向机组风向机组风轮安装在塔架后面，风轮安装在塔架后面，风先经过塔架，再到风先经过塔架，再到风轮。下风轮。下风向机组能够风向机组能够自动对准风向，从而免去了调向装置。自动对准风向，从而免去了调向装置。但是但是由于由于塔架干扰了流过叶片的气流而塔架干扰了流过叶片的气流而形成塔形成塔影影效应，影响了风力机的效率，使效应，影响了风力机的效率，使性能下降性能下降。水平轴机组1一、按风轮转轴分布分类 垂直轴垂直轴机组是风轮轴垂直于机组是风轮轴垂直于风向。可以风向。可以接受来自任何风向的风接受来自任何风向的风，无须调向装置。另，无须调向装置。另外齿轮外齿轮箱和发电机可以安装在地面
7、上箱和发电机可以安装在地面上。垂直轴垂直轴机组主要分为机组主要分为阻力型和升力型阻力型和升力型。1）阻力型阻力型利用利用空气流过叶片产生空气流过叶片产生的阻力产生的阻力产生驱动力、驱动力、2）升力型）升力型利用利用空气流过叶片产生空气流过叶片产生的升力作为驱动力的升力作为驱动力。垂直轴机组2一、按风轮转轴分布分类1）阻力型风力发电机组）阻力型风力发电机组 典型典型的阻力型垂直轴风力发电机组是萨窝纽斯的阻力型垂直轴风力发电机组是萨窝纽斯型风力发电型风力发电机组，选用的是机组，选用的是S型风轮。它由两个半型风轮。它由两个半圆筒形叶片组成，两圆筒的轴线相互错开一段距离。圆筒形叶片组成，两圆筒的轴线相
8、互错开一段距离。其优点是启动转矩大，启动性能良好，但是它的转其优点是启动转矩大，启动性能良好，但是它的转速低，风能利用系数低于水平轴风力风电机组，并速低，风能利用系数低于水平轴风力风电机组，并且在运行中围绕着风轮会产生不对称气流，从而产且在运行中围绕着风轮会产生不对称气流，从而产生侧向推力，特别是对于较大型的风力发电机组，生侧向推力，特别是对于较大型的风力发电机组，受偏转与安全极限应力的限制，采用这种结构形式受偏转与安全极限应力的限制，采用这种结构形式是比较困难的。是比较困难的。垂直轴机组2杯式风速计杯式风速计S S型风轮型风轮一、按风轮转轴分布分类 2）升力型风力发电机组）升力型风力发电机组
9、 升力型垂直轴风力发电机组利用翼型的升力升力型垂直轴风力发电机组利用翼型的升力做功。常用达里做功。常用达里厄式风力发电机，厄式风力发电机，如如型，型，型，型，H型等型等。根据。根据叶片的形状，达里厄风力发电机组可分为直叶片和弯叶叶片的形状，达里厄风力发电机组可分为直叶片和弯叶片两种，叶片的翼型剖面多为对称翼型，其中以片两种，叶片的翼型剖面多为对称翼型，其中以H型和型和型最为典型型最为典型。垂直轴机组2a)Ha)H型叶片式型叶片式 b)Sb)S型型型组合叶片式型组合叶片式 c)c)螺旋叶片螺旋叶片式式二、按功率调节方式分类 叶片角度叶片角度不能改变，风力机的功率调节不能改变，风力机的功率调节完全
10、依靠叶片的气动特性完全依靠叶片的气动特性。当当风速超过额定风速时，利用叶片本身风速超过额定风速时，利用叶片本身的空气动力特性减小旋转力矩（失速）或通的空气动力特性减小旋转力矩（失速）或通过偏航控制维持输出功率的稳定。过偏航控制维持输出功率的稳定。定桨距机组1二、按功率调节方式分类 这种机组当风速过高时，通过改变桨距角（在指定的径向位置叶片几何弦线这种机组当风速过高时，通过改变桨距角（在指定的径向位置叶片几何弦线与风轮旋转平面间的夹角），使功率输出保持稳定。同时，机组在起动过程也需要与风轮旋转平面间的夹角），使功率输出保持稳定。同时，机组在起动过程也需要通过变距来获得足够的起动力矩。采用变桨距技
11、术可使叶片和整机的受力情况大为通过变距来获得足够的起动力矩。采用变桨距技术可使叶片和整机的受力情况大为改善，这对大型风力发电机组十分有利。改善，这对大型风力发电机组十分有利。变桨距型机组2a a）独立电动变桨距系统图）独立电动变桨距系统图 b b）独立液动变桨距）独立液动变桨距系统图系统图三、按传动形式分类 风力发电风力发电机组中齿轮箱的主要功能是将风轮在风力作用下产生的动力传递给发机组中齿轮箱的主要功能是将风轮在风力作用下产生的动力传递给发电机并使其获得相应的转速。风轮转速较低，通常达不到发电机发电的要求，必须电机并使其获得相应的转速。风轮转速较低，通常达不到发电机发电的要求，必须通过齿轮箱
12、增速，故也称为增速箱。通过齿轮箱增速，故也称为增速箱。齿轮箱增速型1三、按传动形式分类 应用应用多极同步发电机可以省去齿轮箱，让风力机直接拖动发电机转子与转子低多极同步发电机可以省去齿轮箱，让风力机直接拖动发电机转子与转子低速状态，这就没有了齿轮箱所带来的噪音、故障率高和维护成本大等问题，提高了速状态，这就没有了齿轮箱所带来的噪音、故障率高和维护成本大等问题，提高了运行可靠性。运行可靠性。直接驱动型2三、按传动形式分类 这种这种机组是以上两种的综合。中传动型机组减少了传统齿轮箱的传动比，同时机组是以上两种的综合。中传动型机组减少了传统齿轮箱的传动比，同时也相应地减少了多极同步发电机的极数，从而
13、减小了发电机的体积。也相应地减少了多极同步发电机的极数，从而减小了发电机的体积。中传动比齿轮箱型3四、按转速变化分1 1）定速（恒速）定速（恒速）：定定速风力发电机组是指其发电机的转速是恒定不变的，它不随风速的变化而变速风力发电机组是指其发电机的转速是恒定不变的，它不随风速的变化而变化，始终在一个恒定不变的转速下运行。化，始终在一个恒定不变的转速下运行。2 2）多态定速）多态定速：多态多态定速风力发电机组中包含两台或多台发电机，根据风速的变化，可以有不定速风力发电机组中包含两台或多台发电机，根据风速的变化，可以有不同大小和数量的发电机投入运行。同大小和数量的发电机投入运行。3 3）变速）变速：
14、变速变速风力发电机组中的发电机工作在转速随风速时刻变化的状态下。目前，主风力发电机组中的发电机工作在转速随风速时刻变化的状态下。目前，主流的大型风力发电机组都采用变速恒频运行方式。流的大型风力发电机组都采用变速恒频运行方式。按转速变化分子子任务任务2 2小型风力发电小型风力发电机结构机结构认知认知一、小型风力发电机结构小型小型风力发电机的基本结构风力发电机的基本结构 水平水平轴高速螺旋桨式风力发电机组成：风轮、发电机、回转体、调速机构、轴高速螺旋桨式风力发电机组成：风轮、发电机、回转体、调速机构、调向机构（尾翼）、刹车机构、塔架。调向机构（尾翼）、刹车机构、塔架。一、小型风力发电机结构（一）风
15、轮（一）风轮 水平水平轴风力发电机的风轮是由轴风力发电机的风轮是由1-41-4个叶片（个叶片（大部分为大部分为2323个叶片）和轮毂组成。个叶片）和轮毂组成。其其功能是将风能转换为机械能，它是风力发电机从风中吸收能量的部件。功能是将风能转换为机械能，它是风力发电机从风中吸收能量的部件。风力机风力机叶片都装在轮毂上。轮毂是风轮的枢纽，也是叶片根部与主轴的连接叶片都装在轮毂上。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，都通过轮毂传递到传动系统，再传到风力机驱动的对件，所有从叶片传来的力，都通过轮毂传递到传动系统，再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
16、转动）的所在。象，同时轮毂也是控制叶片桨距（使叶片作俯仰转动）的所在。一、小型风力发电机结构（二）发电机（二）发电机1.1.发电机的种类：发电机的种类：小型小型风力发电机用的发电机大部分是三相交流发电机风力发电机用的发电机大部分是三相交流发电机。由于。由于产生磁场的形式不产生磁场的形式不同，三相交流发电机有永磁式和励磁式同，三相交流发电机有永磁式和励磁式，。，。一、小型风力发电机结构2 2.发电机的构造：发电机的构造：n转子转子：转子做成犬齿交错形的磁极。永磁式发电机的转子磁极由永久磁铁制成。转子做成犬齿交错形的磁极。永磁式发电机的转子磁极由永久磁铁制成。励磁式发电机的转子磁极由两块低碳钢制成
17、。在磁极内侧空腔内装有励磁线圈励磁式发电机的转子磁极由两块低碳钢制成。在磁极内侧空腔内装有励磁线圈绕组，当通天励磁电流时，便可产生磁场。绕组，当通天励磁电流时，便可产生磁场。n定子：定子：定子由铁芯和定子线圈组成。铁芯由硅钢片制成，在铁芯槽内绕有三组定子由铁芯和定子线圈组成。铁芯由硅钢片制成，在铁芯槽内绕有三组线圈，按星形法连接，发电机工作时线圈内便产生三相交流电。线圈，按星形法连接，发电机工作时线圈内便产生三相交流电。n机壳：机壳：机壳是交流发电机的外壳，由金属制成，它包括壳体和前后端盖。如果机壳是交流发电机的外壳，由金属制成，它包括壳体和前后端盖。如果将整流器装在发电机中，装有整流器的端盖
18、也叫整流端盖。将整流器装在发电机中，装有整流器的端盖也叫整流端盖。n整流器：整流器：整流器由六个硅整流二极管组成桥式全波整流线路。它的作用是将三整流器由六个硅整流二极管组成桥式全波整流线路。它的作用是将三相交流转变为直流，可以很方便地将它储存在蓄电池中。现在相交流转变为直流，可以很方便地将它储存在蓄电池中。现在，一、小型风力发电机结构（三）回转体（三）回转体 回转回转体是小型风力发电机的重要部件之一。其作用是支撑安装发电机、风轮体是小型风力发电机的重要部件之一。其作用是支撑安装发电机、风轮和尾翼调速机构等，并保证上述工作部件按照各自的工作特点随着风速、风向的和尾翼调速机构等，并保证上述工作部件
19、按照各自的工作特点随着风速、风向的变化在机架上端自由回转。变化在机架上端自由回转。一、小型风力发电机结构1.1.风轮的仰角风轮的仰角：为了为了提高风轮的工作性能，在回转体上平面与水平面间有提高风轮的工作性能，在回转体上平面与水平面间有510 510 度的夹角。度的夹角。2.2.风轮轴与回转体中心偏心距风轮轴与回转体中心偏心距：风轮风轮轴与回转中心偏心距是小型风力发电机调速机构准确调速的重要结构参轴与回转中心偏心距是小型风力发电机调速机构准确调速的重要结构参数。当风速达到限速风速时，此偏心距能准确地产生一个迫使风轮扭转的力矩，数。当风速达到限速风速时，此偏心距能准确地产生一个迫使风轮扭转的力矩，
20、使风轮立即开始侧偏调整。如果风速继续增大，风轮扭转力矩也增大，风轮继续使风轮立即开始侧偏调整。如果风速继续增大，风轮扭转力矩也增大，风轮继续侧偏，直至达到限速停车的极限位置。侧偏，直至达到限速停车的极限位置。3.3.尾翼后倾角和侧偏角尾翼后倾角和侧偏角：尾翼尾翼与回转体上的尾翼连接耳通过销轴联结，而此销轴在安装时即有一个设与回转体上的尾翼连接耳通过销轴联结，而此销轴在安装时即有一个设计好的空间后倾角和侧偏角，由于这一空间后倾角和侧偏角的存在，当风轮侧偏计好的空间后倾角和侧偏角，由于这一空间后倾角和侧偏角的存在，当风轮侧偏调速时，尾翼逐渐翘起，翘起的尾翼在其重力的作用下企图恢复到原来位置，一调速
21、时，尾翼逐渐翘起，翘起的尾翼在其重力的作用下企图恢复到原来位置，一旦风速减小，尾翼重力作用下的恢复力矩迫使尾翼回到原来位置，使风轮迎风旦风速减小，尾翼重力作用下的恢复力矩迫使尾翼回到原来位置，使风轮迎风。一、小型风力发电机结构四）调速机构四）调速机构 （1 1）风轮侧偏调速法：）风轮侧偏调速法：当风速达到限速风速时，通过扭转风轮迫使其顺着风向当风速达到限速风速时，通过扭转风轮迫使其顺着风向侧偏，减小风轮迎风面积，从而达到调速的目的。这种调速方法有两种，一种是侧偏，减小风轮迎风面积，从而达到调速的目的。这种调速方法有两种，一种是借助借助“侧翼侧翼”来实现风轮侧偏调速；另一种是利用来实现风轮侧偏调
22、速；另一种是利用“偏心偏心”的办法进行调速。的办法进行调速。（2 2）侧翼调速法：）侧翼调速法：就是在风轮后面与风轮回转面平行安装一个侧翼，其侧翼梁就是在风轮后面与风轮回转面平行安装一个侧翼，其侧翼梁应平行于地面。当风速达到或超过限速风速时，侧翼板上受到的风压足以克服弹应平行于地面。当风速达到或超过限速风速时，侧翼板上受到的风压足以克服弹簧或配重的拉力，驱使风轮顺着风向扭转一个角度，使之与尾翼（调向机构）靠簧或配重的拉力，驱使风轮顺着风向扭转一个角度，使之与尾翼（调向机构）靠近。此时由于风轮迎风角度的改变，迎风面积变小，转速也就随之降了下来，达近。此时由于风轮迎风角度的改变，迎风面积变小，转速
23、也就随之降了下来，达到了调速的目的。到了调速的目的。（3 3）偏心调速法：）偏心调速法：所谓偏心，就是指风力发电机风轮水平旋转轴与风力发电机所谓偏心，就是指风力发电机风轮水平旋转轴与风力发电机机头的垂直旋转轴有一距离，此距离称为偏心距。当风大时，此偏心距可促使风机头的垂直旋转轴有一距离，此距离称为偏心距。当风大时，此偏心距可促使风轮产生一个顺着风向扭转的力矩。轮产生一个顺着风向扭转的力矩。一、小型风力发电机结构（五）调向机构（五）调向机构 风力发电风力发电机必须设置调向机构，使风轮最大程度地保持迎风状态，以获取尽机必须设置调向机构，使风轮最大程度地保持迎风状态，以获取尽可能多的风能，从而输出较
24、大的电能，调向机构对于小型风力发电机来说，一般可能多的风能，从而输出较大的电能，调向机构对于小型风力发电机来说，一般采用采用“尾翼调向尾翼调向”。尾翼尾翼主要用在小型风力发电机上，由尾翼梁、尾翼板等组成，一般安装在主主要用在小型风力发电机上，由尾翼梁、尾翼板等组成，一般安装在主风轮后面，并与主风轮回转面垂直。其调向原理是：风力发电机工作时，尾翼板风轮后面，并与主风轮回转面垂直。其调向原理是：风力发电机工作时，尾翼板始终顺着风向，也就是与风向平行。这是由尾翼梁的长度和尾翼板的顺风面积决始终顺着风向，也就是与风向平行。这是由尾翼梁的长度和尾翼板的顺风面积决定的，当风向偏转时尾翼板所受风压作用而产生
25、的力矩足以使机头转动，从而使定的，当风向偏转时尾翼板所受风压作用而产生的力矩足以使机头转动，从而使风轮处在迎风位置。风轮处在迎风位置。一、小型风力发电机结构（六）手刹车机构（六）手刹车机构 小型小型风力发电机的手刹车机构的用途是使风轮临时性停车（停止旋转）。如风力发电机的手刹车机构的用途是使风轮临时性停车（停止旋转）。如遇到特大风时可紧急使风轮停转，检修风力发电机和为了使风力发电机有计划地遇到特大风时可紧急使风轮停转，检修风力发电机和为了使风力发电机有计划地停止转动等，可通过手刹车机构使风轮刹车，或使风轮偏转与尾翼板平行。为了停止转动等，可通过手刹车机构使风轮刹车，或使风轮偏转与尾翼板平行。为
26、了简化结构，有些小型风力发电机没有设置手刹车机构，但为实现临时停车，大多简化结构，有些小型风力发电机没有设置手刹车机构，但为实现临时停车，大多在尾翼端部系一根尼龙绳摆动尾翼，使风轮偏转离开迎风位置。手刹车机构一般在尾翼端部系一根尼龙绳摆动尾翼，使风轮偏转离开迎风位置。手刹车机构一般都是钢丝绳牵拉式。都是钢丝绳牵拉式。小型小型风力发电机手刹车钢丝绳的牵拉方式有杠杆原理牵拉、绞轮原理牵拉。风力发电机手刹车钢丝绳的牵拉方式有杠杆原理牵拉、绞轮原理牵拉。一、小型风力发电机结构（七）塔架（七）塔架 为了为了让风轮在地面上较高的风速带中运行，需要用塔架把风轮支撑起来。这让风轮在地面上较高的风速带中运行，需
27、要用塔架把风轮支撑起来。这时，塔架承受两个载荷：一个是风力发电机重力，向下压在塔架上；一个是阻力，时，塔架承受两个载荷：一个是风力发电机重力，向下压在塔架上；一个是阻力，使塔架向风的下游方向弯曲。使塔架向风的下游方向弯曲。子任务子任务3 3操作指导操作指导小组分工小组分工小组分工小组分工组号组号分工分工人数人数姓名姓名角色角色职责职责组长组长1 1XXXX班班长班班长小组统筹规划，负责组内活动组织，资料小组统筹规划，负责组内活动组织，资料整理、成果汇报，完成本组整理、成果汇报，完成本组终检终检，并协助，并协助老师完成考核评价老师完成考核评价（教师评价）（教师评价）副组长副组长1 1XXXX班班
28、质检员质检员作业质量监督，并完成本组作业作业质量监督，并完成本组作业过程检验过程检验，其他组的其他组的质检质检（互评）（互评）实施者实施者2 2XXXX班班成员成员作业实施，并完成作业实施，并完成自检自检（自评）（自评）电子课件电子课件电子课件电子课件视频资源视频资源视频资源视频资源音频资源音频资源音频资源音频资源动画资源动画资源动画资源动画资源网络资源网络资源网络资源网络资源照片资源照片资源照片资源照片资源学生分析学生分析任务，确定搜索关键词任务，确定搜索关键词：教师引导，学生根据关键词，教师引导，学生根据关键词，发散式搜索资料；发散式搜索资料；学生筛选资料，获取所需要知识点，学生筛选资料，获取所需要知识点，回答问题，并填写回答问题，并填写任务分析单任务分析单。教学教学教学教学组织组织组织组织各小组整理资料各小组整理资料，由，由组长对本组学习情况进行组长对本组学习情况进行1min1min的简要汇报。的简要汇报。教学教学教学教学组织组织组织组织教师根据各小组情况进行打分，并点评。教师根据各小组情况进行打分，并点评。