当电网掉电、变桨供电异常以及控制单元出现故障时,变桨系统在紧急状态下通过电池的储能可以保障叶片收桨,有效保护发电机及设备的安全。
变桨控制系统与主控制系统通过信号交换,有效控制发电机转速,保持发电机功率输出。变化的风速带动传动系统速度变化,变桨系统通过调节叶片变桨,使叶轮平滑地改变转速。这样大大减轻了风机的载荷,同时也向电网输出相对稳定的电能。 7.3.2 机舱概况
机舱是风力发电机最重要的组成部分,所有的传动设备、偏航设备、测量系统、发电系统、控制系统都在机舱里进行信号传输与信号交换,下面将分别针对各个系统进行详细说明。
图8 机舱内部结构
7.3.2.1 传动系统
传动系统是风机最重要的机械单元,承担着风机功率满发时强大的扭矩和转速传递,同时也平衡着变桨系统传递过来的轴向推力和径向推力。
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图9 传动系统
(1)主轴
主轴前端连接轮毂,后端连接齿轮箱,传递着强大的扭矩,要求极高的设计精度和机械制造水平。
图10 主轴
(2)主轴轴承
主轴使用双向调心滚子轴承,前轴承主要承受风轮的重量,后轴承除承受齿轮箱的重力,还承受风轮轴向的载荷。
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图 11 主轴承外观
(3)轴承座
轴承座安装在主构架上,起固定主轴轴承,支持叶轮重量的作用。 (4)主构架
主构架是机舱所有设备装配平台,整个传动系统、偏航系统、发电机、控制柜、机舱外壳都与它相接,主构架也是平衡风机重心的关键部件。
图12 主构架
(5)高速轴联轴器
高速轴联轴器用于将齿轮箱高速轴与发电机输入端轴承进行联接。由于风力发电机功率的不稳定,联轴器的两端采用高强度软钢垫进行柔性连接。
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图 13 联轴器及高强度连接钢垫
(6)高速轴制动器
高速轴制动器是主动式制动器,在系统正常运行时,刹车钳被液压压力撑开,轮毂处于自由旋转状态。当风机需要紧急制动时,除了叶片空气制动外,刹车钳液压释放,高速轴刹车盘被刹车钳摩擦制动,风机急停。
图 14 高速轴刹车盘制动器
(7)弹性支撑
弹性支撑的作用在于降低系统的振动量级,减少零部件和发电机的共振问题。弹性支撑包括发电机弹性支撑、齿轮箱弹性支撑、机舱罩弹性支撑和轮毂轴向弹性支撑。它可以在起联接和支撑作用的同时,起到吸振和缓冲作用,防止振动传递到下一个相连的部件。
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图 15 齿轮箱弹性支座
图15为齿轮箱的弹性支撑固定在主构架的两个点上,弹性支撑单元传送齿轮箱上承受的力和扭矩,减少了齿轮箱本身的结构振动,也从整体上削减了整个设备的振动。 (8)齿轮箱
图16 齿轮箱
齿轮箱的主要作用是将风轮的低转速必须通过齿轮箱增速,将转速和扭矩传递到发电机,使发电机转子转速满足运行条件。
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