綜述大型風電機組設計的幾個原則問范紹文周春平21.哈爾濱大電機研究所，黑屯江哈爾濱2.哈爾濱電機廠有限責任公司(Company)，黑屯江哈爾濱150040功率控制的方法，影響效率的因素，降低工程造價的措施（指針對問題的解決辦法)，風電機組能承受的風速，設備維護的注意(attention)事項，風輪機結構型式的選擇，槳葉數(shù)目的確定等；還對曾經(jīng)發(fā)生的故障和己采用的先進設計進行了簡單介紹，這對于我國許多單位引進機組實現(xiàn)國產(chǎn)化，以及其它單位的獨立自主設計制造和今后的運行維護都會有很大幫肋我國裝機的風電設備主要依靠進口。硬齒面齒輪減速機為達到特別低的輸出轉速，可以通過兩個齒輪減速機相聯(lián)的方法來實現(xiàn)。當采用這種傳動方案時，可配置電機的功率必須依賴于減速機的極限輸出扭矩，而不能通過電機功率來計算減速機的輸出扭矩。最近幾年通過引進技術合作(collaborate)生產(chǎn)，己能批量生產(chǎn)小型中型機組，然而大型機組仍屬空乜由于當今世界大型風電機組的生產(chǎn)技術屬于絕密，概不出售轉讓，因此哈爾濱電機廠有限責任公司哈爾濱大電機研宄所根據(jù)國家九規(guī)劃(設計大工程或作計劃)的安排，于1998年起開始研制6301(永久重定向)大型風電機組，并在開發(fā)轉子變頻調速，交流勵磁異步發(fā)電機等方面取得許多重大成果在此僅就幾個有關大型風電機組設計的原則考慮簡要介紹如下，以便促進我國大型風電機組的㈤產(chǎn)化1風電機組的界定按照國際標準，墓娑ǎ，質芊緱婊，如以下的風輪機為小型寸于螺槳葉片的風輪機，大約相當于轉輪直徑7.14下功率左右的風輪機，記義為小咽機，1此，大丁者通常被視為中大型機隨著風力發(fā)屯技術的迅速發(fā)展，機姐也在不斷實現(xiàn)大容量化，190年代末期，世界上公認的大型機為600以上最近幾年單機容量為1500級產(chǎn)品開始涌入市場，轉輪直徑高達6，的10001兒也為數(shù)不少，廠適有人捉議把1000評作為大型機的標準，把它的0即1001作為小型機的標準，也有人提議把小型進步細分為小型最小微型3級，但尚未成文2功率控制的幾種方法風輪機的輸出功率達式為戶=0，32，式中〃為輸出功率系數(shù)1為空氣密度4為轉輪旋轉圓面積為風速由此可功率與風速的3次方成正比由于風速不斷變化，引起功率變化為了抑制這種變化，可米用以措施對，繞線型異步發(fā)電機，可采用次側轉子電阻控制方式，該電阻的改變引起電機滑差特性變化，風輪機轉速在定范圍內的變化不會引起功率的變化次側勵磁控制謝爾比烏斯控制方式，控制轉子電流值及其相位，來改變電機特性，轉速在同步轉速以下時由系統(tǒng)(system)向次側供給電力；在同步轉速以上時則相反，從而使風速變化引起的功率變化減至最小。
　　C.對于鼠籠型異步發(fā)電機可采用直流環(huán)節(jié)方使電壓與頻率之比為定值；高于同步轉速時則使電壓不變而改變頻率，從而使風速變化引起的功率變化為零。
　　1對于多極同步發(fā)電機來說可采用直流環(huán)節(jié)方式，盡管多極電機轉速較低，也無需增速齒輪裝置。來自發(fā)電機的低頻交流經(jīng)過整流器變?yōu)橹绷?，?jīng)逆變器，便得到與系統(tǒng)(system)相同的頻率電壓，通過這種直交變換的直流環(huán)節(jié)即使在低風速時也可穩(wěn)定輸出功率（指物體在單位時間內所做的功的多少）3影響效率(efficiency)的因素報據(jù)前述風屯功率達式，輸出功率系數(shù)和動量定理求得的。由于近年來高效率葉片的開發(fā)應用，旋轉裝置如齒輪箱軸承等損耗的不斷減小，風電的實際最高效率己達到45輸出功率系數(shù)，主要取決于周速比足7；即葉片尖端周速與風速之比值，當心冗接近于6時，約為0.593，這以螺槳式風輪機的觀論效韋，其線呈漸斤線形，尺12時的0值趨于飽和（saturation）實際上各種型式風輪機的效率曲線都呈拋物線(Parabola)狀，而不是理論上的漸開線形比如兩葉片高速螺槳式風輪機效率最高值為0.45，所對應的尤現(xiàn)=當心；于或大于時，效率都將降低（reduce)葉片螺槳式風輪機，= 0.47，此時尤聊=5.5荷蘭葉片式風輪機，= 0.16，心2.5；美國多葉片式風輪機，=0.26，大界風力發(fā)電常采用群體型風場型式。除笮機功率較大，機纟臺數(shù)也多在評價效率時就要考慮到風輪機本體后方下游風流的擾流損失，這對后面的風輪機效率有影響；此外還要考慮到與電力系統(tǒng)并網(wǎng)以前的輸電效率，以及設備(shèbèi)內部用電比例4降低1程造價的措施（指針對問題的解決辦法)風力發(fā)電工程項目的建設費用與運輸?shù)缆放潆娋€路等關如果其它怙況不變。大單機容量增加裝機數(shù)量。使風場裝機總耗量增大。就會降低建設成木實踐證明(zhèng míng)。當總裝機耗量為25，時。造價為5100美元幾界；如果，大裝機容量到3000，則造價降至2200美元；如再增至20000，造價則降至1 600美元，所以風電機組規(guī)模日益趨向大容量化對于風電工程，建設費用包括以下項目風力發(fā)電機組占7秘電氣設備占12土建工程占極電力消費占效工程管理占2，等其中風輪機和發(fā)電機所占比，最人，利用現(xiàn)有新技術新材料降低其成本降低工程造價，例如采用高強度玻璃纖維加上環(huán)氧樹脂來取代鋁合金來制造葉片，取消齒輪增速箱等。
　　降低（reduce)建設費用的最終目的還是為了降低售電價格，造價增加必然導致電價上升，但是還與所選風速有關在造價相同時，風速的增大可使電價降下，如估算的工程造價為1600美元，要使售出電價不超過9美分幾界。1就應選擇風速為6陽8以上的地區(qū)作為風場；如果造價為2 200美元界，則應選擇風違在了以以的地方5風馬達組能承受的風速尚未投運的風屯機機在處設！就被臺風和旋風損壞的事例不少，設計階段就要考慮機組應能承受多大風速而不被損壞。通常根據(jù)氣象臺的觀測數(shù)據(jù)進打設計，然而選擇哪訓耐風速時，還是簾有余量裕度寸能令人放心山廠風力與風速的平方成正比，如果耐風速選得過高，勢必使成本增加，所以要選擇適當根據(jù)0的規(guī)定，風電機組的耐風速標準取決尹下面提到的5個等級，即1級為70，之級為外之⑴山談為52.5137.54級為4213，5級不作規(guī)定?？蓡为?辦商決定述括號中數(shù)據(jù)指1以內的平均風速，現(xiàn)代風電機組通常由計算機控制自動運行，旦接近臺風，將根據(jù)風況作出判斷，自動停止運轉，此時的叻斷風違為即臺風的秘風降內平均風速臺風過后，機組自動恢復運行。盡管如此，仍有可能由于強風而使樹木或其它物品飛來而損壞機組或使電線通信線中斷，所以必須檢查和確認臺風過后的設備狀態(tài)。
　　6設備(shèbèi)維護的注意(attention)事項風電機組通常實施遙控，并利用電話線路等實現(xiàn)遠方監(jiān)視和自動通報，這是常檢查為定期驗證這種自動監(jiān)視的可靠性，還要進行每月2次的目視檢查，此時應靠近機組確認有無異音異味等此外，還要進行每隔半年1次的定期檢查，通常這種檢，6與設備制造廠家簽了協(xié)議，由廠家來進行檢測儀器電氣設備功能的核對確認。行星齒輪減速機又稱為行星減速機，伺服減速機。在減速機家族中，行星減速機以其體積小，傳動效率高，減速范圍廣，精度高等諸多優(yōu)點，而被廣泛應用于伺服電機、步進電機、直流電機等傳動系統(tǒng)中。其作用就是在保證精密傳動的前提下，主要被用來降低轉速增大扭矩和降低負載/電機的轉動慣量比?？蓜硬糠钟椭仪皝砭S護檢修的主要部位及內容是a.塔架螺釘緊固，焊接狀態(tài)，入口和機械的裝配狀況，有無生琢損傷等；1.葉片有無損傷；油壓設備動作靈敏，油的狀態(tài)，有無生銹損傷等；rl.可動部分動作靈敏。緊同件油船補給密封更換等狀況；6齒輪齒輪狀態(tài)油遣和油質等；制動器動作確認制動片更換圓盤狀態(tài)等；發(fā)屯機緊固件松動油脂補給密封記換電線電纜連接絕緣電阻測定等；偏航；輪油脂補給損傷間隙驗證等，7風輪機結構型式的選抒從結構型式上看，風輪機主要有水平軸和垂直軸2種。水平軸的有荷蘭型古老的4大葉片式螺旋槳型多翼型船帆翼型等；垂直軸的有短而寬翼型半圓筒型燈籠型陀螺儀型等荷蘭型有萬多臺，葉片由木架和布面構成，多數(shù)用于運河排水。螺槳型主要用于發(fā)電的大中型機多翼型用于美國中西部牧場揚水，有20枚葉片，轉矩大轉速低。船帆翼型用于地中海島區(qū)，布制葉片，約68枚，直徑約用作揚水短而寬翼型呈半球形滿速和效率都低半圓筒型有2枚葉片，效率低轉矩大，發(fā)展中國家用于揚水和發(fā)電燈籠型葉片呈圓括號形，大型的在美國有應用，小型的在中國有應甩陀螺儀型同樣在中國有應甩對子人甩發(fā)電機組，主要應用螺槳式。而且臥軸大1臺2葉片轉輪，直徑64440001容量從空氣動力學角度看，立軸的優(yōu)點是與高度方向各大氣的風向變化無關。機纟設置+受高度限制?？墒乖O計優(yōu)化（optimalize）不好的地方是塔架容易彎曲，必須增加用料，所以機組裝設高度不宜超過500，4容量不宜超過300呢雖然臥軸較多，但沿高度方向的風速風向都不相同，空氣動力特性變壞，影響直徑的進步，大，容量只能小于4添呢8槳葉數(shù)目的確定除了德國的640坐機組薛輪直徑56叫水平軸布置采用單個槳葉外，世界1的大型機組主要采用2或3個葉片從空氣動力學角度來看，2葉片和3葉片的風輪機實際上沒有太大區(qū)別，只是3葉片時的性能要高現(xiàn)。然而3葉片適用于較低的周違比尺1；6.2葉片，用尸較高的周速比要注意2葉片方案時相對于旋轉卞面各軸線的螺槳慣性（inertia)矩并不相同，對由此引起風電裝迓的附加動態(tài)負荷，必須采取相應的輔助結構措施德1之所以在大型機1選用1個葉片。是為降低成木，1為葉1的造價為風輪機整機的1513，如將3葉片改為單個葉片，可使成本降低1嫩9曾經(jīng)發(fā)牛的故障風力發(fā)電歷史悠久，然而大型機組的開發(fā)應用只是最近10多年的事，每個國家公司不可避免地會遇到運行事故，如a槳葉控制火靈因風速變化較大，槳葉控制頻繁，摩擦阻力增大，引起校叫失靈；b.外罩振動在定向或偏航控制中，風向風速不斷變化，引起導流外罩振動；電刷圯屯環(huán)損壞；d槳葉過重，引起過載；r.蕢鏈銷祀！不當，轉動不暢；嚇轉至47頁時，提高了預熱器的蓄熱性能長山熱電廠4鍋爐預熱器就是這樣改造的。
　　24克服熱風帶灰的措施克服熱風帶灰，可以把熱風道分為次風道和次風道，即在分倉空氣預熱器空氣出口風道內加焚隔板跑板到預熱器艾熱面尚為。硬齒面齒輪減速機為達到特別低的輸出轉速，可以通過兩個齒輪減速機相聯(lián)的方法來實現(xiàn)。當采用這種傳動方案時，可配置電機的功率必須依賴于減速機的極限輸出扭矩，而不能通過電機功率來計算減速機的輸出扭矩。！
　　次，次風道選擇方針是，受順首先從煙，側進入次風道，然后再進入次風道，次風道截面積應和次風量進行比較后來確定，這樣受熱面進入次風逍后上面的灰塵尺部分被吹掉進入次風道時，上面的積灰減輕了，次風帶灰也就少了。長山熱電廠67號爐按上述方法改造后效果顯著，使中速磨氣封環(huán)處漏風大大減少，文明生產(chǎn)上了個新臺階25降低分含預熱器次風泄漏率的措施為了降低分倉預熱器次風泄漏率，在進行系統(tǒng)設計時，要選擇合適的磨煤機型4和燃燒器型次風風壓，同時采用雙徑向密封和雙靜密封技術以及漏風自動控制技術，這樣次風泄漏率就不會過高次風泄漏率稍高是分倉預熱器的特點，不要因此而否定風倉空氣預熱器的優(yōu)越性和制造質量。
　　3結束語回轉式卞氣預熱器雖然有鳴缺點。但由于近幾年設計方面的不斷改進，對回轉式預熱器裝設了良好的密封系統(tǒng)(system)，加上現(xiàn)場施工質量的提高和日常維護，使其漏風率能完全降低到脫，甚至低于，使送引風機單耗大大降低，能收到很好的經(jīng)濟效益，責任編輯馬曉琴上接第29頁發(fā)生運行故障的主要原因是對過載的知識不足經(jīng)驗不多設計不細，而且采用了簡單的技術，對運行可靠性重視不夠。
　　已菜的先進設計空心槳葉除了樞架和少聚胺脂填充村料外，葉片是中空的，以減小質量，而強度也可承受6，1強風；后擄槳葉槳葉并非總與旋轉軸線垂直，強風時可后擄使夾角小于90，實現(xiàn)自我保護自動調節(jié)；C.柔性結構槳葉與轉軸連接的丁型接頭類似直升機，采用太性結構，了使強風時受力減少半厚陪槳葉采用新咽厚翼系列，在風速8，射可改善性能7脫；取消識電環(huán)農分離式變壓器來取代事故多發(fā)的電刷集電環(huán)裝置，消齒輪箱應出低速多極發(fā)電機丈現(xiàn)直接驅動，從而取消噪聲很大的增速齒輪箱；長奪劃十采用木材環(huán)氧(Oxygen)碳纖維，葉可延長壽命(lifetime)；完全自動化采用全序程序控制，實現(xiàn)完乍自動化運和遙扦；葉尖制動采用翼尖槳葉翼尖電磁制動器輔助葉片制動器，可實現(xiàn)強風時自動制動，低風，時自動恢呃運杼；擴傳統(tǒng)風輪機能利風，的6，采用擴散式，速裝置可使轉輪背面的低壓區(qū)產(chǎn)生空吸效應，從而使風速加倍；水泥風輪機對錯玻璃纖維和含鐵水泥進行了評價，開發(fā)了高強度增強纖維含鐵水泥，其抗彎能力是碳素鋼的3倍，可刖來制作擴散，裝迓；取消聯(lián)軸節(jié)采用可使氣流通過輪轂的結構，取消了效率低成本高的槳葉根部聯(lián)軸節(jié)，緩和了作用到槳葉上的重力和離心力責任(zé rèn)編輯李健平