偏航系统

renwei4477 2018-05-23

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1. 偏航简介

风的方向是随时间不断变化的，而风力发电机必须迎着风向才能最大效率的利用风能，因此风电机组的机舱也必须跟随着风向的变化来不断改变方向，以保证始终处于迎风状态，这就需要一个系统能够测得风向并根据测得风向控制机舱旋转对风，这就是我们将要介绍的偏航系统。偏航系统是水平轴式风力发电机组必不可少的组成系统之一，对风电机组利用风能起着非常巨大的作用。

风力发电机组的偏航系统一般分为主动偏航系统和被动偏航系统，被动偏航系统指的是依靠风力通过相关机构完成机组风轮对风动作的偏航方式，常见的有尾舵、舵轮和下风向三种；主动偏航指的是采用电力或液压拖动来完成对风动作的偏航方式，常见的有齿轮驱动和滑动两种形式。对于并网型风力发电机组来说，通常都采用主动偏航的齿轮驱动形式，比如我们的这种机型FL1500/1577就是采用这种形式，它是由四台偏航电机驱动与大齿圈啮合的小齿轮达到偏航目的的，其结构参考下图。

图10.1

图10.2

偏航系统包括偏航大齿圈、侧面轴承、滑垫保持装置、上下及侧面滑动衬垫、偏航驱动装置、圆弹簧及调整螺栓、偏航限位开关、接近开关、风速风向仪等等

，关于这些部件的结构作用将在第3部分分别作详细介绍。

2. 偏航功能、原理

偏航系统的功能就是捕捉风向控制机舱平稳、精确、可靠的对风，它的工作过程是这样的，假设现在是东南风，风电机组正常工作，机舱叶轮处于迎风状态，也就是朝向东南方向，但是随着时间变化，风向逐渐的变化为南风了了，那么风电机组肯定不能在原来位置工作了，这时就由风速风向仪测得风向变化，并传给控制系统存储下来，控制系统又来控制偏航驱动装置中的四台偏航电机往风速变化的方向同步运转，偏航电机通过减速齿轮箱带动小齿轮旋转。小齿轮是与大齿圈相啮合的，与偏航电机、偏航齿轮箱统一称为偏航驱动装置，右上图可以看出，偏航驱动装置是通过螺栓紧固在主机架上的。而大齿圈是通过88个螺栓紧固在塔筒法兰上面的，也就是说大齿圈是不可能旋转的，那么只能是小齿轮围绕着大齿圈旋转带动主机架旋转，直到机舱位置与风向仪测得的风向相一致。当然风向变化是一个连续的过程，并不一定一下子就从东南风就变为南风了，而是一个循序渐进的过程。

机舱是可以顺时针旋转也可以逆时针旋转的，在偏航过程中，如果机舱总是朝向一个方向旋转是肯定不行的，因为机舱底部大齿圈内部布置着多根电缆，机舱旋转电缆也就跟着扭转，所以为了防止电缆扭转破坏特地控制机舱同一方向旋转圈数不得超过650度（从0度开始，0度为安装风电机组时确定的位置）。这种控制方法就是靠偏航接近开关和限位开关来实现的，接近开关一左一右共两个，负责记录机舱位置，当机舱达到＋650度或－650度时发出信号，控制系统控制偏航电机反向旋转解缆。限位开关是作为极限位置开关使用的，当机舱继续旋转达到700度时，限位开关被触发而使得风电机组快速停机。

3 零部件结构功能介绍

3.1 侧面轴承及其组件

图10.3

侧面轴承是一个弧状的阶梯块，共有6块，每块都有5个的沉孔分布于圆弧，用于放置定位销、圆形弹簧和压板，每个孔的底部有M33的螺纹孔，用于安装调整螺栓，因为下滑动衬垫是用Araldite2015（需根据装配工艺卡来修改型号）粘合在压板上的，所以调整调整螺栓的旋入深度就可以调整滑动衬垫与大齿圈之间的紧密程度，从而得到最佳阻尼。参考下图。

图10.4

另外侧面轴承还有6个mm的孔分布于圆弧内圈， M36螺栓通过这些孔将侧面轴承与主机架紧固在一起。当机舱需要偏航时，侧面轴承带动滑动衬垫随机架共同旋转。

下滑动衬垫是特殊材料制作的圆形垫片，厚度10mm，直径100mm，具有自润滑的功能，也就是在滑动过程中滑动垫片自产生润滑材料，无需加注润滑油了。

圆弹簧是放在定位销上的，如图10.3所示，每个定位销共有8个圆弹簧，分两组背靠背放置。

3.2 划垫保持装置及其组件

如图10.3所示，下滑动衬垫是放入压板凹槽内的，而上滑动衬垫若要固定于凹槽内，就要靠划垫保持装置了，共有6片，靠近叶轮一侧有两片，每片上有7个凹槽用于粘结滑动衬垫，如下图（右）所示。六个小孔用于侧面轴承与主机架连接螺栓穿过使得划垫保持装置与主机架连接为一体。

图10.5

靠近发电机一侧有4个划垫保持装置，其形状如图10.5（左）所示，它5个凹槽用于粘结滑动垫片。

。

3.3 偏航驱动装置

偏航电机及制动器、偏航小齿轮箱、偏航小齿轮组成了偏航驱动装置，他们是通过螺栓及内部的花键连接成一体的，再共同和主机架用螺栓件连接在一起。偏航驱动装置共有4组，每一个偏航驱动装置与主机架连接处的圆柱表面都是偏心的，以达到通过旋转整个驱动装置调整小齿轮与齿圈啮合侧隙的目的。每个齿轮箱还有一个外置的透明油位计（参考图11.2.1），用于检查油位。油位计是通过管路和呼吸冒及加油螺塞连着的，当油位低于正常油位时，旋开加油螺塞补充规定型号的润滑油。

偏航电机功率2.2kw,内部含有温度传感器，控制绕组温度在155℃之内。偏航齿轮箱是行星式减速机，制动器位于发电机尾部，如果偏航电机发生故障，则控制系统会设置一个电气制动，防止电机横向旋转。

为了使得机舱在偏航过程中平稳精确，小齿轮与大齿圈之间的侧隙应保证在0.7～1.3之间。

图10.6

3.4 偏航大齿圈

偏航大齿圈结构参考图10.1及10.3。偏航齿圈通过88个M36高强度螺栓与塔架紧固在一起，齿圈内圈有一阶梯，上下面都是和滑动衬垫配合。四个偏航小齿轮就是和这个大齿圈啮合并围绕着它旋转的，从而带动整个机舱旋转。

3.4 接近开关

接近开关是一个光传感器，利用偏航齿圈齿的高低不同而使得光信号不同来工作，采集光信号并计数。通过一左一右两个接近开关采集的信号，控制系统控制机组偏航不超过650度，防止线缆缠绕。

接近开关是安装到支架上的，如图10.7所示，调整背紧螺母可以调整接近开关和偏航齿圈齿顶之间的距离，为了采集到信号，这个距离应保持在2.0mm至4.0mm。

图10.7

3.6 限位开关

图10.8

限位开关也是防止电缆缠绕而设置的传感器，当机舱偏航旋转圈数达到700度时，限位开关发出信号，整个机组快速停机。

齿轮箱限位开关（GCLS）与大齿圈相啮合，限位开关上的齿轮将转动传递到凸轮开关轴上，在凸轮开关轴上有三个凸轮环，其正常位置（三个凸轮盘之间的角度错位）可以单独调整。三个开关均为快动开关（切换时间短），并且每个都有一个断路触点和闭合触点

3.7 风速风向仪

偏航实现其功能，必须采集到风向，风速风向仪就是实现这个功能的。

4.偏航系统控制（旧电控软件）

4.1 偏航系统手动控制

偏航系统手动控制可以通过两个方式，一是使用机舱里的手动操作箱，二是利用计算机操作界面。

手动操作箱位于机舱内部，其形状见下图

序号	控制元件/显示/开关	功能
51	选择开关	通过0-9和A-F位置预选所需功能。
52	功能开关	断开和接通所选功能。
53	确认键	确认预选的功能。