【正文】 ........................... 3 ： ........................................................................................................ 3 課題的意義 ： ..................................................................................................... 3 國內(nèi)外基本研究情況 .......................................................................................... 4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 ........................................................................................ 4 國內(nèi)研究 現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢： .............................................................................. 4 國外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢： .............................................................................. 5 本課題研究的內(nèi)容 ....................................................................................................... 6 本課題研究方案 .......................................................................................................... 6 研究目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度 ................................................................................... 6 研究目標(biāo)。國際先進(jìn)的無齒輪箱直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，用低速多極永磁發(fā)電機(jī)，并使用一臺(tái)全功率變頻器將頻率變化的風(fēng)電送入電網(wǎng)。 ：齒輪箱是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行出現(xiàn)故障頻率較高的部件，直驅(qū)技術(shù)省 去了齒輪箱及其附件，簡化了傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，提高了機(jī)組的可靠性。 ：采用無齒輪直驅(qū)技術(shù)可減少風(fēng)力發(fā)電機(jī)組零部件數(shù)量，避免齒輪箱油的定期更換，降低了運(yùn)行維護(hù)成本。 課題的意義 ： 直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由于沒有齒輪箱，零部件數(shù)量相對于傳統(tǒng)的風(fēng)電機(jī)要少得多，其主要部件包括：葉 輪葉片、輪轂、變漿系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)定子、偏航系統(tǒng)、 測風(fēng)系統(tǒng)、底板、塔架等。 直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組沒有齒輪箱，低速風(fēng)輪直接與發(fā)電機(jī)相連接，各種有害沖擊載荷也全部由發(fā)電機(jī)系統(tǒng)承受，對發(fā)電機(jī)要求很高。 國內(nèi)外基本研究情況 直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)始于 20多年前，由于電氣技術(shù)和成本等原因，發(fā)展較慢。德國、美國、丹麥都是在該技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展較為領(lǐng)先的國家，其中德國西門子公司開發(fā)的（直驅(qū)式）無齒輪同步發(fā)電機(jī)安裝在世界最大的挪威風(fēng)力發(fā)電場，最高效率達(dá) 98%。 2020 年，瑞典 ABB 公司成功研制了 3兆瓦的巨型可變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其中包括永磁式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的高壓風(fēng)力發(fā)電機(jī) Wind former，容量 3 兆瓦、高約 70 米、風(fēng)扇直徑約 90 米。 目前，國內(nèi)多家企業(yè)也開始進(jìn)軍直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)領(lǐng)域，湘潭電機(jī)集團(tuán)與日本原弘產(chǎn)株式會(huì)社合資組建的湖南湘電風(fēng)能有限公司， 2 兆瓦直驅(qū)式永磁 風(fēng)力發(fā)電整機(jī)機(jī)組已試車成功；具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新疆金鳳科技股份公司、哈爾濱九州電氣公司也分別研制出 兆瓦直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī) 。在國家有關(guān)部委的支持下，額定功率為 Zoowk、 25OWK、 300wk、 600姍的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組已研制成功， ZOOWkv～600wk 的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組制造技術(shù)已基本掌握，并開始研制兆級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。浙江省機(jī)電設(shè)計(jì)研究院研制的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，于 1997 年 4 月通過了國家級(jí)技術(shù)成果鑒定，同年 12 月又完成了中試樣機(jī)的研制。在 6O0wk 風(fēng)力機(jī)研制方面，由國家科委立項(xiàng)，新疆風(fēng)能公司、浙江省機(jī)電設(shè)計(jì)研究院等單位主持的大型風(fēng)力機(jī)國產(chǎn)化項(xiàng)目也邁出了堅(jiān)實(shí)的步伐。 雖然我國近幾年風(fēng)力發(fā)展很快，裝機(jī)量以每年 20％以上的速度遞增，但是仍僅占全國電力總裝機(jī)的 ％。國內(nèi)自制的 風(fēng)力發(fā)電機(jī)多為異步發(fā)電機(jī)，不能做到變速恒頻發(fā)電，不能有效地利用各種風(fēng)況下的風(fēng)能。 為更好地實(shí)施國家可持續(xù)發(fā)展和西部大開發(fā)戰(zhàn)略，國家計(jì)委、科技部、國家經(jīng)貿(mào)制定了新能源和可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“十五”規(guī)劃，其中包括國家的光明工程和 863計(jì)劃 —— 后續(xù)能源技術(shù)主題等國家科技發(fā)展項(xiàng)目。 國外研究 現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢： 首先從裝機(jī)容量上來看近幾年世界風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展。美國裝機(jī)容量達(dá) 4000WM,名列第二。丹麥裝機(jī)容量 2650WM，英國 650WM,中國為 400WM，到 2020 年底，世界總裝機(jī)容量為 32037WM，而歐洲占全世界的 ％，據(jù)預(yù)測，在 20202020 的 5年間，全世界新增風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的發(fā)電能力約為39010WM，預(yù)計(jì) 2020 年的世界風(fēng)力發(fā)電量將占全 世界總發(fā)電量的 10％。 本課題研究方案 本文首先從傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組開始分析，研究變速恒頻直驅(qū) 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)與其具有哪些不同以及具有的優(yōu)勢，然后談及同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制略、運(yùn)行原理和發(fā)電系統(tǒng)的組成。 研究目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度 研究目標(biāo)。同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)以其無齒輪箱、輸出有功功率和無功功率可調(diào)等優(yōu)勢曾經(jīng)博得過人們的青睞，但因其難以滿足恒速頻的控制要求一度退出風(fēng)電舞臺(tái)。 變速恒頻直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)有：可以實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能獲取，對永磁機(jī)組而言有較高的效率；有較高的轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍，可在 30％～ +15％的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運(yùn)行，沒有齒輪箱，可靠性好；控制簡單，可靈活地調(diào)節(jié)有功和 無功功率。 分析或確定傳動(dòng)方案 傳動(dòng)比的分配和傳動(dòng)方案 機(jī)器一般由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置、工作機(jī)和控制系統(tǒng)四部分組成。其中鏈條傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)不均勻，有沖擊和周期性速度波動(dòng)，噪聲較大，不適用于高速傳動(dòng)和大傳動(dòng)比傳動(dòng)；帶傳動(dòng)雖然傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小，但是由于帶傳動(dòng)多數(shù)用于傳遞載荷，所以也不適用于偏航系統(tǒng)中；綜合各種傳動(dòng)裝置的優(yōu)缺點(diǎn)，并考慮到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的傳動(dòng)比很大，所以選擇蝸桿傳動(dòng)。在發(fā)電機(jī)組的偏航系統(tǒng)中選擇蝸桿傳動(dòng) 作為減速裝置，將能夠滿足減速要求。 根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速和最后蝸輪的轉(zhuǎn)速可得總的傳動(dòng)比等于1500/=3000，分配傳動(dòng)比時(shí)應(yīng)考慮以下原則： （ 1） 應(yīng)使各級(jí)傳動(dòng)比均在薦用值的范圍內(nèi)，以符合各種傳動(dòng)形式的特點(diǎn)，并使結(jié)構(gòu)緊湊。 （ 3） 應(yīng)使各傳動(dòng)件彼此不發(fā)生干涉碰撞。通常在展開式二級(jí)圓柱齒輪減速器中，低速級(jí)中心距大于高速級(jí)中心距。 1. 蝸桿的主要參數(shù)； 軸向齒距 Pa=， q=18mm， γ=3176。6060 ==%，是在允許的誤差范圍內(nèi)。 壽命系數(shù) KF2 = √ 107 = [σF] = 56 = σF = 948400803288 = ,MPa 彎曲強(qiáng)度是滿足的。10’47“； φv = tan。 Vs= πd1n1601000cos γ = π801450601000cos 3176。然后由有關(guān)手冊查得要求的公差項(xiàng)目及表面粗糙度。 6. 繪制工作圖 如圖（ 1）所示 10 （ 1） 電動(dòng)機(jī)的選擇 電動(dòng)機(jī)是由專門工廠批量生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)部件。 （ 1） .選擇電動(dòng)機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)形式 電動(dòng)機(jī)分交流和直流兩種。 按工作要求和工作條件選用 Y系列三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，全封閉自扇冷式結(jié)構(gòu)，電壓 380V。 計(jì)算傳動(dòng)裝置各軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) （ 1） 各軸的轉(zhuǎn)速 減速箱輸入軸 I軸 nI = nm = 1500r/min 減速箱輸出軸 ??軸 n?? = nIiI= 1500r/min50 = 30r/min 11 蝸桿軸 III 軸 nIII = nII =30r/min 渦輪軸 IV 軸 nIV = nIIIiII= 30r/min60 = （ 2） 各軸的輸入功率 I 軸 PI = Pdη1 = 150 ≈ 150W II 軸 PII = PIη2 = 150 = 105W III 軸 PIII = PIIη1 = 105 ≈ 105W IV 軸 PIV = PIIIη2 = 105 = （ 3） 各軸的輸入轉(zhuǎn)矩 電動(dòng)機(jī)軸的輸出轉(zhuǎn)矩 Td = 106 Pdnm= 106 ? mm 所以 I 軸 TI = Td η1 =955N? mm II 軸 TII = TIη2iI = 955 50 = 33425N? mm III 軸 TIII = TII = 33425N ?mm IV 軸 TIV = TIII η2iII = 1403850N ?mm 將上述計(jì)算結(jié)果匯總于下表，以備查用。 葉片的設(shè)計(jì)及其形狀 直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉槳 直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用水平軸、三葉片、上風(fēng)向、 變槳距調(diào)節(jié)、直接驅(qū)動(dòng)、永磁同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)的總體設(shè)計(jì)方案，相對于傳統(tǒng)的異步電動(dòng)機(jī)組其優(yōu)點(diǎn)如下： （ 1） 由于傳動(dòng)系統(tǒng)部件的減少，提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的可靠性和可利用率； （ 2） 永磁發(fā)電技術(shù)及變速恒頻技術(shù)的采用提高了風(fēng)力機(jī)組的效率； （ 3） 機(jī)械傳動(dòng)部件的減少降低了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的噪音； （ 4） 可靠性的提高降低了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行維護(hù)成本； （ 5） 機(jī)械傳動(dòng)部件的減少降低了機(jī)械損失，提高了整機(jī)效率； （ 6） 利用變速恒頻技術(shù)，可以進(jìn)行無功補(bǔ)償； （ 7） 由于減少可部件數(shù)量，使整機(jī)的生產(chǎn)周期大大縮短。因此，在整個(gè)風(fēng)速范圍內(nèi)可能具有 幾乎最佳的槳距角和較低的切入風(fēng)速。這樣就保證了葉輪輸出功率不超過發(fā)電機(jī)的額定功率。 葉片的結(jié)構(gòu)是高端的曲面造型結(jié)構(gòu)，葉片的掃掠面積應(yīng)盡量做大，這樣就能捕捉到最大的風(fēng)速，葉片在風(fēng)力的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電，葉片通過螺釘連接在發(fā)電機(jī)輪轂上，從而帶動(dòng)輪轂一起轉(zhuǎn)動(dòng)。安裝在輪轂上，輪轂也是連接發(fā)電機(jī)的中間過渡性元件，輪轂與發(fā)電機(jī)的連接是通過螺栓實(shí)現(xiàn)的。輪轂是用 45鋼加工出來的。所以經(jīng)過勾股定理的計(jì)算以及各方面的綜合考慮能夠得到輪轂的理想直徑為 500mm，具體算法如下圖 （ 2） 14 （ 2） 15 整流罩的結(jié)構(gòu)及其形狀 整流罩是裝在輪轂上的零件，其主要作用是固定輪轂和葉片的相對位置，使其不能發(fā)生相對轉(zhuǎn)動(dòng)，整流罩通過葉片的圓弧曲面定位，整流罩的端面與發(fā)電機(jī)連接在一起，其連接是通過螺栓實(shí)現(xiàn)的，從而能夠?qū)L(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，進(jìn)而通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)發(fā)電。 綜合考慮到以上注意事項(xiàng)，整流罩的三維建?？梢砸暂嗇灥耐庑吻鏋闃?biāo)準(zhǔn)，然后按照整流罩的厚度，偏置曲線，就能得到整流罩的外形輪廓。均布。 焊接件上同樣裝有偏航系統(tǒng)，偏航系統(tǒng)是由三相異步電動(dòng)機(jī)和蝸桿減速箱以及二級(jí)蝸輪蝸桿減速裝置等主要零件構(gòu)成，三相異步電動(dòng) 機(jī)是動(dòng)力裝置，它為偏航系統(tǒng)提供能源， 然后通過聯(lián)軸器將電機(jī)軸和減速器的輸入軸聯(lián)接起來，從而帶動(dòng)減速器工作，實(shí)現(xiàn)一級(jí)減速，減速器的輸出軸與蝸桿相連，從而帶動(dòng)蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸桿與渦輪嚙合帶動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，而渦輪軸即內(nèi)法蘭，通過法蘭的作用（具體工作情況詳見下章）帶動(dòng)底板轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)偏航，偏航的目的是為了使風(fēng)力發(fā)電機(jī)捕捉到最大風(fēng)速，對準(zhǔn)最大風(fēng)速，從而使得葉片以最大轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而以最大轉(zhuǎn)速帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，提高發(fā)電效率。具體尺寸及其形狀詳見下圖（ 3）： （ 3） 法蘭組件的設(shè)計(jì)及其形狀 法蘭（ Flange）又叫法蘭盤或凸緣盤。法蘭連接或法蘭接頭 ，是指由法蘭、墊片及螺栓三者相互連接作 為一組組合密封結(jié)構(gòu)的可拆連接，用在設(shè)備上系指設(shè)備的進(jìn)出口法蘭。法蘭間用襯墊密封。法蘭的材質(zhì) 是 WCB（碳鋼）、 LCB（低溫碳鋼）、 LC3（ %鎳鋼）、 WC5(%鉻 )，風(fēng)18 力發(fā)電機(jī)的法蘭是由內(nèi)法蘭和外法蘭組成，內(nèi)法蘭同樣也是蝸輪軸，通過鍵與蝸輪連接在一起，蝸輪的軸向定位則通過內(nèi)法蘭的軸肩來實(shí)現(xiàn)，上端用一個(gè)壓蓋壓住，防止齒輪發(fā)生竄動(dòng)，蝸桿兩端通過軸承支座來支撐，軸承支座里面裝有角接觸球軸承，承擔(dān)徑向載荷和軸向載荷，軸承支座通過螺栓固定在底板上，從而實(shí)現(xiàn)蝸桿的定位