偏航氣動(dòng)理論及偏航結(jié)構(gòu)風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航狀態(tài)的空氣動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)由于風(fēng)向的不斷變化，風(fēng)輪不能時(shí)刻保持其軸向與風(fēng)向平行，這種狀態(tài)稱之為偏航狀態(tài)。偏航狀態(tài)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行效率低于非偏航狀態(tài)。為了提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率，水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)都配有偏航裝置，用以改變風(fēng)輪的方向，時(shí)刻保持風(fēng)輪軸向與風(fēng)向平行，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)達(dá)到最佳的工作狀態(tài)。傳統(tǒng)的葉素-動(dòng)量理論只考慮了風(fēng)向與風(fēng)輪平行使的情況，并不適用于偏航狀態(tài)，因此需要對(duì)其修正以達(dá)到準(zhǔn)確效果。偏航時(shí)的動(dòng)量定理動(dòng)量定理通常用來研究風(fēng)速與風(fēng)作用在葉片上的力之間的關(guān)系，用以表現(xiàn)風(fēng)輪對(duì)風(fēng)能的轉(zhuǎn)換效率問題，為了便于該問題的研究，現(xiàn)做出以下假設(shè)1 風(fēng)輪為一平面圓盤，不考慮傾斜角。2 空氣無摩擦、無粘性3流過風(fēng)輪的氣流均勻4空氣不可壓縮，即空氣密度不變。將動(dòng)量定理直接應(yīng)用于處于偏航狀態(tài)的風(fēng)輪時(shí)是存在一定問題的。對(duì)于未處于偏航狀態(tài)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪來說，實(shí)際上葉片在空間的誘導(dǎo)速度是不同的，在徑向方向上是有一定變化的，而動(dòng)量定理只能計(jì)算出平均的誘導(dǎo)速度。對(duì)于處于偏航狀態(tài)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)而言（見圖），由于葉輪與風(fēng)向間存在夾角，誘導(dǎo)速度將會(huì)在徑向角與方位角間產(chǎn)生變化，難以對(duì)葉輪的特性進(jìn)行估價(jià)?，F(xiàn)假設(shè)風(fēng)速大小穩(wěn)定，方向無變化（見下圖），由于風(fēng)向與葉輪間存在夾角r，隨著葉片的旋轉(zhuǎn)，每個(gè)葉片的攻角不斷發(fā)生變化。攻角的時(shí)刻變化會(huì)在風(fēng)輪葉片產(chǎn)生軸向推力的同時(shí)還附帶徑向力引起偏航傾斜力矩。當(dāng)風(fēng)向固定時(shí)，由動(dòng)量定理可知軸向的動(dòng)量變化率等于通過圓盤（致動(dòng)盤）的質(zhì)量變化率乘以垂直于風(fēng)輪的速度變化率。其質(zhì)量變化率為Avcos-a，速度變化率為2av風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航狀態(tài)見圖推薦精選風(fēng)中帶有的動(dòng)能為E=12mv2=12Av3由上式可知風(fēng)流過葉輪時(shí)帶來的機(jī)械能為E=12Av3=12Av3葉片作用在圓盤上的力為F=Pa-PbA=2Avcos-aav FRF式中，Pa和Pb分別為風(fēng)輪迎風(fēng)面與背風(fēng)面的壓力；A為風(fēng)輪的掃略面積；v為風(fēng)在無窮遠(yuǎn)處的速度；為空氣的密度；a為軸向誘導(dǎo)速度；為軸向平均誘導(dǎo)因數(shù)。由上式可知，令CT=F12Av2=4acos-a我們稱CT為風(fēng)輪的推力系數(shù)，則風(fēng)輪產(chǎn)生的功率為P=Fvcos-a=2aAv3cos-a2現(xiàn)定義風(fēng)輪的風(fēng)能利用系數(shù)Cp為Cp=PE=2aAv3cos-a212Av3=4acos-a2現(xiàn)要使風(fēng)能系數(shù)達(dá)到最大，對(duì)上式軸向平均誘導(dǎo)系數(shù)a求導(dǎo)，令其一階導(dǎo)數(shù)為0，即dCpda=0因此有a=cos3 Cpmax=1627cos3在理想狀態(tài)下，當(dāng)風(fēng)向與風(fēng)輪軸之間的夾角為零度時(shí)，此時(shí)的風(fēng)能利用系數(shù)最大Cpmax=16270.592該數(shù)據(jù)表明風(fēng)機(jī)最大僅能利用風(fēng)能的59.2%。實(shí)際在運(yùn)行時(shí)，由于風(fēng)向的變化，偏航角的存在，風(fēng)能的轉(zhuǎn)化率要比這個(gè)數(shù)值小很多，風(fēng)能利用少之又少，大約只占風(fēng)能的30%左右。偏航時(shí)的葉素動(dòng)量理論現(xiàn)時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)槳葉的載荷都是由葉素動(dòng)量理論計(jì)算出來的。葉素動(dòng)量理論根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)方法對(duì)槳葉翼型進(jìn)行載荷分析的一種簡(jiǎn)單方法。首先假設(shè)風(fēng)機(jī)葉片之間的氣流互不干擾，將風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片延軸向離散為無數(shù)個(gè)單元，這些小單元成為葉素。葉素則近似為二維翼型，然后將這無數(shù)葉素上的力及力矩進(jìn)行積分，最終苛求出葉片上所受的力及力矩。假設(shè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片數(shù)目為N，葉尖處的風(fēng)輪半徑為R，則任意半r處的葉素簡(jiǎn)圖如下推薦精選假設(shè)葉片的旋轉(zhuǎn)速度為，葉片前端的風(fēng)速為v1，則葉素的切向速度為r，其切向誘導(dǎo)速度為a'r該葉素總的切向速度為1+a'r葉片上氣流的速度為vres=v121-a2+1+a'22r2vres=v11-asin=1+a'rcos合速度與葉片的旋轉(zhuǎn)平面的夾角（入流角<90°）=arctan1+a'rv11-a攻角=-由動(dòng)量定理可知，在槳葉翼型不失速時(shí)，半徑為r處的葉素翼型所受升力（與和速度方向垂直）L=12vres2CLcr半徑為r處的葉素翼型所受阻力（與和速度方向相反）D=12vres2CDcr其中CL翼型的升力系數(shù)CD翼型的阻力系數(shù)葉素的軸向力與與切向力為F=Lcos+Dsin=12vres2cCLcos+CDsinrT=Lsin-Dcos=12vres2cCLsin-CDcosr令Cx和Cy分別為Cx=CLcos+CDsinCy=CLsin-CDcos其中Cx為法向力系數(shù)，Cy為切向力系數(shù) 由以上公式可知風(fēng)輪受到的軸向力以及切向力分別為F軸=Nr0R12vres2cCxrF切=Nr0R12vres2cCyr在變槳系統(tǒng)不失速時(shí)，給定葉片的攻角及翼型升力系數(shù)與翼型阻力系數(shù)，就可以根據(jù)上式計(jì)算出槳葉的載荷。但在偏航情況下，葉素上氣流的不穩(wěn)定性，葉素理論的實(shí)際應(yīng)用存在很大問題。Theodorsen應(yīng)用升力缺損函數(shù)來修正二維升力，進(jìn)而解決葉片上攻角隨時(shí)間變化的問題。忽略渦流的影響，在一個(gè)葉素平面的速度分量如圖所示其入流角由上圖可知推薦精選tan=v1cos-a1+FuKsin+ra'cossin1+sinsinr1+a'cos1+sinsin+v1cosarctan21+FuKsin-sin其中r為葉素圓環(huán)半徑，u=rR，F(xiàn)u為氣流膨脹系數(shù)，K為尾流偏斜角函數(shù)，為旋轉(zhuǎn)方向上測(cè)量的葉片方位角由于葉片的攻角沒有改變，葉片的升力系數(shù)與阻力系數(shù)并未發(fā)生改變，根據(jù)公式計(jì)算每個(gè)葉片的攻角，依據(jù)修正后的葉素理論便可以計(jì)算出葉素上的力和力矩。葉素動(dòng)量定理葉素-動(dòng)量定理是葉素理論與動(dòng)量定理的合稱，主要根據(jù)葉素理論與動(dòng)量定理研究葉片的綜合性能。根據(jù)動(dòng)能定理可知，氣流作用在葉素上的力的沖量與氣流帶來的動(dòng)量是相等的。假設(shè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航的角度為，風(fēng)輪半徑r處的葉素所受軸向力分力為F=Lsin+Dcos=12Nv12cCLcos+CDsinr定義弦長(zhǎng)的實(shí)度為rr=Nc2r定義法向力系數(shù)為CxCx=CLcos+CDsin考慮偏航和 Prandtl 葉尖損失41，由動(dòng)量定理可知，偏航時(shí)的軸向動(dòng)量變化率為Ma=12Nvres24afcos+tan2sin-afsec22rr將動(dòng)量定理應(yīng)用到整個(gè)風(fēng)輪葉片上，由于誘導(dǎo)因素a隨著風(fēng)輪半徑r處氣流的變化而變化，在圓形平面上，因此葉素動(dòng)量的大小還應(yīng)該在圓形平面上進(jìn)行積分，因此風(fēng)在葉素上產(chǎn)生的軸向動(dòng)量有02Ma=0212v124afcos+tan2sin-afsec22rrd=0212vres2Cxrrrd因此有8afcos+tan2sin-afsec22=r02vres2v12Cxrd對(duì)于整個(gè)葉片而言，對(duì)葉片上的每個(gè)葉素所受的力進(jìn)行求和就可以的到該葉片所受的軸向力，因此對(duì)上式在半徑上進(jìn)行積分可得風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉輪所受軸向力為F軸=0r0212 Nvres2Cxrrdrd=0r02vres2v12Cxrdrd根據(jù)葉素理論可知，葉素上所受的切向力相對(duì)軸的轉(zhuǎn)矩為M=12vres2rcossinCx+cosCyr2r由動(dòng)量定理可知，葉素角動(dòng)量是Mm=12v124a'fcos-afcos2+cos2sin2r2r同理對(duì)上式進(jìn)行積分，有角動(dòng)量為推薦精選0212v124a'fcos-afcos2+cos2sin2r2rd=0212vres2rcossinCx+cosCyr2rd對(duì)上式進(jìn)行積分運(yùn)算得到u4a'fcos-af1+cos2=r02vres2v12cossinCx+cosCyd對(duì)于整個(gè)葉片而言，對(duì)葉片上的每個(gè)葉素所受的力矩進(jìn)行求和就可以的到該葉片的力矩，對(duì)上式在半徑上進(jìn)行積分可得風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉輪所受的相對(duì)軸的轉(zhuǎn)矩為T=0R02vres2v12NcossinCx+cosCydrd以上公式就是基本的偏航時(shí)的葉素動(dòng)量理論。根據(jù)以上公式可知，當(dāng)給定葉片位置u和偏航時(shí)的角度時(shí)?？筛鶕?jù)黃色公式計(jì)算出氣流的角度。根據(jù)葉片的翼型，可以查到固定的升力系數(shù)與阻力系數(shù)。根據(jù)葉素的槳距角，可以求得任意攻角，利用公式求出軸向誘導(dǎo)因素a與切向誘導(dǎo)因素a'。通過最后的紅色公式便可以求出風(fēng)力發(fā)電機(jī)在偏航狀態(tài)時(shí)風(fēng)機(jī)葉輪所受的軸向力與相對(duì)轉(zhuǎn)軸的的力矩。風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)偏航系統(tǒng)是水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的重要組成部分，是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組特有的私服系統(tǒng)【42】。所謂偏航，就是機(jī)艙和風(fēng)輪繞塔架的垂直軸旋轉(zhuǎn)，使風(fēng)輪掃略面與風(fēng)向保持垂直。通過偏航系統(tǒng)的準(zhǔn)確工作，可以使風(fēng)輪軸線時(shí)刻朝向風(fēng)向，以保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)達(dá)到最大的發(fā)電效率。主動(dòng)偏航系統(tǒng)的另外一個(gè)重要功能就是解纜，當(dāng)機(jī)艙在反復(fù)的轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，極有可能在一個(gè)發(fā)向上轉(zhuǎn)動(dòng)很多圈，造成艙內(nèi)電纜扭絞，甚至扯斷電纜，通過解纜裝置，可以自動(dòng)解除電纜纏繞，使風(fēng)機(jī)運(yùn)行順暢。偏航系統(tǒng)通常分為被動(dòng)偏航系統(tǒng)與主動(dòng)偏航系統(tǒng)。被動(dòng)偏航系統(tǒng)是指通過一系列機(jī)構(gòu)將風(fēng)力直接轉(zhuǎn)化為偏航動(dòng)力以達(dá)到偏航的目的，常見的有尾舵、舵輪和下風(fēng)向三種。這種系統(tǒng)多用于小型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，在中大型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)中較少采用。采用電力驅(qū)動(dòng)或液壓驅(qū)動(dòng)的方式拖動(dòng)偏航機(jī)構(gòu)對(duì)風(fēng)向變化響應(yīng)以使風(fēng)輪對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向的偏航方式稱為主動(dòng)偏航系統(tǒng)。對(duì)于大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)而言，通常會(huì)采主動(dòng)偏航的用齒輪驅(qū)動(dòng)形式，以下主要介紹主動(dòng)偏航系統(tǒng)。偏航系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)通常來說，對(duì)于大型并網(wǎng)水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)來說其主動(dòng)偏航系統(tǒng)機(jī)構(gòu)大體包括以下幾個(gè)部分：偏航軸承、偏航制動(dòng)裝置、偏航驅(qū)動(dòng)裝置和偏航保護(hù)裝置等。下圖所示為外齒式偏航系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的安裝圖，該機(jī)構(gòu)通常用在大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)上。軸承內(nèi)圈與風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)艙通過螺栓緊固相聯(lián)，偏航軸承外圈通過螺栓與風(fēng)力發(fā)電機(jī)的塔筒固定連接。當(dāng)風(fēng)向改變，需要偏航運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過安裝在減速機(jī)輸出軸上的小齒輪與偏航軸承上的外圈齒輪嚙合，進(jìn)而帶動(dòng)機(jī)艙繞塔筒軸線旋轉(zhuǎn)，使風(fēng)輪對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向。在機(jī)艙底板上裝有盤式制動(dòng)裝置，用于偏航系統(tǒng)停止工作時(shí)，保持機(jī)艙固定不動(dòng)。偏航載荷的確定風(fēng)力發(fā)電機(jī)的靜載荷包括機(jī)艙與風(fēng)輪的重量，作用在軸承上的軸向力。其動(dòng)載荷包括靜載荷與風(fēng)作用在風(fēng)輪上的載荷，如圖所示由上圖可知，作用在偏航軸承上的偏航力矩Myaw Myaw=MzR+yRFxR+Mbrake+Mfriction傾覆力矩Mtilt推薦精選Mtilt=M12+M22M1=MyR+zRFxRM2=MxR-yRFzR-zRFyR+yNFN徑向力FrFr=FyR2+FxR2軸向力FaFa=FzR+FN式中FxR機(jī)艙與風(fēng)輪上的側(cè)向載荷，單位 N；FyR風(fēng)輪上的軸向推力，單位 N；FzR風(fēng)輪重量，單位 N；MxR風(fēng)輪上x軸力矩矩，單位 Nm；MyR風(fēng)輪上y軸力矩，單位 Nm；MzR風(fēng)輪上z軸力矩，單位 Nm；FN機(jī)艙重量，單位 N；yN到機(jī)艙重心的水平距離，單位 m；yR到風(fēng)輪重心的水平距離，單位 m；zN到機(jī)艙重心的垂直距離，單位 m；zR到風(fēng)輪重心的垂直距離，單位 m。由以上公式可知風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航過程的運(yùn)動(dòng)方程式如式（所示）MD+MW+Mzr-FyrxR+MM+MR+MK=JWdWdt 式中MW作用在機(jī)艙上空氣產(chǎn)生的力矩，單位 NmMM機(jī)械制動(dòng)力矩，單位 NmMR回轉(zhuǎn)軸承的摩擦力矩，單位 NmMK回轉(zhuǎn)效應(yīng)產(chǎn)生的力矩，單位 NmJW偏航軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，單位 kgm2W偏航角速度，單位 rad/s公式中規(guī)定偏航驅(qū)動(dòng)力矩方向?yàn)檎苿?dòng)力矩為負(fù)。實(shí)現(xiàn)偏航的條件就是等號(hào)左邊的力矩之和大于零（穩(wěn)態(tài)時(shí)是零）。偏航力矩的方向與風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)的方向和偏航角度的方向有關(guān)，偏航的驅(qū)動(dòng)力矩與偏航角度和風(fēng)速有關(guān)，偏航角和風(fēng)速增加，偏航力矩也相應(yīng)的增加。偏航軸承偏航軸承是支撐水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)艙與塔筒間的連接部件，傳遞來自機(jī)艙與塔筒間的風(fēng)載，是風(fēng)力發(fā)電機(jī)保持關(guān)鍵運(yùn)行的關(guān)鍵部件。偏航軸承一般可分為兩類包括外齒式偏航軸承和內(nèi)齒式偏航軸承。外齒式是輪齒位于偏航軸承的外圈上，相對(duì)來說加工簡(jiǎn)單，安裝便捷；內(nèi)齒式是輪齒位于偏航軸承的內(nèi)圈上，其優(yōu)點(diǎn)是嚙合受力效果較好，結(jié)構(gòu)緊湊節(jié)省較大空間。偏航軸承的齒圈結(jié)構(gòu)見下圖風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航軸承的轉(zhuǎn)速很低，通常情況下n10r/min。但是由于機(jī)組所受的載荷復(fù)雜，包括徑向力、軸向力和傾覆力矩，因此對(duì)軸承運(yùn)行的安全可靠性及穩(wěn)定性具有較高的要求。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)組特性，偏航軸承承受的載荷變化幅值很大，故在動(dòng)載條件下，對(duì)軸承的接觸和疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)要求較高。我們知道標(biāo)準(zhǔn)滾子軸承的強(qiáng)度是用額定載荷C表示的，回轉(zhuǎn)軸承卻與它大不相同?；剞D(zhuǎn)軸承的強(qiáng)度是以曲線的形式給出的，該曲線給出所了允許的等效軸向載荷和等效傾覆力矩之間的關(guān)系。該曲線如圖所示推薦精選圖中所示的軸承壽命曲線代表了等效傾覆力矩與等效載荷的組合，在給定的轉(zhuǎn)速下與載荷下，軸承失效概率為10%。如果計(jì)算出某一軸承的等效傾覆力矩與等效軸向載荷，則可在曲線圖中描一點(diǎn)P，延長(zhǎng)線OP與軸承壽命曲線L相交。一般情況下，制造商都會(huì)以轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)的形式給出軸承壽命，可以將此圈數(shù)乘上OL/|OP|加以放大?；剞D(zhuǎn)軸承等效軸向載荷Feq計(jì)算方法與滾子軸承相似，也是通過軸向載荷Fa以及徑向載荷Fr來確定Feq=XFa+YFrKaKs式中X， Y組合因子，取決于軸承類型與Fa/Fr的值，X與 Y的值通常由制造商提供；Ka應(yīng)用因子，推薦的適用范圍對(duì)偏航軸承室1.72.0；Ks安全因子，等于相應(yīng)工況下對(duì)應(yīng)載荷的部分安全因子。傾覆力矩的計(jì)算見公式 等效傾覆力矩的計(jì)算公式為為Meq=MtKAKS其中KA，KS針對(duì)軸向載荷選取。回轉(zhuǎn)軸承摩擦力的計(jì)算公式為Myaw=uaMt+bFaDr+cFrDr式中：Myaw摩擦力矩a、b、c比例系數(shù)u摩擦系數(shù)Mt傾覆力矩Fa軸向力（重力）Fr切向力Dr軸承滾道直徑由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)多數(shù)采用外齒式偏航軸承開式齒輪傳動(dòng)，且軸承所受負(fù)載復(fù)雜，受環(huán)境影響較大，其最基本失效形式表現(xiàn)為輪齒折斷和磨損。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，大多數(shù)偏航軸承故障都是由輪齒故障引起的，也有少部分是滾動(dòng)體破壞導(dǎo)致的。風(fēng)力發(fā)電機(jī)工況復(fù)雜，設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)載荷很難準(zhǔn)確無誤的掌握，傳動(dòng)部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度決定了軸承的質(zhì)量43。偏航驅(qū)動(dòng)偏航驅(qū)動(dòng)是為偏航系統(tǒng)提供動(dòng)力的結(jié)構(gòu)，由偏航電機(jī)、偏航減速器以及偏航小齒輪組成。該機(jī)構(gòu)通過法蘭連接到機(jī)艙底部的機(jī)架上，用以拖動(dòng)機(jī)艙旋轉(zhuǎn)。該機(jī)構(gòu)如圖所示由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)艙空間有限，偏航電機(jī)一般采用轉(zhuǎn)速較高的電動(dòng)機(jī)，以盡可能減小占用的空間。由于偏航結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)速很低，因此需要選用傳動(dòng)比范圍大、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、傳動(dòng)效率高和輸入輸出同軸的減速器，在實(shí)際應(yīng)用中，多級(jí)行星齒輪變速箱應(yīng)用比較頻繁。偏航驅(qū)動(dòng)裝置一般采用偶數(shù)組（2組、4組、6組等）對(duì)稱布置在偏航軸承齒圈周圍，以達(dá)到傳動(dòng)平穩(wěn)，防止受力不均的作用。圖（）某一風(fēng)力發(fā)電機(jī)4組偏航驅(qū)動(dòng)裝置的對(duì)稱分布圖。偏航制動(dòng)裝置偏航系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)一種制動(dòng)器，用以保證在風(fēng)速較高時(shí)，機(jī)艙與塔筒間連接，機(jī)艙不出現(xiàn)擺動(dòng)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)能正常工作時(shí)。制動(dòng)器在一定的負(fù)載下，制動(dòng)力矩穩(wěn)定，在偏航過程中，制動(dòng)器提供的阻尼力矩應(yīng)該保持平穩(wěn)，與設(shè)計(jì)值的偏差不應(yīng)大于5%，制動(dòng)過程噪聲?。恢苿?dòng)器在閉合時(shí)，摩擦面與制動(dòng)盤接觸面積大于50%。摩擦片周邊與制動(dòng)器的配合間隙小于0.5mm；制動(dòng)器設(shè)有自動(dòng)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，保證制動(dòng)力矩及偏航阻尼力矩穩(wěn)定。偏航系統(tǒng)制動(dòng)器有常閉式與常開式兩種形式，常閉式制動(dòng)器平時(shí)關(guān)閉，在有動(dòng)力條件下開啟，常開式推薦精選制動(dòng)器在有動(dòng)力的條件下鎖緊狀態(tài)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般采用液壓拖動(dòng)的鉗盤式制動(dòng)器（常閉式制動(dòng)器），其結(jié)構(gòu)如下圖所示。該制動(dòng)器體是由整體輕合金制造，具有較高的剛度與強(qiáng)度。制動(dòng)塊由背板與摩擦片壓在一起，摩擦片多為矩形或扇形，摩擦片材料具有較高的摩擦系數(shù)、較強(qiáng)的抗衰退系數(shù)與穩(wěn)定性。制動(dòng)盤通常位于塔架與偏航軸承之間，大多數(shù)情況下為圓環(huán)狀，制動(dòng)盤的連接具有較高的可靠性，保證制動(dòng)盤不動(dòng)，制動(dòng)盤應(yīng)具有較高的強(qiáng)度與韌性，長(zhǎng)期使用不出現(xiàn)機(jī)構(gòu)疲勞順壞。此外，在未制動(dòng)狀態(tài)下，制動(dòng)盤與制動(dòng)塊間應(yīng)具有一定間隙，保證機(jī)艙能自由轉(zhuǎn)動(dòng)，因此制動(dòng)器安裝需要較高的精度。偏航保護(hù)裝置偏航計(jì)數(shù)器是一種能夠記錄偏航系統(tǒng)同一方向旋轉(zhuǎn)圈數(shù)的裝置，當(dāng)該圈數(shù)達(dá)到規(guī)定的處級(jí)解纜圈數(shù)或者終極解纜圈數(shù)時(shí)，該計(jì)數(shù)器會(huì)給控制系統(tǒng)發(fā)送一個(gè)信號(hào)，由控制系統(tǒng)控制機(jī)組進(jìn)行解纜，以防止偏航同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)過多導(dǎo)致的電纜扭斷。計(jì)數(shù)器一般由帶控制開關(guān)的渦輪蝸桿裝置組成。扭纜保護(hù)裝置也是偏航系統(tǒng)不可或缺的組成部分，其主要起到失效保護(hù)的作用。該裝置由控制開關(guān)和觸點(diǎn)機(jī)構(gòu)組成，且獨(dú)立于主控系統(tǒng)。一般情況下，控制開關(guān)安裝在塔筒的內(nèi)壁上，觸點(diǎn)機(jī)構(gòu)安裝在機(jī)組懸垂部分的電纜上，當(dāng)偏航系統(tǒng)的偏航動(dòng)作失效后，電纜扭絞達(dá)到威脅機(jī)組安全運(yùn)行的程度時(shí)，觸點(diǎn)機(jī)構(gòu)觸發(fā)控制開關(guān)該，裝置將被觸發(fā)，使機(jī)組緊急關(guān)機(jī)，以達(dá)到失效保護(hù)的目的。本章小結(jié)本章主要研究了偏航系統(tǒng)在偏航狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)。在偏航角的存在的情況下，應(yīng)用經(jīng)典空氣動(dòng)力學(xué)理論不能很好的反應(yīng)實(shí)際情況，因此需要對(duì)該理論進(jìn)行修正，進(jìn)而得到偏航時(shí)的動(dòng)量定理以及葉素動(dòng)量理論。在偏航狀態(tài)下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)特性存在很大的變化，本章從經(jīng)典的葉素動(dòng)量定理入手，通過實(shí)際情況分析，利用升力缺損函數(shù)來修正二維升力進(jìn)而求出風(fēng)輪在偏航狀態(tài)下的軸向力及切向力，為以后的分析仿真做準(zhǔn)備。此外，本章還介紹了偏航系統(tǒng)的組成及結(jié)構(gòu)以及它們?cè)谄竭\(yùn)動(dòng)中作用，為以后的建模仿真分析奠定基礎(chǔ)。 （注：可編輯下載，若有不當(dāng)之處，請(qǐng)指正，謝謝!） 推薦精選