風(fēng)力發(fā)電機(jī)組工作原理和技術(shù)基礎(chǔ)

前言

　　風(fēng)能是一種取之不盡、用之不竭的綠色環(huán)保型可再生能源。在可再生能源中，利用風(fēng)能發(fā)電是除水能資源外技術(shù)最成熟、最具有大規(guī)模開(kāi)發(fā)和商業(yè)利用價(jià)值的發(fā)電方式。由于其在減輕環(huán)境污染、減少溫室氣體排放、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展方面的突出作用，越來(lái)越多地受到世界各國(guó)的高度重視。　　我國(guó)已把利用風(fēng)能作為一項(xiàng)基本的能源政策。第十一個(gè)五年計(jì)劃以來(lái)，我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，風(fēng)力發(fā)電人才的缺口很大，許多大學(xué)與職業(yè)技術(shù)院校相繼開(kāi)設(shè)新能源或風(fēng)力發(fā)電專業(yè)，但苦于沒(méi)有合適的教材。作者根據(jù)近年來(lái)講授風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的心得體會(huì)，參照國(guó)家和行業(yè)制定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合帶領(lǐng)學(xué)生下廠實(shí)習(xí)所獲得的知識(shí)和本專業(yè)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，編寫(xiě)出適合大學(xué)及職業(yè)技術(shù)院校學(xué)生學(xué)習(xí)能力的，適合工作在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備生產(chǎn)第一線人員培訓(xùn)需要的，介紹風(fēng)力發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)技術(shù)的教學(xué)與培訓(xùn)用書(shū)，也可以作為自學(xué)資料?！　”緟矔?shū)由三個(gè)分冊(cè)組成，即《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組工作原理和技術(shù)基礎(chǔ)》、《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)及加工工藝》、《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安裝·運(yùn)行·維護(hù)》，構(gòu)成一個(gè)比較完整的教材體系。特點(diǎn)是以國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為主線，避開(kāi)與生產(chǎn)無(wú)關(guān)的純理論問(wèn)題，重點(diǎn)介紹風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的實(shí)用生產(chǎn)技術(shù)。學(xué)習(xí)本叢書(shū)前，最好先學(xué)習(xí)一些機(jī)械、電工電子和液壓基礎(chǔ)知識(shí)，這樣會(huì)收到事半功倍的學(xué)習(xí)效果?！　¤b于在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，各生產(chǎn)企業(yè)間存在著激烈的競(jìng)爭(zhēng)，各生產(chǎn)企業(yè)均將新設(shè)計(jì)、新材料、新工藝作為商業(yè)秘密對(duì)待。因此本書(shū)有關(guān)新設(shè)計(jì)、新材料、新工藝方面的內(nèi)容不可能詳盡，可能無(wú)法滿足一些讀者需求，在此敬請(qǐng)理解和原諒。一個(gè)產(chǎn)品的加工工藝方法往往不是唯一的，沒(méi)有最好只有更好，希望能對(duì)讀者起到拋磚引玉的作用?！　”緟矔?shū)在編寫(xiě)過(guò)程中查閱了大量的相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和出版物，并且閱讀了互聯(lián)網(wǎng)上的相關(guān)文章，這些資料為本叢書(shū)的編寫(xiě)提供了大量的素材。本叢書(shū)中的部分圖片由吳昊老師繪制，在此向這些出版物和文章的作者及吳昊老師表示衷心的感謝。本叢書(shū)內(nèi)容經(jīng)過(guò)中國(guó)科學(xué)院電工所科諾偉業(yè)公司武鑫博士、中科宇能公司技術(shù)總監(jiān)徐宇博士后、天威保變風(fēng)電公司魯志平總工程師、國(guó)電聯(lián)合動(dòng)力技術(shù)公司王志強(qiáng)總工程師、中航惠騰風(fēng)電公司王志軍工程師審閱，在此向參加審閱的專家、學(xué)者表示衷心的感謝。　　由于編者水平有限，書(shū)中錯(cuò)誤和不當(dāng)之處在所難免，誠(chéng)請(qǐng)廣大讀者朋友批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

　　《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組工作原理和技術(shù)基礎(chǔ)》采用圖文并茂的形式，詳細(xì)介紹了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的整機(jī)及其主要組成部分的結(jié)構(gòu)、工作原理和技術(shù)要求。主要內(nèi)容包括：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組概述、葉片、風(fēng)輪輪轂與變槳距系統(tǒng)、風(fēng)輪軸與齒輪箱、發(fā)電機(jī)、制動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。

書(shū)籍目錄

前言第一章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組概述1第一節(jié) 風(fēng)能的利用1第二節(jié) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組5第三節(jié) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的要求9本章小結(jié)15復(fù)習(xí)思考題16第二章 葉片17第一節(jié) 葉片的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)要求17第二節(jié) 葉片的典型結(jié)構(gòu)18本章小結(jié)27復(fù)習(xí)思考題27第三章 風(fēng)輪輪轂與變槳距系統(tǒng)28第一節(jié) 風(fēng)輪輪轂28第二節(jié) 變槳距系統(tǒng)30本章小結(jié)41復(fù)習(xí)思考題43第四章 風(fēng)輪軸與齒輪箱44第一節(jié) 風(fēng)輪軸與齒輪箱的技術(shù)要求及典型結(jié)構(gòu)44第二節(jié) 齒輪箱的主要零部件51第三節(jié) 齒輪箱的潤(rùn)滑與監(jiān)控55本章小結(jié)58復(fù)習(xí)思考題59第五章 發(fā)電機(jī)61第一節(jié) 發(fā)電機(jī)概述61第二節(jié) 風(fēng)力發(fā)電用發(fā)電機(jī)66本章小結(jié)75復(fù)習(xí)思考題76第六章 制動(dòng)系統(tǒng)77第一節(jié) 制動(dòng)系統(tǒng)概述77第二節(jié) 機(jī)械制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)81第三節(jié) 制動(dòng)系統(tǒng)的控制要求85本章小結(jié)86復(fù)習(xí)思考題87第七章 液壓系統(tǒng)88第一節(jié) 液壓系統(tǒng)概述88第二節(jié) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組液壓系統(tǒng)的類型91第三節(jié) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組對(duì)液壓系統(tǒng)及零部件的要求96本章小結(jié)103復(fù)習(xí)思考題105第八章 支撐系統(tǒng)106第一節(jié) 機(jī)艙與底盤(pán)106第二節(jié) 偏航系統(tǒng)109第三節(jié) 塔架117本章小結(jié)120復(fù)習(xí)思考題121第九章 控制系統(tǒng)123第一節(jié) 控制系統(tǒng)概述123第二節(jié) 控制功能和參數(shù)130第三節(jié) 安全保護(hù)系統(tǒng)138第四節(jié) 監(jiān)控和安全處理143第五節(jié) 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)150第六節(jié) 變流器155本章小結(jié)161復(fù)習(xí)思考題163參考文獻(xiàn)165

章節(jié)摘錄

　　3.有效風(fēng)速　　有效風(fēng)速一般也稱為可利用風(fēng)速。因?yàn)樵诋?dāng)前的技術(shù)條件下，只有當(dāng)風(fēng)速大于3m／s時(shí)才能有效地推動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉輪，使其進(jìn)入正常的工作狀態(tài)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)一年的正常工作小時(shí)數(shù)決定了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作效率及經(jīng)濟(jì)性。年平均風(fēng)速大于3m／s的年小時(shí)數(shù)，表明風(fēng)場(chǎng)在一年內(nèi)風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以起動(dòng)工作的小時(shí)數(shù)。小時(shí)數(shù)越多說(shuō)明風(fēng)場(chǎng)利用價(jià)值越高?！　?.參考風(fēng)速和極限風(fēng)速　　參考風(fēng)速定義為50年一遇的、在輪轂高度處能持續(xù)10min的陣風(fēng)平均風(fēng)速。極限風(fēng)速定義為1.4倍參考風(fēng)速。極限風(fēng)速這一指標(biāo)的意義在于它決定了風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)的強(qiáng)度和剛度指標(biāo)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)要想安全地工作，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及其零部件就必須保證在瞬時(shí)最大風(fēng)速時(shí)不會(huì)損壞?！　∪?、我國(guó)風(fēng)能分布的特點(diǎn)　　我國(guó)在地球的北半球，地處太平洋西岸，特定的地理位置和我國(guó)特有的地形地貌，使我國(guó)風(fēng)能資源分布有以下特點(diǎn)：　　1）東南沿海及其島嶼是我國(guó)的最大風(fēng)能資源區(qū)。但是這一區(qū)域僅限于沿海岸線幾十公里的陸地，向內(nèi)陸由于丘陵的阻滯會(huì)使風(fēng)能銳減?！　?）新疆的東部、甘肅的北部和內(nèi)蒙古中西部也是我國(guó)的風(fēng)能資源密集區(qū)。這一地區(qū)地勢(shì)平坦廣闊，雖然風(fēng)力由北向南逐漸減弱，但變化較慢，也是我國(guó)風(fēng)能資源比較豐富的地區(qū)。　　3）黑龍江和吉林兩省的東部及遼東半島沿海地區(qū)風(fēng)能資源也很豐富。　　4）青藏高原北部、新疆北部、華北北部、內(nèi)蒙古東部、東北的西北部和渤海、黃海沿海地區(qū)也屬于風(fēng)能資源較豐富地區(qū)。　　風(fēng)力資源的好壞直接決定風(fēng)電成本的高低，根據(jù)我國(guó)風(fēng)能資源情況及技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件，開(kāi)發(fā)重點(diǎn)應(yīng)放在內(nèi)蒙古、東北、西北、西藏、東南沿海及島嶼、高山、風(fēng)口等風(fēng)能資源豐富地區(qū)，尤其是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、電網(wǎng)條件好的地區(qū)。另一方面，我國(guó)海岸線較長(zhǎng)，發(fā)展海上風(fēng)電場(chǎng)也是我國(guó)風(fēng)電發(fā)展的一個(gè)方向。　　四、風(fēng)力發(fā)電　　除帆船是靠風(fēng)帆直接推動(dòng)來(lái)利用風(fēng)能外，一般都是利用風(fēng)輪收集風(fēng)能，再將其轉(zhuǎn)變成旋轉(zhuǎn)機(jī)械能驅(qū)動(dòng)各種工作機(jī)械。良好的風(fēng)場(chǎng)多數(shù)又處于人煙稀少的地區(qū)且機(jī)械能不能進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送，而電能是一種清潔干凈的二次能源，具有利用電網(wǎng)便于遠(yuǎn)距離輸送的優(yōu)勢(shì)。于是通過(guò)發(fā)電機(jī)，將風(fēng)輪收集轉(zhuǎn)化成的機(jī)械能再轉(zhuǎn)變成電能，成為風(fēng)能利用的主導(dǎo)方式?！　〔⒕W(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功能是將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，再將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，輸送到電網(wǎng)中。一臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換功能由若干機(jī)構(gòu)和零部件組成，目前市場(chǎng)上水平軸三葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)組占主導(dǎo)地位。并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，為了便于和離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)相區(qū)別，習(xí)慣上把并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)稱為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，也簡(jiǎn)稱為風(fēng)電機(jī)組。

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