风电机组偏航系统讲解
运行与维护4 第四章偏航系统
风力发电机组的偏航系统
风力发电机组的偏航系统主要功能：一是使风轮跟踪变化稳 定的风向；二是保护风力发电机组安全运行；三是当机组由于偏 航作用，机舱内引出的电缆发生缠绕时，自动解除缠绕。
偏航系统主要由偏航测量、机械传动部分、扭缆保
护装置组成。驱
偏航电机
机械 传动
偏航驱动
减速齿轮箱 偏心盘 偏航小齿轮
偏航过程分自动偏航、90°侧风偏航和手动偏航三个 过程。其中手动偏航优先级最高。
自动偏航 90°侧风偏航
90°侧风偏航过程在风机系统出现意外故障时执行。 采样半分钟风向，执行侧风偏航过程。
偏航的运行
偏航过程分自动偏航、90°侧风偏航和手动偏航三个
过程。其中手动偏航优先级最高。
自动偏航 90°侧风偏航 手动偏航 在机舱顶部有手动左/右偏航开关，在塔架底部计算
磨损
连接
检查内圈和外圈 安装螺栓的预紧 力矩、系统的螺 栓力矩。
偏航制动盘
清洁
第四章 偏航系统 偏航系统的组成
偏航 机械 扭缆 测量 传动 保护
工作原理 系统维护
风力发电机组的偏航系统
风力发电机组的偏航系统主要功能：一是使风轮跟踪变化稳 定的风向；二是保护风力发电机组安全运行；三是当机组由于偏 航作用，机舱内引出的电缆发生缠绕时，自动解除缠绕。
风力发电机组的偏航系统
风力发电机组的偏航系统主要功能：一是使风轮跟踪变化稳 定的风向；二是保护风力发电机组安全运行；三是当机组由于偏 航作用，机舱内引出的电缆发生缠绕时，自动解除缠绕。
风能 +
-
控制器
放大器 偏航机构 风力发电机
偏航计数 检测元件
风轮轴方向
偏航的运行
风力发电机及偏航系统
风力发电机及偏航系统引言：风力发电是一种利用风能将其转化为电能的发电方式。
它是一种环保、可再生的能源，可以帮助减少对传统化石燃料的依赖，并减少排放。
风力发电机是风力发电的核心设备，而偏航系统是确保风力发电机能够高效运行的关键部件。
本文将从风力发电机的原理、构造和工作原理以及偏航系统的功能、原理和优化等方面进行阐述，以帮助读者更好地理解风力发电机及偏航系统的工作原理与应用。
一、风力发电机1.原理2.构造3.工作原理当风力吹过风力发电机的叶片时，叶片产生升力，并形成一个扭转力矩。
这个扭转力矩通过轴传递给发电机，进而带动发电机转子旋转。
转子内部的磁场与绕组相互作用，产生感应电动势，从而产生电能。
二、偏航系统1.功能偏航系统是风力发电机中的重要部分，其主要功能是使风力发电机始终面向风向，以利用风能的最大化。
偏航系统可以通过调整发电机的方向来适应风的变化，确保叶片始终相对于风的方向。
2.原理偏航系统通常由风向传感器、控制器和驱动器等组成。
风向传感器负责感知风的方向，控制器根据风向数据和预设参数进行判断和计算，驱动器则通过调整发电机的方向来控制风力发电机的偏航。
3.优化为了提高风力发电系统的效益，偏航系统的优化也尤为重要。
通过采用更先进的风向传感器、控制算法和驱动器技术，可以提高偏航系统的准确性和响应速度，进而提高风力发电机的发电效率。
结论：风力发电机及偏航系统是风力发电的重要组成部分，其工作原理和优化对风力发电系统的效益起到至关重要的作用。
理解和掌握风力发电机及偏航系统的原理和应用，对于推广和应用风力发电具有重要的指导意义。
随着技术的不断进步，风力发电的效率和可靠性将继续提升，为可持续发展和环境保护做出积极贡献。
2.5 偏航系统解析
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限位开关 大齿圈
接近开关
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风力发电机组的偏航系统
风力发电机组的偏航系统一般分为被动偏航 系统和主动偏航系统。 被动偏航系统：多用于小型的独立风力发电 系统，由尾舵控制，风向改变时，被动对风。 主动偏航系统：多用大型并网型风力发电系 统，由位于下风向的风向标发出的信号进行主动 对风控制。
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尾舵对风
被动偏航系统---尾舵对风是最常用 的一种对风装置, 它广泛用于小、微 型风力机。
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偏航系统
功能：改变机舱朝向以实现对风、解缆保护
主要部件：
偏航大齿圈 侧面轴承
滑垫保持装置
滑动衬垫 偏航驱动装置
圆弹簧即调整螺栓
偏航计数器 风速风向仪
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偏航系统装配位置
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偏航系统结构
风轮安装在机舱前端，机舱安装在塔架上，机舱能以塔架轴线为轴转 动，使风轮面对来风。 塔架顶端的塔筒法兰上安装偏航轴承，偏航轴承的外圈固定在塔架顶 端，偏航轴承的内圈将用来安装机舱底盘。偏航轴承有很强的轴向承重能 力、能承受径向冲击力与倾覆力矩，在偏航轴承外圈的外围集成着偏航齿 轮。
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偏航系统
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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、和主机架用螺栓件连 接在一起。 每个齿轮箱还有一个外置的透 明油位计，用于检查油位。 偏航电机内部含有温度传感器，控 制绕组温度在155℃之内。
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偏航系统工作过程
首先，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，即朝向东南方向，但是随着时间变化，风 向逐渐的变化为南风了，那么机组就不能在原来位置工作了 。 这时，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，上图可以看出，偏航驱动 装置通过螺栓紧固在主机架上，而大齿圈通过88个螺栓紧固 在塔筒法兰上，不可旋转，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，并不一定瞬时从东南 风就变为南风了，而是一个逐渐变化的过程。
风力机偏航系统
限位开关
大齿圈
接近开关
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当然风向变化是一个连续的过程，并不一定瞬时从东南风就 变为南风了，而是一个逐渐变化的过程。
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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，机舱不能总是朝向一个方向旋转，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。
这时，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，上图可以看出，偏航驱动装 置通过螺栓紧固在主机架上，而大齿圈通过88个螺栓紧固在 塔筒法兰上，不可旋转，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。
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尾舵对风
许多农用的多 叶风轮风力机也采 用尾舵对风，有些 尾舵是两叶张开的 样式，对风有较大 的阻力，以抗衡多 叶风轮的阻力，保 证稳定的对风。
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尾舵对风
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侧风轮对风
侧风轮对风结构在机舱后部两侧有两个侧风轮（舵轮），两个侧风轮一 般在同一个转轴上，转轴水平并与风力机风轮主轴垂直。在风力机准确对风 时两侧风轮面与风向平行，侧风轮不会旋转；当风力机未对风时侧风轮与风 有夹角就会旋转，并通过齿轮、蜗杆蜗轮推动机舱转动直至风力机风轮对风 后停止。
偏航系统
4.3 偏航系统偏航系统是风力发电机组特有的伺服系统，是风力发电机组电控系统必不可少的重要组成部分。
它的功能有两个：一是要控制风轮跟踪变化稳定的风向；二是当风力发电机组由于偏航作用，机舱内引出的电缆发生缠绕时，自动解除缠绕。
风力机偏航的原理是通过风传感器检测风向、风速，并将检测到的风向信号送到微处理器，微处理器计算出风向信号与机舱位置的夹角，从而确定是否需要调整机舱方向以及朝哪个方向调整能尽快对准风向。
当需要调整方向时，微处理器发出一定的信号给偏航驱动机构，以调整机舱的方向，达到对准风向的目的。
风力机发电机组的偏航系统是否动作，受到风向信号的影响，而偏航系统及其部件的运行工况和受力情况也受到地形状况影响。
本章主要阐述偏航控制系统的功能、原理、以及影响偏航系统工作的一些确定的和不确定的因素。
4.3.1 偏航系统的工作原理偏航系统的原理框图如图4-11 所示，工作原理为：通过风传感器将风向的变化传递到偏航电机控制回路的处理器里，判断后决定偏航方向和偏航角度，最终达到对风目的。
为减少偏航时的陀螺力矩，电机转速将通过同轴联接的减速器减速后，将偏航力矩作用在回转体大齿轮上，带动风轮偏航对风。
当对风结束后，风传感器失去电信号，电机停止工作，偏航过程结束。
图4-11 偏航系统硬件设计框图4.3.1 偏航控制系统的功能偏航控制系统主要具备以下几个功能：（1）风向标控制的自动偏航；（2）人工偏航，按其优先级别由高到低依次为：顶部机舱控制偏航、面板控制偏航、远程控制偏航；（3）风向标控制的90°侧风；（4）自动解缆；4.3.2 偏航系统控制原理风能普密度函数为：432222||1K i W i W S S V ωφωππφ=⎡⎤⎛⎫⎢⎥+ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦（1） 其中，1()2i i ωω=-⋅∆，风波动频率；ω∆—积分步长；K S —表面张力因数； φ—风波动范围因数；W V —平均风速。
平均风速W V 附近的瞬时风速()Wv t 为：1()2co s()n W i i i v t t ωφ==⋅+∑（2）对于时变量i 而言，i φ为自由独立变量，0<i φ<2π，n 为积分步长数量。
风力发电机组偏航系统详细介绍
风力发电机组偏航系统详细介绍一、引言随着可再生能源的快速发展，风力发电成为了新兴的清洁能源选择之一、风力发电机组的偏航系统是其核心组成部分之一，它能够使风力发电机组在不同风向下旋转，实现最大风能有效利用。
本文将详细介绍风力发电机组偏航系统的原理、构成和工作过程。
二、原理1.风向感知：通过风速传感器和风向传感器，实时感知风的强度和方向。
2.控制系统：根据风向传感器的反馈信息，计算出偏航控制参数，并传递给执行机构。
3.执行机构：根据控制系统的指令，调整风轮的朝向，使其与风向保持一致。
三、构成1.传感器：风力发电机组偏航系统中的传感器主要包括风速传感器和风向传感器。
风速传感器用于感知风的强度，而风向传感器则用于感知风的方向。
2.控制系统：控制系统是风力发电机组偏航系统的核心部分，主要包括控制算法和控制器。
控制算法根据风向传感器的反馈信息计算出偏航控制参数，而控制器则将这些参数传递给执行机构。
3.执行机构：执行机构负责调整风力发电机组的朝向，使其与风向保持一致。
常见的执行机构包括偏航控制器、偏航电机等。
四、工作过程1.感知风向：风力发电机组偏航系统通过风向传感器感知风的方向。
2.计算控制参数：根据风向传感器的反馈信息，控制算法计算出偏航控制参数。
3.传递控制参数：控制器将计算得到的偏航控制参数传递给执行机构。
4.调整朝向：执行机构根据控制参数的指令，调整风力发电机组的朝向，使其与风向保持一致。
5.持续监测：风力发电机组偏航系统持续监测风的方向，根据实时的风向信息进行调整，实现持续稳定的发电。
五、总结风力发电机组偏航系统是风力发电的关键技术之一，它能够在不同风向下实现最大风能有效利用。
本文详细介绍了风力发电机组偏航系统的原理、构成和工作过程。
通过合理的感知、计算和调整机制，风力发电机组能够始终面向风向，实现高效稳定的发电效果。
随着风力发电技术的不断发展，风力发电机组偏航系统也将不断完善，为可再生能源的发展做出更大的贡献。
风电机组偏航系统
3.1 侧面轴承及其组件
• 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 滑动衬垫是用专用粘胶粘合在压板上的，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Байду номын сангаас图。
• 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。
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。风速风向仪位于机舱罩子 外部，远离叶轮一侧，阻流板前面。结构如图所 示
4.偏航常见故障及可能原因
4.1 齿圈齿面磨损原因
• 齿轮副的长期啮合运转 • 相互啮合的齿轮副齿侧间隙中渗入杂质 • 润滑脂严重缺失使得齿轮副处于干摩擦状
• 圆弹簧是放在定位销上的，每个定位销共有8个圆弹簧， 分两组背靠背放置。
3.2 滑垫保持装置及其组件
• 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，就要靠滑垫保持装置了，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滑垫 保持装置与主机架连接为一体。
• 正对叶轮方向看去，限位开关位于接近开关左侧， 直接通过螺栓固定于主机架上。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
风力发电机组偏航系统
风力发电机组偏航系统偏航系统的功能是驱动风轮跟踪风向的变化，使其扫掠面始终与风向垂直，以最大限度地提升风轮对风能的捕获能力。
偏航系统位于塔架和主机架之间，一般由偏航轴承、偏航驱动装置、偏航制动器、偏航计数器、纽缆保护装置、偏航液压装置等几个部分组成，结构简图如图2-17所示，包含外齿驱动[图2-17（a）]和内齿驱动[图2-17（b）]两种形式。
当风向改变时，风向仪将信号传输到控制装置，控制驱动装置工作，小齿轮在大齿圈上旋转，从而带动机舱旋转使得风轮对准风向。
机舱可以两个方向旋转，旋转方向由接近开关进行检测。
当机舱向同一方向偏航的角度达到700°（根据机型设定）时，限位开关将信号传输到控制装置后，控制机组快速停机，并反转解缆。
偏航驱动装置可以采用电动机驱动或液压马达驱动，制动器可以是常闭式或常开式。
常开式制动器一般是指有液压力或电磁力拖动时，制动器处于锁紧状态；常闭式制动器一般是指有液压力或电磁力拖动时，制动器处于松开状态。
采用常开式制动器时，偏航系统必须具有偏航定位锁紧装置或防逆传动装置。
图2-17 偏航系统结构简图1.偏航轴承偏航轴承的轴承内、外圈分别与机组的机舱和塔体用螺栓连接。
轮齿可采用内齿或外齿形式。
内齿形式是轮齿位于偏航轴承的内圈上，啮合受力效果较好，结构紧凑；外齿形式是轮齿位于偏航轴承的外圈上，加工相对来说比较简单。
具体采用哪种形式应根据机组的具体结构和总体布置进行选择。
偏航齿圈结构简图如图2-18所示。
（1）偏航齿圈的轮齿强度计算方法参照DIN3990—1970《圆柱齿轮和圆锥齿轮承载能力的计算》和GB 3480—1997《渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法》及GB/Z 6413.2—2003《圆柱齿轮、锥齿轮和准双曲面齿轮胶合承载能力计算方法：第2部分》进行计算。
在齿轮的设计上，轮齿齿根和齿表面的强度分析，应使用以下系数：图2-18 偏航齿圈结构简图＞1.0；对轮齿齿根断裂强1）静强度分析。
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偏航传感器
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偏航传感器
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偏航机构
•Almost all horizontal axis wind turbines use forced yawing, i.e. they use a mechanism which uses electric motors and gearboxes to keep the turbine yawed against the wind.浙江风电公司 吴金城来自182008年9月4日
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偏航刹车的作用
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Mp——调向起动时由惯性力所引起的惯性阻力矩；
Mz——使风力机运行和调向平稳而由制动器产生的阻尼力矩
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偏航系统部件
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两种偏航结构
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两种偏航类型的特点
主动偏航：上风向
自由偏航：下风向
偏航机构的两个作用： 跟踪风向 解缆
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基本结构
风力发电机组的机舱和塔架分别与回转支承的内外环联接。当 风力机偏离风向时，风向风速仪发出信号，经计算机发出指令，驱 动安装在机舱内的调向减速机构，通过安装在调向减速机构上的小 齿轮与回转支承的大齿轮啮合，使机舱绕塔架轴线旋转，从而使风 轮对准风向。
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风力发电机组调向对风机构的功能是用以克服机组的调向阻力 矩，确保机组在任何工况下运行时都能正对风向（即使风轮旋转平 面垂直于风向），以利于最大限度地吸收风能。
两种基本类型： 主动偏航——用于上风式机组，利用电机驱动。 自由偏航——通常用于下风式机组，利用空气动力驱动。
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扭缆保护
The wind turbine is therefore equipped with a cable twist counter which tells the controller that it is time to untwist the cables.
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偏航机构设计
大型风力机调向机构的工作载荷主要是调向阻力矩。当风力机在运行过程
中，起动调向对风时，调向阻力矩M一般由下列阻力矩组成：
M=Mw+Mp+Mf+Mz
（1）
式中：Mｆ——作用于回转支承装置上的摩擦阻力矩；
Mｗ——风压力作用于机舱上所引起的风阻力矩；
调向机构主要由以下四个部分组成： (1) 用于接收风速、风向信号的风向风速仪； (2) 调向机构的原动机，在机电或电液伺服机构中是电动机； (3) 调向机构的机械传动装置（一般起减速作用），在机电机 构中，它是减速箱，在液电机构中，它由油泵和液压马达组成； (4) 齿轮副（调向机构通过安装在减速箱输出轴或液压马达上 的回转小齿轮和回转支承装置上的大齿轮啮合，以实现风轮和机舱 绕塔架轴线的回转）。