偏航系统安装

大型风力发电机偏航系统一般采取图 2.6 所示的结构。风力发

电机机架安装在回转支撑（偏航轴承）上，回转支撑的内齿圈与塔筒用螺栓紧固相连，外圈与机架固定。当需要随风向改变风轮位置时，通过安装在驱动部件上的小齿轮与大齿圈啮合带动主机架和机舱旋转使风轮对准风向。

2.3.2 偏航驱动部件

偏航驱动部件一般由电动机、大减速比减速器和驱动小齿轮组成，通过法兰连接安装到主机架上，如图 2.7 所示。

由于设计空间有限，驱动部件一般选用转速较高的电动机，以尽可能的减小设计结构的体积。由于偏航驱动的要求输出的电机转速很低，所以必须采用紧凑的大速比减速器，以满足偏航执行机构的设计要求。根据设计要求偏航可选择立式或其他形式的安装，采用多级行星齿轮传动，以实现大速比和紧凑型的要求。

表 2.1 所示为某风力发电机偏航减速的设计指标

Table2.1 Wind turbine yaw reducer technical indicators 额定输入功率 0.55kw 使用寿命 20 年 额定输入转速 695r/min 噪声 ≤85dB 额定输出转速 0.437r/min 额定扭矩 10N.m 减速比 1590 重量 160kg

偏航驱动装置一般都是多组（有 2 组、4 组和 6 组等），驱动装置对称的分布在偏航轴承齿圈周围，以达到受力均匀传动平稳的目的。 2.3.3 偏航轴承

偏航轴承是保证风电机组可靠运行的关键部件，是一种采用滚动体支撑的专用轴承。偏航轴承相对于普通轴承来说，偏航轴承的显著特征是具有可实现的外啮合或内啮合的轮齿齿轮，如图 2.8 所示。

风电机组的偏航轴承运动的转速很低，一般轴承的转速 n≤

10r/min。但由于承受风电机组的所有运动部件的产生的轴向力、径向力和倾覆力矩，要求轴承部件有较高的承载能力和可靠性。考虑到风电机组的运行特性，此类轴承的承受载荷的变动幅值较大，因此对动载荷条件下的接触和疲劳强度设计要求较高。同时在极限载荷的作用条件下，轴承滚子的接触应力分析也是保证其可靠工作的设计因素。

偏航轴承的齿轮为开式齿轮传动，受环境影响较大、受载复杂，基本的失效形式为轮齿的折断和磨损。设计实践表明，除了滚动体破坏外，轮齿的损伤是导致偏航失效的重要因素。由于设计载荷难以准确的掌握，传动部分的结构强度往往决定了轴承的设计质量 2.3.4 偏航制动器

为保证风电机组运行的稳定性，偏航系统一般需要设置偏航制动器，多采用液压钳盘式制动器，图 2.9 给出一种钳盘式制动器的设计结构。制动盘的材质应该有足够的强度和韧性，要求在风电机组寿命期内，制动盘不会出现疲劳等形式的失效。制动钳一般由制动钳体和制动块组成，制动钳通过高强度螺栓连接在主机架上，制动衬块应由由专用的耐磨材料制成。

对偏航制动器的设计基本要求，是保证风电机组额定负载的情况下制动转矩稳定，且制动过程中没有异响噪声。制动器在额定负载下配合时，制动衬垫和制动盘的贴合面积应不小于设计面积的 50%，制动衬垫周边与制动钳的配合间隙不小于 0.5mm。偏航制动器可采用常闭和常开两种结构形式。其中常开式制动器是指在驱动的条件下

制动器处于松开状态，常闭式制动器则是在驱动作用力时处于锁紧状态。考虑制动器的失效保护，偏航制动器多采用常闭式制动结构。

2.3.5 偏航保护装置

偏航系统还需要偏航保护装置，一般的偏航保护装置包括偏航计数装置和解缆保护装置两部分。偏航计数器的作用是记录偏航系统的旋转圈数，当系统旋转圈数达到设计所规定的解缆圈数时，计数器则给控制系统发出信号使风电机组进行解缆。

解缆保护装置也是偏航系统必备的装置，解缆装置一般由控制开关和触点机构组成，控制开关安装在机组的塔筒内壁上，触点机构安装在悬垂部分的电缆上。它是出于失效保护的目的而安装在偏航系统中的。它的作用在偏航系统的偏航动作失效后，电缆的扭绞达到威胁机组安全运行程度时，发出指令使机组进行紧急停机。一般情况下，这个装置独立于控制系统，一旦触发风力发电机组必须紧急停机。

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