風(fēng)電機(jī)組的偏航系統(tǒng)及發(fā)展趨勢

    偏航卡鉗不是一個(gè)，如在V52-850kW風(fēng)電機(jī)組上共有四組。軸向上推力瓦起到滑動(dòng)軸承的作用并承擔(dān)機(jī)艙的重量和機(jī)組運(yùn)行中向下的軸向力。徑向推力瓦起到滑動(dòng)軸承的作用并承擔(dān)機(jī)艙與塔架運(yùn)行中徑向力。軸向下推力瓦起到滑動(dòng)軸承的作用并承受一定的傾覆力矩。
為避免風(fēng)電機(jī)組在偏航過程中產(chǎn)生過大的振動(dòng)而造成整機(jī)的共振，偏航系統(tǒng)在機(jī)組偏航時(shí)必須具有合適的阻尼力矩。阻尼力矩的大小要根據(jù)機(jī)艙和風(fēng)輪質(zhì)量總和的慣性力矩等來確定。其基本的確定原則是確保風(fēng)電機(jī)組在偏航時(shí)應(yīng)動(dòng)作平穩(wěn)順暢不產(chǎn)生振動(dòng)。只有在阻尼力矩的作用下，機(jī)組的風(fēng)輪才能夠定位準(zhǔn)確，充分利用風(fēng)能進(jìn)行發(fā)電。
    滑動(dòng)軸承的偏航系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是成本較低，維護(hù)方便；采用具有自潤滑功能的滑動(dòng)軸瓦支承方式，不需額外的潤滑系統(tǒng)及低速液壓制動(dòng)器，無漏油現(xiàn)象。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜；維護(hù)工作量較大；摩擦阻尼力矩較大，這是因?yàn)橐箤︼L(fēng)保持穩(wěn)定，避免振動(dòng)，必須有足夠的摩擦阻尼力矩，偏航對風(fēng)時(shí)必須克服此摩擦力矩，也就是說，在極限偏航載荷下，有可能機(jī)艙滑動(dòng)。這種偏航系統(tǒng)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)以下故障：
    如偏航電機(jī)過熱（在冬季經(jīng)常發(fā)生），減速器齒輪損壞，軸向下推力瓦損壞，軸向上推力瓦脫落和斷角，偏航卡鉗調(diào)整螺栓斷裂，徑向推力瓦脫落等。
    風(fēng)電機(jī)組偏航系統(tǒng)采用滑動(dòng)軸承的比較普遍。例如，國外VESTAS公司的V42-600kW,V52-850kW;GAMESA公司的G52-850kW;SUZLON公司的S.60-1000kW,S.66-1250kW,S.88-2MW;ZOND公司的Z-48750kW.我國華銳公司的SL1500-1.5MW（Fuhrlander技術(shù) ）,沈鼓2MW（Windtec技術(shù)）都是采用此類偏航系統(tǒng)。
    采用滾動(dòng)軸承帶有偏航制動(dòng)器的固定式偏航系統(tǒng)采用帶有偏航制動(dòng)器的偏航系統(tǒng)是固定型的偏航系統(tǒng)。該軸承處于塔架與機(jī)艙之間，滾動(dòng)軸承把各種力從機(jī)艙傳到塔架。安裝的偏航制動(dòng)系統(tǒng)，作用在環(huán)形制動(dòng)盤上，提供多個(gè)液壓制動(dòng)器，1.5MW的風(fēng)電機(jī)組上就有6個(gè)制動(dòng)器，用來阻止在各種情況下不希望的偏航運(yùn)動(dòng)，制動(dòng)器上的襯墊是用有機(jī)材料制成。這種材料要具有穩(wěn)定的摩擦系數(shù)、低磨損率、耐高溫。
    采用帶有偏航制動(dòng)器的固定式偏航系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

    圖中1 、偏航電動(dòng)機(jī)，2、偏航減速器，3、偏航小齒輪，4、液壓制動(dòng)器，5、塔架，6、偏航摩擦盤，7、大齒圈，8、機(jī)艙底盤。
    偏航減速器一般為立式行星減速器，其端部的小齒輪與偏航大齒圈嚙合，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)偏航對風(fēng)或解纜。偏航制動(dòng)器需要提供液壓源和控制裝置。在制動(dòng)狀態(tài)，工作油壓較高可使機(jī)艙固定不動(dòng)，當(dāng)偏航對風(fēng)時(shí)，制動(dòng)器由制動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂?0-30bar背壓的阻尼狀態(tài)，所以運(yùn)動(dòng)是平穩(wěn)的。當(dāng)在規(guī)定的氣候條件下，要求電纜解纜時(shí)，制動(dòng)器改變?yōu)樗砷l狀態(tài)，此時(shí)機(jī)艙整圈反轉(zhuǎn)并解纜。
    滾動(dòng)軸承的偏航系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，對風(fēng)可靠和無滑動(dòng)，便于維護(hù)；偏航對風(fēng)時(shí)摩擦阻尼力矩不大，對風(fēng)平穩(wěn)。缺點(diǎn)是成本較高。
這種偏航系統(tǒng)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)密封漏油和噪聲：當(dāng)摩擦材料配料不均，摩擦副材料不匹配，工作時(shí)會(huì)引起振動(dòng)，導(dǎo)致噪聲；多次偏航使摩擦表面局部磨損，或制動(dòng)鉗安裝不平行，導(dǎo)致局部摩擦力增大，出現(xiàn)噪聲。密封圈受熱老化，進(jìn)而影響密封圈壽命，制動(dòng)器密封一旦破壞，會(huì)出現(xiàn)漏油，影響偏航制動(dòng)力，同時(shí)摩擦表面會(huì)沾上油污，偏航轉(zhuǎn)動(dòng)后，摩擦片表面形成釉光層，導(dǎo)致摩擦系數(shù)下降，制動(dòng)效果變差，。選用高質(zhì)量制動(dòng)器，精心制造和安裝偏航系統(tǒng)各部件，上述問題完全可以解決。目前我國安裝的風(fēng)機(jī)其偏航制動(dòng)器大多數(shù)為國外進(jìn)口，使用國內(nèi)生產(chǎn)的偏航制動(dòng)器約為20%以下，其中主要是焦作瑞塞爾盤式制動(dòng)器有限公司生產(chǎn)，該公司與風(fēng)電市場對接十余年來，已形成了規(guī)模化生產(chǎn)，產(chǎn)品經(jīng)近十年的市場考驗(yàn)，能滿足使用要求，可以替代進(jìn)口。
    現(xiàn)代大型風(fēng)電機(jī)組偏航系統(tǒng)采用帶有制動(dòng)器的滾動(dòng)軸承固定式偏航非常普遍。例如，國外REpower公司的MD77-1.5MW,REpower 5M-5MW;Nordex公司的N60-1300kW;GE公司的GE-1.5s -1.5MW,GEWindenergy 3.6MW;:Dewind公司的D6-1MW, D 8 - 2MW。國產(chǎn)風(fēng)力機(jī)中，沈工大
1.5MW、2MW及3MW（已轉(zhuǎn)讓20余家）,華創(chuàng)1.5MW、東汽1.5MW及3MW、華銳3MW都是采用此類偏航系統(tǒng)。
    關(guān)于偏航驅(qū)動(dòng)裝置的功率問題。風(fēng)電機(jī)組在運(yùn)行過程中，當(dāng)調(diào)向?qū)︼L(fēng)時(shí)，偏航驅(qū)動(dòng)裝置的功率應(yīng)能克服偏航阻力矩M。而在計(jì)算偏航阻力矩時(shí)應(yīng)考慮到如下幾方面：