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风力发电根底知识
风力发电是将风能转换成电能,风能推动叶轮旋转,叶轮带动转动轴和增速
机,增速机带动发电机,发电机通过输电电缆将电能输送地面控制系统和负荷。
风力发电技术是一项多学科的,可持续开展的,绿色环保的综合技术。
风力发电的原理,是利用风力带动风车叶片旋转,再透过
增速机将旋转的速度提升,来促使发电机发电。依据目前的风
车技术,大约是每秒三公尺的微风速度〔微风的程度〕,便可
以开始发电。风力发电正在世界上形成一股热潮,为风力发电
没有燃料问题,也不会产生辐射或空气污染。
转子空气动力学
为了解风在风电机的转子叶片上的移动方式,我们将红色带子
绑缚在模型电机的转子叶片末端。黄色带子距离轴的长度是叶
片长度的四分之一。我们任由带子在空气中自由浮动。本页的
两个图片,其中一个是风电机的侧视图,另一个使风电机的正
视图。
大局部风电机具有恒定转速,转子叶片末的转速为64米/秒,在轴心局部转
速为零。距轴心四分之一叶片长度处的转速为16米/秒。图中的黄色带子比
红色带子,被吹得更加指向风电机的背部。这是显而易见的,因为叶片末端
的转速是撞击风电机前部的风速的八倍。
为什么转子叶片呈螺旋状?
大型风电机的转子叶片通常呈螺旋状。从转子叶片看过去,并向叶片的根部
移动,直至到转子中心,你会发现风从很陡的角度进入〔比地面的通常风向
陡得多〕。如果叶片从特别陡的角度受到撞击,转子叶片将停止运转。因此,
转子叶片需要被设计成螺旋状,以保证叶片后面的刀口,沿地面上的风向被
推离。
风电机结构
机舱:机舱包容着风电机的关键设备,包括齿轮箱、发电机。维护人员可以通过
风电机塔进入机舱。机舱左端是风电机转子,即转子叶片及轴。
转子叶片:捉获风,并将风力传送到转子轴心。现代600千瓦风电机上,每个转
子叶片的测量长度大约为20米,而且被设计得很象飞机的机翼。
轴心:转子轴心附着在风电机的低速轴上。
低速轴:风电机的低速轴将转子轴心与齿轮箱连接在一起。在现代600千瓦风电
机上,转子转速相当慢,大约为19至30转每分钟。轴中有用于液压系统的导管,
来激发空气动力闸的运行。
齿轮箱:齿轮箱左边是低速轴,它可以将高速轴的转速提高至低速轴的50倍。
高速轴及其机械闸:高速轴以1500转每分钟运转,并驱动发电机。它装备有紧
急机械闸,用于空气动力闸失效时,或风电机被维修时。
发电机:通常被称为感应电机或异步发电机。在现代风电机上,最大电力输出通
常为500至1500千瓦。
偏航装置:借助电动机转动机舱,以使转子正对着风。偏航装
置由电子控制器操作,电子控制器可以通过风向标来感觉风向。
图中显示了风电机偏航。通常,在风改变其方向时,风电机一
次只会偏转几度。
电子控制器:包含一台不断监控风电机状态的计算机,并控制
偏航装置。为防止任何故障〔即齿轮箱或发电机的过热〕,该
控制器可以自动停止风电机的转动,并通过调制解调器来呼
叫风电机操作员。
液压系统:用于重置风电机的空气动力闸。
冷却元件:包含一个风扇,用于冷却发电机。此外,它包含一
个油冷却元件,用于冷却齿轮箱内的油。一些风电机具有水冷发电机。
塔:风电机塔载有机舱及转子。通常高的塔具有优势,因为离地面越高,风速越
大。现代600千瓦风汽轮机的塔高为40至60米。它可以为管状的塔,也可以是
格子状的塔。管状的塔对于维修人员更为平安,因为他们可以通过内部的梯子到
达塔顶。格状的塔的优点在于它比拟廉价。
风速计及风向标:用于测量风速及风向。
风电机发电机
风电机偏航装置
风电机偏航装置
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