兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)液壓偏航系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書

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Tianjin University of Technology and Education畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)液壓偏航控制單元設(shè)計(jì)Megawatt wind turbine hydraulic yaw control unit design年 6 月摘 要當(dāng)今能源如此緊缺，而最近幾年對(duì)風(fēng)能的利用越來(lái)越受到人們的重視，一方面是風(fēng)能的利用率，另一方面是對(duì)風(fēng)電機(jī)壽命的重視。本文詳細(xì)深入研究風(fēng)力發(fā)電機(jī)液壓偏航系統(tǒng)以及影響偏航的不同因素，本文使用的 MW 級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組事采用液壓偏航控制，而偏航系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的重中之重，本文闡述了其結(jié)構(gòu)及液壓原理圖，在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)闡述了液壓偏航控制系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)偏航、90度側(cè)風(fēng)、人工偏航以及自動(dòng)解纜等功能，該系統(tǒng)采用液壓系統(tǒng)作為主控系統(tǒng)，具有較高穩(wěn)定性、可靠性。而且還能提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)利用風(fēng)能的效率和風(fēng)電機(jī)的使用壽命。關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機(jī);偏航;液壓控制系統(tǒng)ABSTRACTIn today's energy shortage, and the wind energy utilization in recent years more and more get the attention of people, on the one hand, the utilization rate of wind power, on the other hand is to the attention of the wind motor life. This paper in-depth studies wind turbine hydraulic yaw system, and the different factors affecting the yaw, MW grade wind turbine used in this paper using hydraulic yaw control, and the yaw system is the key of the wind turbine, this paper expounds the structure and hydraulic principle diagram, based on this, expounds the hydraulic yaw control system how to realize the automatic yaw, lateral wind 90 degrees, artificial yaw and automated solutions for cable, and other functions, the system adopts hydraulic system as the main control system, with high stability and reliability. But also can improve the efficiency of wind turbines use wind energy and wind motor service lifeKey Words：wind turbine generator; yaw control system;hydraulicI目 錄第一章 概述 .11.1 風(fēng)能 11.2 國(guó)內(nèi)外風(fēng)電發(fā)展概況 .11.2.1 國(guó)外風(fēng)電發(fā)展 21.2.2 我國(guó)風(fēng)電發(fā)展概況 .31.3 小結(jié) 3第二章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航系統(tǒng) 42.1 偏航控制系統(tǒng)的功能 42.3 風(fēng)向信號(hào)和風(fēng)機(jī)位置對(duì)偏航工況的影響 .52.3.2 風(fēng)速的測(cè)量 .62.3.3 風(fēng)電機(jī)地理位置對(duì)偏航設(shè)備的影響 72.4 小結(jié) .7第三章 偏航系統(tǒng)的組成簡(jiǎn)介及其液壓原理圖 .93.1.1 偏航大齒圈 .93.1.2 偏航側(cè)面軸承 .93.2 偏航驅(qū)動(dòng)裝置 .113.2.1 液壓馬達(dá)的選取 .113.3 偏航附件裝置 .133.3.1 偏航計(jì)數(shù)器 .133.3.2 偏航限位開(kāi)關(guān) .133.3.3 偏航剎車盤 .133.3.4 接近開(kāi)關(guān)、風(fēng)速風(fēng)向儀等 .133.5 偏航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 143.2 液壓偏航控制原理圖設(shè)計(jì) .14第四章 風(fēng)電機(jī)偏航控制過(guò)程 174.1 偏航過(guò)程分析和算法流程 .184.1.1 自動(dòng)偏航 184.1.2 90 度側(cè)風(fēng) 194.1.3 人工偏航 21II4.1.4 自動(dòng)解纜 234.2 本章小結(jié) 25第五章 總結(jié)與展望 265.1 全文總結(jié) .265.2 展望 26參 考 文 獻(xiàn) .28致謝 29畢業(yè)設(shè)計(jì)1第一章 概述能源是人類生存的基本要素，國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要物資礎(chǔ)。由于煤、石油等資源的開(kāi)采利用，人類環(huán)境的污染已不容小視，而風(fēng)力發(fā)電機(jī)卻大大的彌補(bǔ)了排放污染的缺點(diǎn)，風(fēng)力發(fā)電作為一種新興的無(wú)污染的能源，已倍受世界所矚目。其優(yōu)點(diǎn)主要是無(wú)污染，發(fā)電效率高，還有一個(gè)就是取之不盡用之不竭[1]。因?yàn)轱L(fēng)是無(wú)窮無(wú)盡的，如果能把風(fēng)能加以利用，那對(duì)世界能源發(fā)展將會(huì)是一個(gè)很大的推動(dòng)。現(xiàn)如今，兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)已成為社會(huì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主流產(chǎn)品，其偏航設(shè)備大多用的是雙饋型電氣控制，而本文則把偏航系統(tǒng)加以創(chuàng)新與改良，改為了液壓系統(tǒng)。相較電氣設(shè)備，液壓系統(tǒng)更穩(wěn)定，將發(fā)電機(jī)改為液壓馬達(dá)并取消了變速箱，使偏航設(shè)備整體的重量減輕。1.1 風(fēng)能風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)如今是新興的科技產(chǎn)業(yè)。自從人類解除能源危機(jī)后，人們的環(huán)保意識(shí)就大大增強(qiáng)，國(guó)內(nèi)外風(fēng)電事業(yè)發(fā)展呈上升曲線，風(fēng)電機(jī)裝配數(shù)量逐年遞增，風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)也日臻成熟。能源對(duì)于中國(guó)來(lái)說(shuō)非常重要，而現(xiàn)如今石油的開(kāi)采，煤礦的挖掘已漸漸不能滿足國(guó)內(nèi)需求，中國(guó)不是沙特那樣的石油大亨，也不是美帝國(guó)那樣的金融國(guó)家，國(guó)內(nèi)可以發(fā)展的煤礦業(yè)如今想要控制為時(shí)已晚，山西大同是煤礦寶地，現(xiàn)如今基本虧空。所以為了滿足我國(guó)的能源需求，必須換一種新的方式，開(kāi)發(fā)新型能源制造業(yè)，最安全最省力最無(wú)污染的當(dāng)屬風(fēng)力發(fā)電。風(fēng)，來(lái)自大自然，既然來(lái)自大自然，那么最重要的一點(diǎn)就是取之不盡用之不竭。風(fēng)是由太陽(yáng)輻射引起的自然現(xiàn)象，其總量是不容小覷的，雖然太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為風(fēng)能的比率很小，但太陽(yáng)能的總量是非常龐大的，盡管只有 2%-3%[2]，但其風(fēng)能的能源還是很可觀的，故我國(guó)是具備成批大規(guī)模發(fā)展風(fēng)力發(fā)電機(jī)的條件。1.2 國(guó)內(nèi)外風(fēng)電發(fā)展概況近年來(lái)，風(fēng)電機(jī)發(fā)展呈迅速遞增式發(fā)展，每年的產(chǎn)量均比往年高出很多很多，并且始終保持著世界能源發(fā)展增長(zhǎng)最快的龍頭地位。就目前形勢(shì)來(lái)看，國(guó)內(nèi)外風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展前沿包括：風(fēng)電機(jī)葉輪大小的改變、風(fēng)電機(jī)容量的增大、風(fēng)電機(jī)塔架高度的上升、內(nèi)部監(jiān)控與控制技術(shù)的日臻完善、直接驅(qū)動(dòng)和混合驅(qū)動(dòng)技術(shù)、海上風(fēng)力發(fā)電等。畢業(yè)設(shè)計(jì)2在 1999～2005 年這發(fā)展的 7 年中，國(guó)內(nèi)外風(fēng)電裝機(jī)容量年平均增長(zhǎng)率達(dá)到 30.53%[3]。單就 2004 年一年而言，全球有超過(guò) 8233MW 的新增裝機(jī)容量并入電網(wǎng)系統(tǒng)。截止到2004 年年底，世界風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘烤瓦_(dá)到 47620MW，風(fēng)力發(fā)電量已經(jīng)占到世界總電量的 0.6%。綠色和平組織及歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)在近期發(fā)表的一份報(bào)告中[4]，詳細(xì)的分析了未來(lái)世界風(fēng)力發(fā)電的前景，給予了非常大的肯定，所以說(shuō)，當(dāng)緊要?jiǎng)?wù)就是發(fā)展風(fēng)力發(fā)電，這將成為全球性的必不可少的能源力量。1.2.1 國(guó)外風(fēng)電發(fā)展其實(shí)風(fēng)能不是近幾年才被開(kāi)采利用，早在數(shù)千年前，人類就已經(jīng)會(huì)利用風(fēng)能做事情了，比如將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，其用處大約就是磨面、澆灌之類的用于農(nóng)業(yè)發(fā)展。而現(xiàn)如今風(fēng)能的利用可不僅僅局限于灌溉了，其主要發(fā)展形勢(shì)是利用風(fēng)能來(lái)發(fā)展電能，，也就是用風(fēng)來(lái)發(fā)電。最早這種想法來(lái)著于丹麥的一位科學(xué)家，他在 1890 年謀劃了一臺(tái)風(fēng)電機(jī)，這在當(dāng)時(shí)受到很多人追捧，只不過(guò)由于制造條件達(dá)不到要求，于是在 20 年后才研制出了第一批 10kw 的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，大約在 70 臺(tái)左右。一經(jīng)推出就席卷了全世界，不止美國(guó)，連歐洲各國(guó)均紛紛效仿，于是不同類型的風(fēng)電機(jī)也都相繼問(wèn)世。1931年前蘇聯(lián)采用機(jī)翼技術(shù)研制出一臺(tái) 100kw 的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，在當(dāng)時(shí)可謂是全世界最大的。而這記錄僅僅保持了 10 年，在十年后即 1941 年，美國(guó)自主研制的 1250kw 的風(fēng)力發(fā)電機(jī)一經(jīng)問(wèn)世又引起了轟動(dòng)，只不過(guò)由于制造成本太高，機(jī)器可行性與可操作性都很低，于是便沒(méi)有得到重視，這一想法也煙消云散了[5]。知道上世紀(jì)七十年代左右，世界石油危機(jī)的爆發(fā)，才另各國(guó)重新認(rèn)識(shí)與重視風(fēng)力發(fā)電這一偉大創(chuàng)舉。自那以后，世界各國(guó)加大力度開(kāi)發(fā)風(fēng)能，不僅僅是表面功夫，在金錢方面也紛紛出力提供資金的支持，為風(fēng)電機(jī)的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造方面，由于早期前蘇聯(lián)和美國(guó)等歐洲國(guó)家的研究，其技術(shù)較發(fā)達(dá)，故發(fā)展相較其他國(guó)家非常迅速，在 2005 年歐洲和美國(guó)發(fā)展的風(fēng)力發(fā)電制造業(yè)就占據(jù)了全世界 90%的比例，近十年來(lái)，全球的風(fēng)電機(jī)組裝容量一直在以 25%的比例逐年遞增，在 2010 年，增長(zhǎng)率就達(dá)到了 40%，裝機(jī)總量更是達(dá)到了 230.5GW[6]，完全沒(méi)有受到經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響。風(fēng)電成本逐年降低雖然制造風(fēng)電機(jī)成本不菲，但總體來(lái)講其價(jià)格的發(fā)展趨勢(shì)是逐年降低呈負(fù)增長(zhǎng)的。[7]這其中的原因不言而喻，當(dāng)今社會(huì)風(fēng)電機(jī)發(fā)展速度之快令人咋舌，隨之而來(lái)的成本畢業(yè)設(shè)計(jì)3降低也是大勢(shì)所趨，如今風(fēng)電機(jī)技術(shù)的改進(jìn)和當(dāng)初是無(wú)法比擬的，日后風(fēng)電機(jī)會(huì)越來(lái)越便宜，越來(lái)越高效率。一方面，風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量的增大就會(huì)減少很多建造基礎(chǔ)設(shè)施的費(fèi)用，另一方面，相同數(shù)量的裝機(jī)容量而機(jī)組數(shù)變少，這又減少了很多制造成本。伴隨著投資成本的降低和經(jīng)銷商與開(kāi)發(fā)商的經(jīng)驗(yàn)的日臻豐富，風(fēng)電機(jī)組制造成本也必然會(huì)降低。海上風(fēng)電悄然興起一般來(lái)講風(fēng)電機(jī)的發(fā)展是在陸地上而且沿海城市或者郊區(qū)最好，因?yàn)槟芙o風(fēng)電機(jī)提供充足的風(fēng)能，然而受地形影響，有時(shí)就會(huì)出現(xiàn)以下偏航不準(zhǔn)確的情況：1、風(fēng)向標(biāo)信號(hào)不準(zhǔn)確；2、偏航制動(dòng)扭轉(zhuǎn)力矩始終達(dá)不到機(jī)組要求的設(shè)定值；3、偏航系統(tǒng)的阻尼力矩相較標(biāo)準(zhǔn)偏大或偏小；4、偏航系統(tǒng)的偏航大齒圈與偏航驅(qū)動(dòng)裝置的齒輪間隙過(guò)大。這其中的第一點(diǎn)就與地形有關(guān)，內(nèi)陸地區(qū)就很容易出現(xiàn)風(fēng)向不穩(wěn)定導(dǎo)致風(fēng)向信號(hào)不穩(wěn)定的發(fā)生。然而與陸地不同的海上就有很特殊的地理?xiàng)l件，一方面海上有豐富的風(fēng)能資源，另一方面海上一望無(wú)際，擁有廣闊無(wú)際的區(qū)域，這對(duì)于發(fā)展風(fēng)電事業(yè)是和廣闊平坦的區(qū)域一種很熱門的方式。這也促使臨海風(fēng)電技術(shù)成為近幾來(lái)專家研究的熱門話題。多兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組在臨海風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)展運(yùn)行是風(fēng)電機(jī)組發(fā)展的新趨勢(shì)[4]。 1.2.2 我國(guó)風(fēng)電發(fā)展概況在我國(guó)，能夠快速發(fā)展風(fēng)能的地區(qū)主要集中在我國(guó)東北部和西部地區(qū)，還有戈壁沙灘以及東部等沿海城市以及附近臨海的島嶼上。這些地區(qū)特點(diǎn)就是這些地區(qū)缺少煤炭及其他常規(guī)能源，并且冬春季節(jié)風(fēng)速高，雨水少；夏季風(fēng)速小，降雨多，風(fēng)能和水能具有非常好的季節(jié)補(bǔ)償。另外在中國(guó)內(nèi)陸地區(qū)，由于特殊的地理?xiàng)l件，有些地區(qū)具有豐富的風(fēng)能資源，適合發(fā)展風(fēng)電，比如江西省都陽(yáng)湖地區(qū)以及湖北省通山地區(qū)。目前我國(guó)的風(fēng)能利用方面與國(guó)際水平還有一定差距，但是發(fā)展很快，無(wú)論在發(fā)展規(guī)模上還是發(fā)展水平上，都有很大提高。1.3 小結(jié)隨著世界能源危機(jī)逐年的加深，國(guó)內(nèi)外各個(gè)國(guó)家都在加強(qiáng)風(fēng)能的開(kāi)發(fā)和利用，特別是我國(guó)這種能源消耗異常大的這種，更要積極快速的發(fā)展風(fēng)點(diǎn)事業(yè)，尤其是我國(guó)能源耗費(fèi)相對(duì)較大，這樣對(duì)能源緊張的情況會(huì)有所改變。雖然現(xiàn)在我國(guó)發(fā)展風(fēng)電事業(yè)還處在起步階段，面臨而來(lái)的挑戰(zhàn)也層出不窮，這需要國(guó)家政府的大力扶持才行，目前畢業(yè)設(shè)計(jì)4來(lái)講國(guó)家給予的援助對(duì)研發(fā)的投入使用非常重要的，相信我國(guó)風(fēng)電事業(yè)在今后會(huì)蒸蒸日上的。第二章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航系統(tǒng)2.1 偏航控制系統(tǒng)的功能NYNY開(kāi)始將機(jī)艙位置與風(fēng)向值相減求出相應(yīng)角度差角度差是否在允許范圍內(nèi)風(fēng)相差≤180°偏航電機(jī)正轉(zhuǎn)將現(xiàn)在機(jī)艙位置與上次機(jī)艙位置相減求已轉(zhuǎn)角度將已轉(zhuǎn)角度和機(jī)艙位置與風(fēng)向值的角度差比較在允許范圍內(nèi)記錄現(xiàn)在機(jī)艙位置偏航電機(jī)反轉(zhuǎn)畢業(yè)設(shè)計(jì)5圖 2-1 偏航基本流程圖偏航系統(tǒng)是水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的重要組成部分，其功能主要有兩個(gè):第一是要控制風(fēng)輪隨時(shí)跟蹤風(fēng)向的變化；第二是當(dāng)風(fēng)電機(jī)組出現(xiàn)單方向的持續(xù)偏航,機(jī)艙內(nèi)的電纜發(fā)生纏繞時(shí),能夠自動(dòng)解除電纜纏繞。風(fēng)向信號(hào)+-風(fēng)輪方向圖 2-2 偏航基本原理框圖偏航系統(tǒng)的基本原理框圖如圖所示工作原理為：通過(guò)風(fēng)向傳感器將風(fēng)向的變化情況通過(guò)電信號(hào)傳遞到液壓偏航系統(tǒng)的控制回路中，判斷后決定偏航方向和偏航角度，最終達(dá)到對(duì)風(fēng)目的。為了減少偏航帶來(lái)的扭轉(zhuǎn)力矩，將選用液壓馬達(dá)作為動(dòng)力系統(tǒng)，這樣就會(huì)減少變速箱設(shè)備，從而減輕設(shè)備重量，減輕負(fù)載。當(dāng)對(duì)風(fēng)結(jié)束后，風(fēng)向傳感器無(wú)電信號(hào)傳遞，電機(jī)停止工作，結(jié)束偏航。2.3風(fēng)向信號(hào)和風(fēng)機(jī)位置對(duì)偏航工況的影響風(fēng)向信號(hào)作為液壓偏航控制系統(tǒng)中的輸入信號(hào)，信號(hào)準(zhǔn)確與否是會(huì)影響整個(gè)液壓偏航控制系統(tǒng)的。風(fēng)是矢量，既有大小，又有方向，對(duì)風(fēng)的主要研究就是風(fēng)速和風(fēng)向[8]。2.3.1風(fēng)向的測(cè)量1.風(fēng)向標(biāo)：風(fēng)向標(biāo)一般是由旋轉(zhuǎn)主軸、平衡錘、指向桿、以及尾翼四部分組成的首尾不對(duì)稱控制器 放大器 偏航機(jī)構(gòu) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航計(jì)數(shù)檢測(cè)裝置畢業(yè)設(shè)計(jì)6的平衡裝置。其重心在風(fēng)向標(biāo)支撐軸的軸心上，整個(gè)風(fēng)向標(biāo)都可以繞垂直軸自由搖擺。在矢量風(fēng)的作用下，風(fēng)向標(biāo)會(huì)平衡來(lái)向的一個(gè)平衡位置，這就是風(fēng)向的來(lái)源。2.風(fēng)向表示方法：風(fēng)向一般用 16 個(gè)方位表示，即東(E)、東北(NE)、東東北(EEN)、東東南(EES)、東南(SE)、南(S)、南東南(SES)、南西南(SWS)、西(W)、西南(SW)、西西南(WWS)、西西北(WWN)、西北(WN)、北(N)、北東北（NEN）、北西北(NWN)。靜風(fēng)記做 C。風(fēng)向也能夠用角度來(lái)表示，以正北為基準(zhǔn)，順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，東風(fēng)為 90°南風(fēng)為180°西風(fēng)為 270°北風(fēng)為 360°2.3.2 風(fēng)速的測(cè)量風(fēng)速是單位時(shí)間內(nèi)空氣在水平方向上所移動(dòng)的距離。風(fēng)速的測(cè)量有使用散熱式風(fēng)速計(jì)、旋轉(zhuǎn)式風(fēng)速計(jì)和超聲波風(fēng)速計(jì)，但是使用普遍大眾化的是旋轉(zhuǎn)式風(fēng)速計(jì)[9]。（1）旋轉(zhuǎn)式風(fēng)速計(jì)旋轉(zhuǎn)式風(fēng)速計(jì)的是一個(gè)感應(yīng)部件固定在轉(zhuǎn)軸上風(fēng)速計(jì)，常用的有螺旋葉片、風(fēng)速杯和平板葉片三種類型[9]。測(cè)量風(fēng)速使用最多的傳感器就是風(fēng)速杯，風(fēng)速杯的最大優(yōu)點(diǎn)是它與風(fēng)向來(lái)源無(wú)關(guān)。風(fēng)速杯旋轉(zhuǎn)軸始終能夠垂直于風(fēng)的來(lái)向，平板葉片和螺旋葉片旋轉(zhuǎn)軸與風(fēng)的來(lái)向平行。風(fēng)速杯一般由 3 至 4 個(gè)拋物錐形或半球形的空心杯殼組成。風(fēng)速杯的組成有兩種方式，分別是互成 120 度角的三叉形和互成 90 角的十字架形，杯的凹面同向，風(fēng)速杯橫臂架垂直固定在可旋轉(zhuǎn)的垂直軸上。由于風(fēng)速杯的凸凹二面所受風(fēng)壓力不等，在風(fēng)速杯受到來(lái)自風(fēng)的扭轉(zhuǎn)力作用時(shí)就會(huì)順從風(fēng)向旋轉(zhuǎn)，風(fēng)速杯風(fēng)速與轉(zhuǎn)速之間存在某種關(guān)系。由實(shí)驗(yàn)結(jié)論可得出A=2πRK （2-1) V=B+AM+CM (2-2)式中：A 為風(fēng)速表系數(shù)，它與風(fēng)杯的結(jié)構(gòu)和大小有關(guān)；B 為常數(shù)，和風(fēng)速相等，通常為0.6～1.3m/s；C 是一個(gè)系數(shù)，C/A≈10 ，表明風(fēng)速與風(fēng)杯并沒(méi)有線性關(guān)系。M 為單位4?時(shí)間內(nèi)風(fēng)速杯的轉(zhuǎn)數(shù)。（2）風(fēng)杯風(fēng)速記錄畢業(yè)設(shè)計(jì)7風(fēng)速記錄實(shí)現(xiàn)方式是通過(guò)信號(hào)的轉(zhuǎn)換方法。它的原理是風(fēng)速杯帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸上的圓盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，經(jīng)過(guò)不連續(xù)的等距的孔，這樣就可以形成光脈沖信號(hào)，光脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)光電半導(dǎo)體元件后，將接收到的光脈沖信號(hào)放大，轉(zhuǎn)變成電脈沖信號(hào)輸出，就這樣每一次光脈沖轉(zhuǎn)變的電脈沖信號(hào)就可以表示一定的風(fēng)的行程。圖 2-3 風(fēng)速杯2.3.3 風(fēng)電機(jī)地理位置對(duì)偏航設(shè)備的影響影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航控制系統(tǒng)的因素除了風(fēng)向信號(hào)這一因素外，還會(huì)有其他不確定的因素，這些不確定因素歸根結(jié)底就是風(fēng)力發(fā)電機(jī)地理位置的情況[10]。如低洼地區(qū)有大山阻擋，風(fēng)進(jìn)不來(lái)，風(fēng)的主氣流為繞流成分，對(duì)風(fēng)向的變化極為敏感，不易進(jìn)行精確偏航。反之，若在大風(fēng)情況下偏航，葉輪在旋轉(zhuǎn)中自身產(chǎn)生回位畢業(yè)設(shè)計(jì)8扭轉(zhuǎn)力矩，該扭轉(zhuǎn)力矩是由于風(fēng)輪扭轉(zhuǎn)后偏于塔架中心造成的，這樣的回位扭轉(zhuǎn)力矩特別容易對(duì)偏航系統(tǒng)造成沖擊，其后果就是會(huì)導(dǎo)致主軸扭斷[11]。2.4 小結(jié)本章對(duì)風(fēng)力機(jī)偏航系統(tǒng)的基本功能和原理做了詳細(xì)介紹。風(fēng)向信號(hào)作為偏航系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵的輸入信號(hào)，對(duì)偏航系統(tǒng)的運(yùn)行工況，有著非常重要的作用，本章節(jié)針對(duì)測(cè)風(fēng)裝置展開(kāi)了較為詳盡的闡述，介紹了風(fēng)速儀和風(fēng)向傳感器的工作原理。同時(shí)針對(duì)影響偏航系統(tǒng)的另一個(gè)不確定因素——風(fēng)電機(jī)的機(jī)位做出了分析，舉例大風(fēng)條件和大山條件風(fēng)電機(jī)的偏航會(huì)受何種影響并做簡(jiǎn)單闡述，指出了偏航系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行工況所遇到的復(fù)雜情況，給出了設(shè)計(jì)偏航系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該注意的不確定因素有哪些，具有一定的研究?jī)r(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。畢業(yè)設(shè)計(jì)9第三章 偏航系統(tǒng)的組成簡(jiǎn)介及其液壓原理圖3.1.1 偏航大齒圈位于偏航電機(jī)下方的與小齒輪嚙合的一個(gè)巨大的齒輪，大齒圈是通過(guò) 88 個(gè)螺栓緊固在塔筒法蘭上面的，即是說(shuō)大齒圈是不可能旋轉(zhuǎn)的，那么只能夠是小齒輪圍繞著大齒圈旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)主機(jī)架旋轉(zhuǎn)，直到機(jī)艙位置與風(fēng)向儀測(cè)得的風(fēng)向相同。圖 3-1 偏航大齒圈3.1.2 偏航側(cè)面軸承側(cè)面軸承是一個(gè)呈弧狀的階梯塊，共有 6 塊，每塊都有 5 個(gè) Φ105 的沉孔分布于圓弧之上，用于放置定位銷、圓形彈簧和壓板，每個(gè)孔的底部均有 M32 的螺紋孔，用于安裝調(diào)整螺栓，因?yàn)橄禄瑒?dòng)襯墊是粘合在壓板上的，所以調(diào)整螺栓的旋入深度就可以調(diào)整滑動(dòng)襯墊與大齒圈之間的緊密程度，從而得到最佳阻尼。當(dāng)機(jī)艙需要偏航時(shí)，側(cè)面軸承就會(huì)帶動(dòng)滑動(dòng)襯墊隨機(jī)架共同旋轉(zhuǎn)[12]。畢業(yè)設(shè)計(jì)10風(fēng)力發(fā)電機(jī)所用偏航軸承為四點(diǎn)接觸球轉(zhuǎn)盤軸承，是一種分離型軸承，當(dāng)無(wú)載荷或是純徑向載荷作用時(shí)，鋼球和套圈呈現(xiàn)為四點(diǎn)接觸，這就是其名字由來(lái)。四點(diǎn)球接觸軸承適用于高速旋轉(zhuǎn)的場(chǎng)合。關(guān)于軸承的選用，查閱相關(guān)資料后，最終選用 LYJW 的型號(hào)為 132.50.4500 的材質(zhì)為 42CrMn 的軸承，是預(yù)硬塑料模具鋼，具有良好的可加工性和耐磨損性，加工變形微小。齒輪模數(shù)為 20，齒數(shù)為 128。分度圓直徑：d=mz=20x128=2560mm ；外徑：dz=m(z+2)=20(128+2)=2600mm；內(nèi)徑：d-m=2560-20=2540mm；重量：1930kg；厚度：h=mzsin(90/z)=256mm。圖 3-2 偏航齒圈側(cè)面軸承畢業(yè)設(shè)計(jì)11圖 3-3 偏航機(jī)構(gòu)3.2 偏航驅(qū)動(dòng)裝置小齒輪是與大齒圈相嚙合的，與偏航液壓馬達(dá)、聯(lián)軸器統(tǒng)一稱為偏航驅(qū)動(dòng)裝置，是通過(guò)聯(lián)軸器與偏航齒圈連接在一起的，聯(lián)軸器外有一支架，把偏航馬達(dá)和齒圈架起，聯(lián)軸器只負(fù)責(zé)旋轉(zhuǎn)，不至于承受很大的力，從而保護(hù)了設(shè)備。偏航驅(qū)動(dòng)裝置共有 4 組，每一個(gè)偏航驅(qū)動(dòng)裝置與主機(jī)架連接處的圓柱表面都是偏心的，以達(dá)到通過(guò)旋轉(zhuǎn)整個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置調(diào)整小齒輪與大齒圈嚙合側(cè)隙的目的3.2.1 液壓馬達(dá)的選取液壓馬達(dá)習(xí)慣上是指輸出旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的，將液壓泵提供的液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置[13]。A.葉片式馬達(dá)：具有結(jié)構(gòu)緊湊、輪廓尺寸較小、噪聲低、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，其慣性比柱塞馬達(dá)小、但抗污染能力比齒輪馬達(dá)差、且轉(zhuǎn)速不能太高、一般在 200r/min 以下工作。葉片馬達(dá)由于泄漏較大，故負(fù)載變化或低速時(shí)不穩(wěn)定[14]。畢業(yè)設(shè)計(jì)12圖 3-4 葉片式馬達(dá)B.軸向柱塞式馬達(dá)：軸向柱塞馬達(dá)的工作原理為，配油盤和斜盤固定不動(dòng)，馬達(dá)軸與缸體相連接一起旋轉(zhuǎn)。當(dāng)壓力油經(jīng)配油盤的窗口進(jìn)入缸體的柱塞孔時(shí)，柱塞在壓力油作用下外伸，緊貼斜盤斜盤對(duì)柱塞產(chǎn)生一個(gè)法向反力 F，此力可分解為軸向分力Fx 及和垂直分力 Fy。Fx 軸向柱塞馬達(dá)產(chǎn)生的瞬時(shí)總轉(zhuǎn)矩是脈動(dòng)的。若改變馬達(dá)壓力油輸入方向，則馬達(dá)軸按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。斜盤傾角 α 的改變、即排量的變化，不僅影響馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩，而且影響它的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。斜盤傾角越大，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩越大，轉(zhuǎn)速越低[14]。圖 3-5 軸向柱塞式馬達(dá)C.徑向柱塞式馬達(dá)：徑向柱塞式液壓馬達(dá)工作原理，當(dāng)壓力油經(jīng)固定的配油軸 4的窗口進(jìn)入缸體內(nèi)柱塞的底部時(shí)，柱塞向外伸出，緊緊頂住定子的內(nèi)壁，由于定子與缸體存在一偏心距。在柱塞與定子接觸處，定子對(duì)柱塞的反作用力為 。力可分解為和 兩個(gè)分力。當(dāng)作用在柱塞底部的油液壓力為 F，柱塞直徑為 D，力和之間的夾角為 α?xí)r，力對(duì)缸體產(chǎn)生一轉(zhuǎn)矩，使缸體旋轉(zhuǎn)。缸體再通過(guò)端面連接的傳動(dòng)軸向外輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。低速液壓馬達(dá)通常是徑向柱塞式結(jié)構(gòu)，為了獲得低速和大轉(zhuǎn)矩，采用高壓和大排量，但它的體積和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大，不能用于反應(yīng)靈敏和頻繁換向的場(chǎng)合。低速液壓馬達(dá)的主要特點(diǎn)是：排量大，體積大，轉(zhuǎn)速低，可以直接與工作機(jī)構(gòu)連接，不需要畢業(yè)設(shè)計(jì)13減速裝置，使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，低速液壓馬達(dá)的輸出扭矩較大，可達(dá)幾千到幾萬(wàn)Nm，因此又稱為低速大扭矩液壓馬達(dá)[14]。根據(jù)以上匹配選型 可以判斷適合風(fēng)力發(fā)電機(jī)液壓偏航系統(tǒng)的就是第三種徑向柱塞式馬達(dá)。圖 3-6 徑向柱塞式馬達(dá)3.3 偏航附件裝置3.3.1 偏航計(jì)數(shù)器偏航計(jì)數(shù)器的是用來(lái)記錄液壓偏航系統(tǒng)轉(zhuǎn)的圈數(shù)，當(dāng)液壓偏航系統(tǒng)所轉(zhuǎn)的圈數(shù)達(dá)到計(jì)數(shù)器設(shè)定值，系統(tǒng)則觸發(fā)自動(dòng)解纜，風(fēng)電機(jī)進(jìn)行自動(dòng)解纜并恢復(fù)至初始位置。偏航計(jì)數(shù)器的設(shè)定原則是要小于電纜所能承受旋轉(zhuǎn)的最大角度。畢業(yè)設(shè)計(jì)14圖 3-7 偏航結(jié)構(gòu)俯視圖3.3.2 偏航限位開(kāi)關(guān)限位開(kāi)關(guān)是作為極限位置開(kāi)關(guān)使用的，當(dāng)機(jī)艙繼續(xù)旋轉(zhuǎn)達(dá)到± 720 度時(shí)，限位開(kāi)關(guān)被觸發(fā)而使得風(fēng)電機(jī)組快速停機(jī)。3.3.3 偏航剎車盤當(dāng)偏航過(guò)程結(jié)束時(shí)，偏航剎車盤會(huì)抱死軸承，使其固定，完成偏航對(duì)風(fēng)。3.3.4 接近開(kāi)關(guān)、風(fēng)速風(fēng)向儀等接近開(kāi)關(guān)是一種用于工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、控制并與輸出環(huán)節(jié)全盤無(wú)觸點(diǎn)化的新型開(kāi)關(guān)元件。當(dāng)開(kāi)關(guān)接近某一物體時(shí)，即發(fā)出控制信號(hào)[15]。機(jī)艙是可以順時(shí)針旋轉(zhuǎn)也可以逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的，在偏航過(guò)程中，機(jī)艙不能總是朝向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，因?yàn)闄C(jī)艙底部大齒圈內(nèi)部布置著多根電纜，機(jī)艙旋轉(zhuǎn)電纜也就跟著扭轉(zhuǎn)，所以為了防止電纜扭轉(zhuǎn)破壞特地控制機(jī)艙同一方向旋轉(zhuǎn)圈數(shù)不得超過(guò) 720 度（從0 度開(kāi)始，0 度為安裝風(fēng)電機(jī)組時(shí)確定的位置） 。這種控制方法就是靠偏航接近開(kāi)關(guān)和限位開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，接近開(kāi)關(guān)一左一右共兩個(gè)，負(fù)責(zé)記錄機(jī)艙位置，當(dāng)機(jī)艙達(dá)到＋720度或－720 度時(shí)發(fā)出信號(hào)，控制系統(tǒng)控制偏航電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)解纜。風(fēng)速風(fēng)向儀的功能是采集風(fēng)向，測(cè)量風(fēng)速。3.5 偏航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖畢業(yè)設(shè)計(jì)15圖 3-8 偏航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.2 液壓偏航控制原理圖設(shè)計(jì)根據(jù)風(fēng)速風(fēng)向儀的信號(hào)，風(fēng)電機(jī)對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向時(shí)需將風(fēng)力機(jī)底盤與塔架固定鎖緊，阻尼力矩需要在對(duì)風(fēng)過(guò)程中被提供。為達(dá)到此目的，采用液壓控制，偏航液壓系統(tǒng)成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，偏航閘靠彈簧力使其處于鎖緊狀態(tài)，此時(shí)液壓系統(tǒng)則不向偏航液壓缸提供壓力。畢業(yè)設(shè)計(jì)16圖3-9 偏航系統(tǒng)液壓原理圖如圖所示，該模塊包括液壓動(dòng)力單元1000和偏航單元2000。液壓動(dòng)力單元1包括雙聯(lián)內(nèi)嚙合泵1001、順序閥F1、溢流閥F1、溢流閥F3、二位四通換向電磁閥F4、過(guò)濾器G1、單向閥D1、單向閥D2、以及單向閥D3。二位四通換向電磁閥F4具有四個(gè)接口。其中雙聯(lián)內(nèi)嚙合泵1001生產(chǎn)兩條油路，一條為主油路P、一條為副油路P1。順序閥F1在副油路P1上與雙聯(lián)內(nèi)嚙合泵1001連接，與溢流閥F1并聯(lián)。經(jīng)過(guò)濾器G2通向油箱1001.溢流閥F3是一個(gè)壓力閥，起到對(duì)副油路P1的限壓作用。當(dāng)副油路P1中的油壓處于正常范圍時(shí)，溢流閥F3是關(guān)閉的，一旦副油路P1中的油壓高于設(shè)定值，溢流閥便會(huì)自動(dòng)打開(kāi)，將過(guò)多的油液經(jīng)過(guò)濾器G2過(guò)濾后排回到油箱1001中。二位二通換向電磁閥F5在此起到一個(gè)類似開(kāi)關(guān)的作用，當(dāng)次閥處于常態(tài)時(shí)，副油路P1中的液壓油就直接回油箱1001，當(dāng)二位二通換向電磁閥F5和換向電磁閥F4同時(shí)得電偏航馬達(dá)剎車松開(kāi)，偏航馬達(dá)才能旋轉(zhuǎn)。主油路P一端連接雙聯(lián)內(nèi)嚙合泵1，另一端依次經(jīng)并聯(lián)的單向閥D2和過(guò)濾器G2、單向閥D2連接二位四通換向電磁閥F5的第一接口。二位四通換向閥F5的第二接口連接單向閥D3，溢流閥F2和單向閥D2之間有一條支路，經(jīng)過(guò)濾器G2通向油箱1001。過(guò)濾器G1對(duì)雙聯(lián)內(nèi)嚙合泵1001泵出的油進(jìn)行過(guò)濾，可以保證主油路P中的油液的清潔度。如果過(guò)濾器G1堵塞，雙聯(lián)內(nèi)嚙合泵1001泵出的油從單向閥D1流過(guò)，溢流閥F2也是一個(gè)單向壓力閥，起到對(duì)主油路的限壓作用。當(dāng)主油路P中的油壓處于正常范圍時(shí)溢流閥F2是關(guān)閉畢業(yè)設(shè)計(jì)17的，一旦主油路P中的油壓高出設(shè)定值，溢流閥F2便會(huì)自動(dòng)打開(kāi)，將過(guò)多的油液經(jīng)過(guò)濾器G2排回到油箱1001中。二位四通換向電磁閥F5是一種電磁閥，由于油路切換，在平常情況下，第一接口和第二接口連通，第一接口和第四接口不通，在得電情況下，第一接口和第四接口連通，第一接口和第二接口不通。偏航單元包括三個(gè)偏航馬達(dá)2001、三個(gè)偏航馬達(dá)剎車2002、六個(gè)偏航剎車2003，H型換向電磁閥F9，溢流閥F7、F8，順序閥F10。其中，三個(gè)偏航馬達(dá)剎車并聯(lián)后與溢流閥F2連接，在失油條件下將三個(gè)偏航馬達(dá)剎住，當(dāng)再要啟動(dòng)偏航馬達(dá)2001時(shí)，副油路P1中經(jīng)過(guò)順序閥F1給偏航馬達(dá)剎車2002注油，使偏航馬達(dá)剎車2002松開(kāi)，釋放偏航馬達(dá)2001。在偏航馬達(dá)剎車和順序閥F1之間還有通向油箱的支路該支路連接換向電磁閥F5，其作用是在偏航馬達(dá)不工作時(shí)給偏航馬達(dá)剎車泄壓，使偏航馬達(dá)剎車2002回復(fù)到剎緊偏航馬達(dá)2001的狀態(tài)。H型換向電磁閥F9具有四個(gè)接口，其中第一接口連接溢流閥F8和二位四通換向電磁閥F5第四接口，第二接口連接單向閥D4，通向油箱1001，三個(gè)偏航馬達(dá)并聯(lián)后連接在H型換向電磁閥F9的第三第四接口之間。該H型換向電磁閥F9在不需要偏航馬達(dá)工作的時(shí)候，H型換向電磁閥失電，從二位四通換向電磁閥F5的第三接口進(jìn)來(lái)的油會(huì)經(jīng)過(guò)H型換向電磁閥F9的第一接口、第二接口流進(jìn)油箱中，不會(huì)驅(qū)動(dòng)偏航馬達(dá)2001；當(dāng)H型換向電磁閥得電時(shí)，換向電磁閥F9的第一接口和第三接口會(huì)貫通，第二接口和第四接口會(huì)貫通，從二位四通換向電磁閥F6的第三接口進(jìn)來(lái)的油會(huì)經(jīng)H型換向電磁閥F9的第一接口、第三接口偏航馬達(dá)2001、第四接口、第二接口流入油箱中，驅(qū)動(dòng)偏航馬達(dá)2001正向轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)H型換向電磁閥F9的B向得電時(shí)，換向電磁閥F9的第一接口和第四接口會(huì)貫通，第三接口和第二接口會(huì)貫通，從二位四通換向電磁閥F5的第三接口進(jìn)來(lái)油會(huì)經(jīng)過(guò)H型換向電磁閥F9的第一接口第四接口、偏航馬達(dá)2001、第三接口、第二接口流入油箱中，驅(qū)動(dòng)偏航馬達(dá)反向旋轉(zhuǎn)。此液壓系統(tǒng)就是這樣實(shí)現(xiàn)偏航馬達(dá)的正、反向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而控制風(fēng)電機(jī)的轉(zhuǎn)向。為了對(duì)流進(jìn)液壓馬達(dá)2001的油進(jìn)行限壓，溢流閥F8連接在H型換向電磁閥F9的第一接口，另一端并聯(lián)溢流閥F7，當(dāng)流進(jìn)液壓馬達(dá)的油壓超過(guò)設(shè)定值，多余的油液會(huì)經(jīng)由溢流閥F8流回油箱。畢業(yè)設(shè)計(jì)18開(kāi)始第四章 風(fēng)電機(jī)偏航控制過(guò)程根據(jù)風(fēng)電機(jī)的偏航功能，大致分為幾個(gè)模塊：自動(dòng)偏航、90 度側(cè)風(fēng)、人工偏航以及自動(dòng)解纜。其主程序流程圖如圖 4-1 所示：N N N NY Y Y Y圖 4-1 主程序流程圖 定時(shí)掃描程序90 度側(cè)風(fēng)自動(dòng)解纜人工偏航自動(dòng)偏航執(zhí)行 90 度側(cè)風(fēng)程序執(zhí)行自動(dòng)解纜程序執(zhí)行人工偏航程序執(zhí)行自動(dòng)偏航程序畢業(yè)設(shè)計(jì)194.1 偏航過(guò)程分析和算法流程4.1.1 自動(dòng)偏航自動(dòng)偏航是指風(fēng)電機(jī)能夠根據(jù)風(fēng)向與機(jī)艙的夾角,自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)艙位置,以確保葉片能夠準(zhǔn)確垂直風(fēng)向,確保風(fēng)電機(jī)吸收風(fēng)能的功率為最大。因此必須使葉片法線方向與風(fēng)向基本相同。當(dāng)風(fēng)向改變，超過(guò)允許誤差范圍時(shí)，自動(dòng)偏航指令將由系統(tǒng)計(jì)算機(jī)發(fā)出，偏航電機(jī)和傳感器組成的對(duì)風(fēng)系統(tǒng)校正動(dòng)作將會(huì)執(zhí)行，以確保機(jī)艙能夠準(zhǔn)確對(duì)風(fēng)。設(shè)風(fēng)向標(biāo)測(cè)得的偏航誤差角為 a。機(jī)艙偏航角度和為 b，設(shè)偏航的容許誤差為c(一般 15°左右)，機(jī)艙順時(shí)針?lè)较蛘{(diào)向時(shí)為正，逆時(shí)針為負(fù)，當(dāng)風(fēng)向標(biāo)測(cè)得的角度?a≤c 不進(jìn)行偏航操作。當(dāng) c-d，負(fù)向調(diào)向 a。當(dāng) a+b 小于條件解纜限位時(shí)，正向調(diào)整 360+a。畢業(yè)設(shè)計(jì)20YNYN YN YN Y YN圖 4-2 自動(dòng)偏航流程4.1.2 90 度側(cè)風(fēng)90度側(cè)風(fēng)是在外界環(huán)境對(duì)風(fēng)電機(jī)組有較大影響的情況下(如突然出現(xiàn)超強(qiáng)風(fēng))，為保證風(fēng)電機(jī)組能夠安全所實(shí)施的措施，故在90 度側(cè)風(fēng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)使機(jī)艙走最短路徑，自動(dòng)偏航指令將被屏蔽。在側(cè)風(fēng)指令結(jié)束后偏航閘應(yīng)當(dāng)被抱緊，同時(shí)當(dāng)風(fēng)向變化時(shí)，繼續(xù)追蹤風(fēng)向的變化，以確保風(fēng)電機(jī)組的安全。開(kāi)始檢測(cè)風(fēng)向信號(hào) aa≤±cc＜a≤9090＜a≤180-90＜a＜-c-180＜a≤-90正向偏航b＋a＜d負(fù)向偏航 360－a正向偏航 a負(fù)向偏航－ ab＋ a＞－ d 負(fù)向偏航－a正向偏航 360＋a畢業(yè)設(shè)計(jì)21對(duì)于90°側(cè)風(fēng)，容許誤差仍取 c。90°側(cè)風(fēng)的操作流程為:當(dāng)風(fēng)向標(biāo)測(cè)得的角度?0a90-c，正向調(diào)整90-a；當(dāng)90-c≤a≤90+c時(shí)，不操作；90+ca≤180，負(fù)向調(diào)整a-90,當(dāng)風(fēng)向標(biāo)測(cè)得的角度c-90≤a0，負(fù)向調(diào)整90+a；當(dāng)c-90≤a≤-90-c時(shí)，不操作;當(dāng)-90-ca-180時(shí)，正向調(diào)整-90-a。YN YN YN YN Y圖 4-3 90 度側(cè)風(fēng)流程圖開(kāi)始 90－c≤a≤90＋c 或c－90≤a≤－90－c0≤a＜90－c90＋c ＜a≤180c－90≤a＜0－90－c＜a＜－180結(jié)束正向調(diào)整 90－a負(fù)向調(diào)整 a－90負(fù)向調(diào)整 90＋a正向調(diào)整－90－a畢業(yè)設(shè)計(jì)224.1.3 人工偏航人工偏航是指在自動(dòng)偏航失效和需要人工解纜亦或是在需要維修的時(shí)候，通過(guò)人工指令來(lái)對(duì)風(fēng)電機(jī)進(jìn)行偏航操縱。人工偏航過(guò)程如下：首先檢查人工偏航啟停信號(hào)，觀察是否進(jìn)行人工偏航。若此時(shí)有人工偏航信號(hào)，再檢查此時(shí)是否正在進(jìn)行偏航操作，若無(wú)，停止自動(dòng)偏航指令，使其停止工作。然后讀取人工偏航的方向信號(hào)，判斷與上次偏航方向是否一致，若一致，松開(kāi)偏航閘，使其正常運(yùn)轉(zhuǎn)；若不一致，則立即停止偏航電機(jī)，保持偏航閘為松閘狀態(tài)，向相反方向進(jìn)行反轉(zhuǎn)并記錄轉(zhuǎn)向，直到出現(xiàn)相應(yīng)的人工偏航停止信號(hào)的出現(xiàn)，抱閘，清除人工偏航標(biāo)志。畢業(yè)設(shè)計(jì)23NYNNYNY圖 4-4 人工偏航流程圖開(kāi)始人工偏航正在進(jìn)行偏航么？清除自動(dòng)偏航標(biāo)志與上次偏航方向一致？繼續(xù)偏航操作人工偏航停止？停止偏航電機(jī)工作，抱閘清除人工偏航標(biāo)志結(jié)束屏蔽自動(dòng)偏航停止偏航電機(jī)工作偏航電機(jī)反轉(zhuǎn)，記錄轉(zhuǎn)向畢業(yè)設(shè)計(jì)244.1.4 自動(dòng)解纜由于自然風(fēng)不定向以及隨機(jī)性，風(fēng)機(jī)的偏航方向也是不確定的。如風(fēng)電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)向同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)，就有可能造成電纜纏繞，纏繞過(guò)多甚至?xí)g斷。因此自動(dòng)解纜裝置成為了風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航系統(tǒng)的一個(gè)重要部分。當(dāng)風(fēng)機(jī)達(dá)到其自身規(guī)定的解纜角度時(shí)，偏航系統(tǒng)就會(huì)進(jìn)行自動(dòng)解纜，此時(shí)風(fēng)電機(jī)會(huì)立即剎車停機(jī)，然后啟動(dòng)偏航電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)艙反向旋轉(zhuǎn),則會(huì)返回最初機(jī)艙無(wú)電纜纏繞位置。如果出現(xiàn)故障而自動(dòng)解纜指令并未起到解纜作用，風(fēng)電機(jī)也設(shè)置了一個(gè)極值角度,當(dāng)電纜紐轉(zhuǎn)達(dá)到這個(gè)極值角度時(shí)，紐纜保護(hù)器被觸發(fā)，剎車停機(jī)，紐纜故障報(bào)告，等待進(jìn)行人工解纜。紐纜保護(hù)器能在偏航系統(tǒng)失效情況下保護(hù)風(fēng)電機(jī)電纜以防止過(guò)度纏繞。為了加大保險(xiǎn)系數(shù)，紐纜保護(hù)器控制系統(tǒng)一般和偏航系統(tǒng)分開(kāi)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)限位開(kāi)關(guān)被觸發(fā)時(shí)，偏航系統(tǒng)會(huì)根據(jù)限位開(kāi)關(guān)發(fā)出的信息來(lái)判斷是進(jìn)行順時(shí)針解纜還是進(jìn)行逆時(shí)針解纜。設(shè)限位開(kāi)關(guān)在許可范圍內(nèi)時(shí)輸出信號(hào) O；正向時(shí)輸出信號(hào)為1；負(fù)向時(shí)輸出信號(hào)為-1。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到限位開(kāi)關(guān)的輸出信號(hào)為 1 時(shí)，負(fù)向驅(qū)動(dòng)機(jī)艙旋轉(zhuǎn)進(jìn)行解纜；當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到限位開(kāi)關(guān)的輸出信號(hào)為-1 時(shí)，正向驅(qū)動(dòng)機(jī)艙旋轉(zhuǎn)進(jìn)行解纜。當(dāng)自動(dòng)解纜進(jìn)行時(shí)，通常會(huì)同時(shí)檢測(cè)接近開(kāi)關(guān)的信號(hào)，直到接近開(kāi)關(guān)記錄的機(jī)艙偏航角度在某限定范圍內(nèi)時(shí)，解纜結(jié)束；此時(shí)偏航電機(jī)停止工作，系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)，接近開(kāi)關(guān)向中心控制器發(fā)出自動(dòng)解纜完成信號(hào)，解纜結(jié)束。設(shè)限位開(kāi)關(guān)信號(hào)為 LS，接近開(kāi)關(guān)記錄角度值為 RS。