第3章 风力发电机组整体结构
填空题
1、 并网型风力发电机的功能是将风轮获取的【空气动能】转换成【机械能】，再将【机械能】转化为【电能】。
2、 风力发电机组的基本要求是能在风电场所处的【气候】和【环境】条件下长期安全运行，以较低的成本获取【最大的年发电量】。
3、 风电机组对其零部件要求极其严格，对【结构设计】、【材料选用】、【加工工艺】和【质量控制】都提出了远高于普通设备的要求。
4、 并网型风力发电机组的整体结构分为【风轮】（包括叶片、轮毂和变桨距系统）、【机舱】（包括传动系统、发电机系统、辅助系统、控制系统等）、【塔架】和【基础】等几大部分。
5、 用钢筋混凝土制成的塔架基础必须保证机组在极端恶略的气象条件下能够保持塔筒【垂直】，使机组稳定运行。
6、 风电机组的主要部分布置要使得机组在运行时，机头（机舱与风轮）重心与【塔架】和【基础】中心相一致，整个机舱底部与塔架的连接应能抵御风轮对塔架造成的【动力负载】和【疲劳负荷】作用。
7、 机舱外壳是【玻璃纤维】和【环氧树脂】制成的机舱罩，具有成本低、重量轻、强度高的特点，能有效的防雨、防潮、和抵御盐雾、风沙的侵蚀。 8、 风电机组如果不使用齿轮增速箱，在很低的风轮转速下只能用一个极数较多的发电机，例如对应30r/min的风轮转速需要使用【200】极的发电机，而发电机转子的【质量】与转矩大小成比例，这样的发电机将会非常庞大和笨重。 9、 风电机组使用齿轮箱，是为了将风轮上的【低转速高转矩】能量，转换为用于发电机上的【高转速低转矩】能量，这样就可以使用结构较小的普通发电机发电。
10、 直驱式风力发电机没有【齿轮箱】，由风轮直接驱动发电机，亦称无齿轮箱风力发电机。
11、 直驱式发电机应用于风电机上还是有一些问题需要研究解决，如【减轻发电机的体积和重量】，【方便运输】；【最适合的机型】（同步、永磁、可变磁阻等）选择；电流和电压的波动的影响；变流器的选择；【设计低损耗的发电机】；
永磁发电机导致过量的铁损耗；磁性材料的选择；在运行或失效的情况下如何【防止消磁状况】等。
12、 永磁直驱式发电机在机构上主要有【轴向】与【盘式】结构两种。 13、 永磁直驱式发电机轴向结构又分为【内转子】、【外转子】等。
14、 永磁直驱式发电机盘式结构又分为【中间转子】、【中间定子】、【多盘式】等。此外还有双凸极发电机与开关磁阻发电机等直驱机型。
15、 外转子永磁直驱式风力发电机的电机绕组设在【内定子】上，绕组与普通三相交流发电机类似；转子在定子外侧，由多个永久磁铁与【外磁轭】构成，【外转子】与风轮轮毂安装成一体，一同旋转。
16、 风电机组机舱布置原则：a、【操作和维修方便】；b、【功能效率要求高】；c、【尽量保持机舱静平衡】。
17、 吊车一般放在机舱【后部】，此部位一般【塔架】较远，物品不易与【塔架】碰撞。
18、 冷却器要放在【换热率高】的地方，有的换热器还放在机舱罩【上方】。 19、 机舱的重心要位于机舱的【对称面内】，塔架与风轮之间偏向【塔架轴线一方】。
20、 有些机型不设置主轴而将风轮直接安装在齿轮箱的【低速轴上】，齿轮箱壳体与底座合二为一。若发电机在主轴的垂直对称面内，底座一般采用【箱梁】结构，即贯穿底座前后的空心矩形截面梁是主承载构件，主传动链都安装于此梁上，梁的下面与偏航系统连接，其优点是结构稳定、刚度大，大型机组大多采用这种结构。
21、 焊接结构具有强度高、重量轻、生产周期短的施工简便等优点，但其尺寸稳定性往往由于【热处理】不当受到影响。
22、 电励磁同步发电机的主要优点是通过调节【励磁电流】来调节磁场，从而实现变速运行时【电压恒定】，并可满足电网【低电压穿越】的要求。 23、 电励磁同步发电机需要【全功率整流】，电机结构比较复杂，成本较高。 24、 机舱内布置的传动系统，由【主轴】、【齿轮箱】、【联轴器】和【发电机】等构成。传动轴系位置确定后，便可安排机组的偏航系统和制动装置。 25、 机舱底座是机组【主传动链】和【偏航机构】固定的基础，并能将载荷传
递到【塔架】上去。底座结构与风力发电机组的【类型】和【设计方案】有关。
26、 机舱底座设计时要按照轴系的布置方式进行，除了满足结构和强度要求外，还要求进行有【限元静】、【动态】分析
27、 机舱底座要有足够的【刚度】、【强度】和【稳定性】，并且要在合理安排机舱内部空间前提下，尽量减小尺寸，减轻重量，降低成本。 28、 风电机组常用的底座采用【焊接构件】或【铸件】。
29、 焊接机舱底座一般采用【Q345】板材，在髙寒地区采用【Q345D】板材。 30、 铸造底座一般采用【球墨铸铁】（【QT400-15】）制造。铸件尺寸稳定，吸振性和低温性能较好。
31、 机舱罩由【蒙皮】和【骨架】组成。蒙皮由耐腐蚀、抗疲劳、保温、防噪、强度髙易成型的玻璃纤维复合材料制成，外层胶衣有密封、耐腐蚀和抗紫外线的作用。
32、 骨架通常有【金属】骨架和【玻璃钢】骨架两种。金属骨架强度高、刚性好，能够承受和传递较大载荷，成形相对容易，但与蒙皮的组装比较复杂，一般采用机械连接，还必须采取密封措施。玻璃钢骨架正好相反，不能直接承受较大的集中载荷，需要增加金属加强件，成形需要使用工装（胎模），但与蒙皮组装方便，在蒙皮成形模中通过胶结即可完成，不需要密封。 33、 整流罩是置于轮毂前面的罩子，其作用是【整流】，减小【轮毂的阻力】和保护【轮毂中的设备】。
34、 塔架内部结构布置包括①【工作台】；②爬梯；③电缆架；④电控柜；⑤【照明系统】。
35、 塔架是风力发电机中支撑机舱的结构部件，承受来自风电机组各部件的各种载荷（风轮的作用力和风作用在塔架上的力，包括【弯矩】、【推力】及对【塔架的扭力】。
36、 塔架具有足够的疲劳强度，能承受风轮引起的震动载荷，包括启动和停机的【周期性影响】、【阵风变化】、【塔影效应】等。
37、 风电机组的基础通常为【钢筋混凝土】结构，并且根据当地地质情况设计成不同的形式。
38、 塔架的基本形式有【桁架式】塔架和【圆筒式】塔架两大类。
39、 塔筒式塔架一般呈【截锥】形，由数段组成，一般每段长度不超过【30m】是经济的。
40、 塔架高度主要依据【风轮直径】确定，但还要考虑安装地点附近的障碍物情况、风力机功率收益与塔架费用提髙的比值（塔架增高，风速提高，风力机功率增加，但塔架费用也相应提高）以及【安装运输】问题。 41、 直径在【25】m以上的风轮，其轮毂中心高与轮毂直径的比应为1:1。 42、 塔架载荷主要有【推力】、【弯矩（轴向和侧向）】、【扭矩】、【重力】，以及作用在塔架迎风面的空气动力载荷和塔架自身的重力载荷。
43、 在地震区安装风电机组时，还要考虑【地震载荷】； 在近海区安装风电机组时，还要考虑【波浪载荷】、海流载荷等。
44、 水平轴风力机的塔架设计应考虑塔架的静动态特性、与机舱的连接、运输和安装方法、 基础设计施工等问题。塔架的寿命与其【自身质量大小】、【结构刚度】和【材料的疲劳特性】有关。
45、 塔架的一阶固有频率与受压迫震动频率n、zn值的差别必须超过这些值的【20】%以上，以免【共振】，还必须注意避免高次共振。 46、 塔架设计可按一般高耸建筑物设计规范进行，主要步骤如下：
① 初步确定塔架的几何外形和尺寸。塔架的结构形状和尺寸，取决于【载荷】、总体对塔架静、动特性的要求、与机舱偏航机构的安排及尺寸。 ② 强度、刚度确定构件的【截面参数】，如直径、壁厚等。 ③ 行塔架【稳定性】与动特性分析。
47、 由于塔架承受的弯矩由上至下【增加】，因此塔架横截面面积自下而上逐渐【减少】，以减少塔架自身的质量。
48、 塔架的刚度要适度，其自振频率（弯曲及扭转）要避开运行频率（风轮旋转频率的3倍）的【整数倍】。目前，大型风力机多采用“【半刚性】塔”和“【柔】塔。
49、 对于刚性塔架，在风轮发生【超速】现象时，转速的叶片数倍冲击也不能与塔架产生共振。
50、 塔架的塔筒常用【Q3455C】、【Q345D】钢板经卷板焊接制成。塔筒通常表
面采用【热镀锌】、【喷梓或喷漆处理】对表面防锈处理要求应达到【20】年以上的寿命。
51、 风力发电机组的机械传动系统包括【轮毂】、【主轴】、【齿轮箱】、【制动器】、【联轴器】以及【安全装置】等。
52、 主轴与齿轮箱的连接大多采用【胀套联轴器】连接。其内、外锥套【轴向相对位移】使内锥套收缩，这样既可保证主轴与齿轮箱输入轴配合面的【过盈】，平稳传递转矩，还可以在负荷超出极限值时让主从动件在配合面打滑，对整个轴系起【过载保护】作用。
53、 通常主轴支撑在两个轴承上，靠近轮毂的轴承承受来自风轮大部分的载荷，设计为【固定端】，而另一轴承则设计成【浮动端】，轴向可以伸缩。 54、 齿轮箱上两侧扭力臂通过弹性垫与机架相连，仅作为【辅助支撑】。 55、 齿轮箱的功用是【传递扭矩】和【提髙转速】，通过两到三级渐开线圆柱齿轮增速传动得以实现，风力发电机组齿轮箱一般常采用行星齿轮或【行星加平行轴齿轮组合】传动。
56、 联轴器通过【绝缘构件】阻止发电机磁化齿轮箱内的齿轮和【轴承】等钢制零件，避免这些零件发生【电腐蚀】现象。联轴器上还设置有【扭矩限制】装置用以保齿轮传动齿轮箱结构保护传动轴系，防止过载运行。 57、 【风向标】是偏航系统的传感器。
58、 偏航系统的功能就是跟踪【风向】的变化，驱动【机舱】围绕塔架中心线旋转，使【风轮扫掠面积】与【风向】保持垂直。
59、 机舱的偏航运动是由偏航齿轮装置自动执行的，他是根据【风向仪】提供的风向信号，由【控制系统】发出指令，通过【传动机构】使机舱旋转 ，让风轮始终处于迎风位置。
60、 发电机通过四个橡胶减震器与机舱底盘连接，这种结构可以有效的降低发电机【噪声】。
61、 偏航轴承有【滚动轴承】和【滑动轴承】两种，大型机组大多采用【滚动轴承】。
62、 常见变桨距机构的三种驱动装置类型包括：【步进电机和齿形皮带驱动】、【伺服油缸驱动联杆机构】和【电机齿轮减速器驱动小齿轮和齿圈】。
3-第3章-《风力发电机组整体结构》
