风力发电机叶片的维护
酒泉职业技术学院
毕业设计（论文）
11 级风能与动力技术专业
题目：风力机叶片的故障分析及维护
毕业时间：二O一四年六月
学生姓名：王立伟
指导教师：甄亮
班级：风能与动力技术（1）班
2013年11月2日
酒泉职业技术学院届各专业毕业论文（设计）成绩评定表
目录
摘要 (3)
一、风机叶片简介 (3)
二、维护叶片的目的 (3)
三、叶片产生问题的原因及故障分析 (4)
（一）叶片产生问题的原因类型 (4)
(二)风机叶片的常见损坏类型及诊断方法 (9)
四、叶片的维护 (13)
（一）叶片裂纹维护 (13)
(二)叶片砂眼形成与维护 (13)
(三)叶尖的维护 (13)
总结 (14)
参考文献 (15)
致谢 (16)
风力机叶片的故障分析及维护
摘要：叶片是风力发电机将风能转化为机械能的重要部件之一,是获取较高风能利用系数和经济效益的基础，叶片状态的好坏直接影响到整机的性能和发电效率，应该引起风电企业的高度重视。风机多是安装在环境恶劣、海拔高、气候复杂的地区，而叶片又恰恰是工作在高空、全天候条件下，经常受到空气介质、大气射线、沙尘、雷电、暴雨、冰雪的侵袭，其故障率在整机中约占三分之一以上。定期检查，早期发现，尽快采取措施，把问题解决在萌芽状态是避免事故、减少风险、稳定电场收益的最有效方式。。
关键词：叶片；故障分析；维护
一、风机叶片简介
风力发电机叶片是一个复合材料制成的薄壳结构，结构上分根部、外壳、龙骨三个部分。类型多种，有尖头、平头、钩头、带襟翼的尖部等。制造工艺主要包括阳模→翻阴模→铺层→加热固化→脱模→打磨表面→喷漆等。设计难点包括叶型的空气动力学设计、强度、疲劳、噪声设计、复合材料铺层设计。工艺难点主要包括阳模加工、模翻制、树脂系统选用。叶片是一个大型的复合材料结构,其重量的90%以上由复合材料组成,每台发电机一般有三支叶片,每台发电机需要用复合材料达四吨之多。
二、维护叶片的目的
风机叶片是风电机组关键部件之一，其性能直接影响到整个系统的性能。叶片工作在高空，环境十分恶劣，空气中各种介质几乎每时每刻都在侵蚀着叶片, 春夏秋冬、酷暑严寒、雷电、冰雹、雨雪、沙尘随时都有可能对风机产生危害，隐患每天都有可能演变成事故。据统计，风电场的事故多发期多是在盛风发电期，而由叶片产生的事故要占到事故的三分之一，叶片发生事故电场必须停止发电，开始抢修，严重的还必须更换叶片，这必将导致高额的维修费用，也给风电场带来很大的经济损失。在我国风电开发还处于一个发展阶段，风场管理和配套服务机制尚不完善，尤其是风电企业对叶片的维护还没有引起充分认识，投入严重不足，风电场运转存在许多隐患，随时都会出现许多意想不到的事故，直接影响到风电场的送电和经济效益。根据对风电场的调查和有关数据分析，并参阅了许多国外风电场维护的成功经验，我们对风电场的日常维护的必要性有
了更深刻的了解。我认为，建立良好的叶片正常维护制度是保证风电场效益的基础，以少量的投入避免巨大的损失、换取最佳经济效益的最好方式。
三、叶片产生问题的原因及故障分析
（一）叶片产生问题的原因类型
我们将从四个方面讨论叶片产生问题的主要原因：即设计不完善、生产缺陷、自然原因和运行不当。
1.设计方面的原因
(1)管理层要求降低成本的压力
生产厂家管理层片面追求利润，设计部门经常会受到来自管理层的压力，要求他们设计成本低廉的部件，以便使企业有更大的利润空间。面对来自管理层的压力，设计部门有时不得不做出妥协，比如，减小叶片的叶根直径的方式来减少轮毂和叶片的成本，但是叶根尺寸减小后会导致叶片强度不够，再例如选择质量不佳但价格便宜的原材料，这往往导致叶片出现致命的缺陷。
(2)未经设计者批准就改变生产工艺
在叶片生产加工过程中，有时候生产部门未经设计部门批准就私自修改工艺，这样会破坏叶片的整体性能。
(3)生产部门和设计部门缺乏沟通
有时，设计部门的某项设计旨在降低叶片的成本、重量或为了开发一种新产品，他们将这些设计构想寄希望于生产部门，但实际上这些设计在工艺上是很难保证的，如果设计部门和生产者之间缺乏必要的沟通，缺乏团队精神，产品就会出现问题。
(4)极限设计
叶片的设计要考虑到机组其他部件的要求与配合，例如，塔架与叶片的间距通常是设计叶片强度需要考虑的一个原因，主轴和轴承的尺寸也会对叶片的重量提出要求，如果这些参数考虑不周就会使叶片设计到达极限值。
(5)安全余量降低
在叶片设计的任何一个阶段中，实际运行载荷和静态载荷总是很难准确预测，设计不当就会降低运行载荷的安全余量，这样设计参数生产出来的产品因为降低安全余量很容易损毁。
2.生产
(1)使用不合格的材料
为降低成本，生产厂家会寻求更便宜的胶衣、树脂或纤维，如果这些材料不符合叶片的设计要求，这会导致叶片很快失效。
(2)不严格的质量控制
生产过程中缺乏质量控制是导致叶片出现问题的主要原因之一。在生产过程中必须在关键环节设置质量检验点，只有通过了该工序的质量检验，生产加工才能继续。如果忽略了或者不存在这些检验点，生产工艺很难保证，就会存在质量问题。生产过程的质量检验和出厂产品的测试检验是质量控制体系的一个重要组成部分，生产厂家要保证对产品质量的持续改进，避免把有缺陷的叶片发给客户。例如，2008年3月苏司兰公司将要花费0.25亿美元修复在美国发现的出现裂纹的叶片，修复工作将超过6个月。
(3)擅自修改生产工艺
生产者决定改变工艺时，必须按正常程序得到设计部门的批准，并得到质量验证，擅自修改工艺会导致产品质量不合格。
(4)生产工艺过于复杂很难产生质量一致的产品
如果生产工艺过于复杂，很难批量生产出质量一致的产品。
3.自然原因
(1)雷击
遭受雷击是叶片毁坏的主要原因之一。如果避雷系统工作不正常，当雷击击中一个叶片时，电流将会直接传递给发电机。如果叶片有砂眼下雨时就会积水，在受到雷击的时候这些水分会瞬间蒸发，产生的蒸汽压力会使叶片爆炸或裂开，这对机组来说是灾难性的、致命的。我们虽然无法控制雷击这种自然现象，但是如果经常检查叶片防雷系统，修复有问题的避雷系统，将叶尖的排水孔里的杂质清理干净，就能最大限度的保护叶片，减少叶片遭受雷击。
(2)冰
叶片上的积冰非常危险，最好的办法是把风力机上的冰都除去。冰减少了翼型的效率，使叶轮失去平衡。在极端结冰条件下，风力机经常被迫关掉。
(3)空气中的颗粒
由于叶片转动，它不可避免会与空气中的颗粒产生摩擦和撞击。在许多情况下,叶片的叶尖速度超过70m/s，在这个速度下，空气中的颗粒会导致前缘磨损，前缘粘合会因此开裂。即使不是结构性损坏，前缘磨损也会造成很大的发电损失。
(4)高速风、剪切风、恶劣气候
通常随着风速增加，叶片顺桨，当风速超过额定值时，叶片顺桨直至机组完全停止。强的剪切风或大的阵风可以将叶片载荷超过其设计载荷，即使叶片处在静态状态，也会损坏叶片。暴雨、雷电、暴风雪、冰雹、飓风、寒潮等恶劣气候都可能会给叶片造成损坏。
(5)疲劳寿命
如果生产的叶片疲劳寿命实验值达到了其设计要求，说明叶片抗疲劳性能良好，这是叶片很关键的一个技术指标。
4.运行和维护不当
(1)漏油
因为油渗漏后会穿透叶片层板，引起叶片分离。叶片内部缝隙需要清洁控制。叶片外层的油渗漏能造成污垢，降低其运行效果。
(2)裂缝
目测叶片裂缝，这是最容易的一种检查叶片有问题的方法。所有的裂缝应及时报告，以保证它在变成大问题前及时修复。由于裂缝会生长，随着时间的延长，修补起来会比较贵。裂缝会使水进入叶片，在冰融气候中引起叶片损坏。
(3)污垢
当翼型变脏后，其性能受到影响。就象一辆汽车的挡风板，叶片也会很快地聚集污垢和虫子。失速调桨风力机在高风速下失速以保护风力机。这些翼型对前缘上的污垢或虫子很敏感，它们会使叶片提前失速。
一个变脏的失速定浆翼型可能会损失20%效率，因此保持干净很重要。在一些地区，每几个星期对叶片进行清洁是很经济的。变桨风力机翼型可避免失速，它和失速定桨叶片不同，不受污垢影响。
(4)前缘腐蚀
在世界上一些地方，前缘腐蚀是一个严重的问题，而其它地方可能根本不是一个问题。如果你发现前缘腐蚀在你的地区是一个问题时，我们建议使用前缘保护带，它用于叶片前缘。这些带子非常耐用，可以防止腐蚀。
(5)超额定功率运行
许多风机操作者操作风机，让机组在超高风速下运转，这样做短时间带来很大的好处是产生的功率大幅增加，但是导致的结果是机组超功率运行，叶片开始出现早期失效。
(6)失控
失控使风力机不能停下来。它可能是由于制动或变桨系统出错造成。也可能是控制器或操作误差引起。这是很危险的情况，因为叶片产生的功率随着转速增加继续上升。如果发电机不在线，没有载荷可阻止每分钟转速上升。当转速增加，就会产生几种情况。叶片可能回弹，撞到塔架，或者因为离心力增加，引起叶片飞散。如果这种情况发生，叶轮会失控甩出去，风力机可能摇晃脱离塔架。因为没有一个系统是被设计用来对付极限超速，所以塔架或地基可能倒塌，掀翻整个风力机。不要靠近一个失控的风力机，因为它的某些部件可能被甩出几百英尺远。由于现代风力机高度很高，倒塌时它要超过一个足球场大小。
(7)叶片平衡
叶片必须平衡，使它们不会对风力机其余部分或塔架造成过载。就象汽车的轮子，如果叶片不平衡，旋转叶片会引起载荷反复摆动。
(8)静载荷力矩
这是叶片被吊着叶根时的重量。每次轮毂旋转180度，该重量反向。反向的载荷造成许多损坏，如果叶片设计或制造有误，它就会在叶根附近断裂，因为根端所受载荷最大。当叶片越来越长时，它就成为一个关键的设计载荷。
(9)叶片震动缺陷
当叶片越来越大时，风力机就更昂贵，要使用更多的安全装置。叶片震动可以用加速计测出。控制仪能改变叶片的节矩、风力机速度或其它参数以减小不需要的震动。如果你的风力机在这点上有错，它就会变成一个严重的事故。叶片震动缺陷通常需要专门的探测工具，大多数现场技术人员不具备。我们建议用一名风力机工程师收集和分析数据，以找出原因。
(10)共振频率
当一个物体的震动固有频率与风力机转动速度相匹配时，就产生共振频率。设计叶片时，其固有频率必须和叶轮每分钟转动的频率和塔架摇摆频率不同。否则，正常的叶片跳动在叶片和风力机其它部件共振时被放大，在叶片结构上引起极限载荷。由于叶片形状象翅膀，它们在拍动方向，以边缘间不同频率震动。
当叶片装在变速风力机上，这些频率都需被理解，同时共振问题更加复杂。在叶片制造中大的修补或偏离设计会改变叶片重量，也改变共振频率。这就是为什么风力机可能装有一个叶片振动传感器，如果叶片运作接近任何固有频率，它能使风力机产生故障。
(11)叶片到塔架的间距
在现代风力机设计中，这是一个重要的设计考虑。因为大多数风力机是迎风的，它们往往会向后弯向塔架。
叶尖和塔架的间距受到以下因素影响：叶片刚度、叶轮转速、风速、叶片塔架距离、机舱罩倾斜、偏航轴溢出和塔架的形状。随着时间延长，偏航轴磨损和叶片老化可能降低叶片和塔架的间距。如果一个叶片撞到了塔架，对叶片是一个灾难性事件，它会损坏整个风机和塔架
(12)叶片涂饰
好的叶片涂饰是比较贵的。因为叶片也很贵，所以我们建议在修补后采用好的涂饰。不要使用辊筒或刷子来进行涂饰。一些涂饰工作会使你不能产能，如在叶片前缘上胶衣中的刷痕。除非气动工程师把这些刷痕并入翼型中，否则它们不应该存在。你可能要花时间把它们从新叶片上打磨掉。
(13)可展开的叶尖
这些可移动的叶尖用作刹车装置，防止产生失控。它们用在定桨风力机上。拥有可展开叶尖的叶片需要叶尖维护。针对裂缝和磨损部件，要检查所有的机构。大多数带叶尖的大叶片用电缆连接叶尖至叶根处的激励机构。这些地方的问题涉及叶尖锁断裂、电缆断裂。叶片可以在没有叶尖锁的情况下起作用。但因为叶尖将展开，所以电缆断了，叶片就不起作用了。
在我看来，有必要问是否所有的叶片应有可展开的叶尖，作为一个最后的安全措施以防止出现失控。在独立桨叶片的风力机上已出现过失控。
(14)防止叶片损坏
在搬运叶片时，适当保护翼型的薄弱之处很重要。我们经常会看到在搬运叶片时不小心，造成后缘损坏。在用皮带捆扎起来进行搬运前，我们用一个的护套来保护后缘。
(15)叶距刻痕
这些刻痕通常在叶片外面。对于小叶片这没什么，但对于大叶片，叶距刻痕应放在叶片内外面。如果变桨错了，哪怕是半度，其运行状况也会显著改变。
(16)叶片标识
我们建议用较大的标识标记叶片，这样从地面或用摄像机就能比较容易地辨别每片叶片，使叶片跟踪不成问题。
(17)缺少预防性维护
这是本文要讨论的主要问题。对叶片的周期性、预防性维护对保证风电机组正常运行起到了关键作用，花少些的时间和费用及时维护，或对发现的初期问题苗头进行维修，可以避免日后高额的维修费用、减少停机造成的经济损失。
(二)风机叶片的常见损坏类型及诊断方法
1.常见的叶片损毁类型
(1)前缘腐蚀
前缘腐蚀导致翼型变化。由于翼型发生形变，叶片捕捉的能量就会减少5%以上，前缘损坏在早期容易修补。
图1叶片前缘腐蚀
(2)前缘开裂
如果发现叶片前缘开裂，要尽快修补。如果不及时修补，开裂越变越长，在空气作用下，蒙皮就会出现脱开、开裂。如果叶片蒙皮开裂6英尺以下时还可以勉强修补，如果开裂再多就不得不更换整个叶片了，这意味着高额的材料、维修费用和较长时间的发电损失。
图2前缘开裂
(3)后缘损坏
后缘损坏在早期容易处理，如果置之不理，听任发展，轻微的后缘损坏就会导致大问题。从下面的照片中可以看见，裂缝沿着叶片弦向裂开，直通到梁，然后沿着梁撕裂，这个叶片已经接近灾难性失效了。
图3后缘损坏
(4)叶根断裂
叶根断裂必须尽早发现，因为叶根断裂经常引发灾难性失效。照片中这个叶片的叶根裂缝已经扩大，很难修补。
图4叶根断裂
(5)表面裂缝
即使很小的裂缝、砂眼也会使水渗入复合材料，严冬时水会结冰导致内芯快速损坏。小的裂缝会蔓延生长，最终导致叶片失效。
图5表面裂缝
(6)雷击损坏
避雷系统损坏会导致叶片遭受雷击。如果导雷器损坏或工作不正常，在雷电交加的
时候叶片很容易被击中损坏。已经有证据显示，雷电会多次击中某个风电场中的某台机组，而风电场中其它的机组却从来不遭雷击，这是因为这台机组的横向裂纹引发雷击，因此发现裂纹或避雷系统有故障及时维修十分重要。
图6雷击损坏
2.判断叶片受损方法
通过看，听和感觉，可找出叶片缺陷。一个好的技术人员会听风力机和叶片的声音。一个旋转的叶片所发出的声音如果有任何变化，比如有一个叶片突然开始哨叫，那就意味着叶片中某些部分发生了变化。如果你再一次注意到你的风力机会向四周摇摆，而这种情况以前从未发生过，那可能叶片中的一些部分发生改变。我们建议使用一副好的双筒望远镜定期扫描检查叶片蒙皮。也可以使用摄像机摄录下对叶片蒙皮的扫描，用于以后的评估，并放大怀疑的区域。但我们建议由同一个人来扫描检查蒙皮或记录，这样使微小的变化也可被看到。不熟练的人可能看不到这些微小变化。
(1)从声音辨别叶片受损技巧
一般柔性叶片运行两年后、刚性叶片运行三年后如果叶片叶尖处未出现砂眼、软胎、开裂、叶尖磨平现象，三支叶片运转时声音是一致的，叶片转动至地面角度时，所发出的是刷刷声音，如果出现呼呼之声和哨声，证明有单支叶片已经出现受损现象，需要停车检查叶尖部位和整体叶片的迎风角面（叶脊），观察叶刃至上而下是否有横纹现象。总之三支叶片同时出现隐患的几率极低，从运转声音上，最易判断事故隐患。
(2)风机叶片目测技巧
叶片运行二至三年后，如遇雨后，从叶片迎风面（叶脊）可看出风机叶片受损情况。如果叶片迎风面雨后还显黑色，证明叶片已经出现砂眼，因为外界小生物被叶片打到后，只是附着在叶脊上；如果叶脊没有砂眼、麻面，附着物及污物完全可以被冲刷掉（盐雾、漏油除外），叶片迎风面颜色越重，证明叶片受损越严重。
四、叶片的维护
（一）叶片裂纹维护
叶片表面的裂纹一般在风力发电机组运行2-3年后就会出现。裂纹是由低温和机组自振所引起的。如果裂纹出现在距叶片根部的8-15米处，风力发电机的每次自振、停车都会是裂纹加深加长。裂纹在扩张的同时，空气中的污垢、风沙乘虚而入，是的裂纹加深加宽。裂纹严重威胁着叶片的安全，可导致叶片的开裂，横向的裂纹可导致叶片断裂。
如果出现横向裂纹，必须采用拉锁加固复原法。拉锁加固复原发是指，采用专用的拉筋粘合，修复回原有的叶片平面。
(二)叶片砂眼形成与维护
风机叶片出现砂眼是由于叶片没有了保护层所引起的。叶片的胶衣层破损后，被风沙抽磨的叶片首先出现的麻面其实是细小的砂眼，如果叶片有坚硬的胶衣保护，沙粒吹打到叶面时可以抵挡也能转移风沙的冲击力，就象风沙分别打到钢板和木版上，所出现砂眼的状态肯定是截然不同。砂眼对风机叶片最大的影响是运转时阻力增加转速降低，砂眼生成后它的演变的速度是惊人的。1.5毫米直径的砂眼二年后清洗已变成深度5毫米直径达10-12毫米，如果此时是雨季，砂眼内存水，麻面处湿度增加，风机避雷指数就会降低。针对砂眼的修复，以往国内采用的是抹压法，此种方法对于小砂眼和麻面是有效的，但对于较深的砂眼，在抹压的同时砂眼内污垢和空气气泡无法排出，存在着治标不治本的现象。采用注射法治理修复叶片砂眼，无论深度多少的砂眼都是从内向外堵，使内结面积增大饱和无气隔。做到表里如一，坚硬耐冲击。
(三)叶尖的维护
风机的许多功能是靠叶尖的变换来完成的。叶尖是整体叶片的易损部位，风机运转时叶尖的抽磨力大于其它部位，整体叶片中它又是最薄弱的部位。叶尖是由双片合压组
成，叶尖的最边缘是由胶衣树脂粘合为一体，叶尖的最边缘近4厘米的材质是实心。目的是增加叶尖的耐磨度和两片之间的亲和力。由于叶尖内空腔面积较小，风沙吹打时没有弹性，所以也是叶片中磨损最快的部位。通过施工标记试验证明，叶尖每年都有0.5厘米左右的缩短磨损。叶片的易开裂周期是风机运转四至五年后，原因就是叶片边缘的固体材料磨损严重，双片组合的叶尖保护能力、固合能力下降，使双片粘合处缝隙暴露于风沙中。解决风机叶片开裂的问题，就是风机运转几年后做一次叶尖的加长、加厚保护。与原有叶片所磨损的重量基本吻合，不会对叶片的配重比产生任何影响，修复后的叶尖至少三年后磨回原有叶面，对阻止叶尖开裂现象的发生起到决定性作用。
总结
本文对风力发电机组叶片的故障分析及维护做了详细的过程，风轮叶片作为风电机组的一个部件，与其它零件一样需要关注。维持叶片情况良好的方式是检查和观察早期问题。如果定期修复这些问题，可以避免更大、高额费用的修补。如果对小的问题不理不睬，就会发展成越来越大损毁。这不仅造成修补费用更加昂贵，而且这种损坏通常在有风季节出现，由此影响发电收入。
若有合理的维护，是我们希望看到的，也是我们不懈的追求。
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致谢
在大学即将毕业之际，很幸运能遇到治学严谨、博闻强识的指导教师。本次毕业设计历时一个多月，从选题、开题报告、软件设计到完成说明书，其间每一过程都得到任老师的悉心指导。每次见面老师都会了解我们的设计情况，力求让我在正确的方向上学到最多的知识，高效、高质量的完成毕业设计。每次对于我的疑问，老师总是不耐其烦的解答，并对相关知识点进行扩展，让我的知识面得到了极大的丰富。
同时，还要感谢所有给过我帮助的老师和同学，没有你们的帮助，我不会这么顺利的完成设计，是你们在我遇到困难的时候无私、热心的帮助我，给我提供了强大的支持。同样，也要感谢学校，感谢图书馆，感谢你们提供的丰富的参考资料，正是借助这些资料我才能准确、顺利的完成毕业设计。
最后，再一次的对所有帮助我的人表示感谢，谢谢你们的支持与帮助！
新能源工程系
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王立伟
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风力发电机叶片数目与风能利用率 曹连芃 摘要：介绍风轮实度大小对风力机运行特性的影响，为什么现在风力发电机多为“一根杆子三根针”的结构。 关键字：风轮，风轮实度，叶尖速比，风能利用系数,一根杆子三根针，实度比,风能，风力发电机 图1是我们常见的风力发电机外观图，它有三个叶片，三个叶片与轮毂构成风轮，风轮转轴带动机舱内的发电机，由于风轮的转轴是水平的，故称为水平轴风力发电机。 图1－水平轴风力发电机 我们看到绝大多数风力发电机是三个叶片，这是为什么？ 在谈这个问题之前，先介绍一个有关风力机叶片数目的概念——风轮实度。风力机叶片（在风向投影）的总面积与风通过风轮的面积（风轮扫掠面积）之比称为实度（或称实度比、容积比），是风力机的一个参考数据。 图2是几种水平轴风力机叶轮，绘有单叶片、双叶片、三叶片、多叶片四种
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Common Faults And Their Analysis Of The Wind Turbine Abstract With the global economic development and population growth, humanity is facing with the pressure from two sides of the energy use and environmental protection, the energy problem and environmental pollution has become an increasingly prominent issue. Wind power as a abundant reserves of natural resources, because of its convenient use, renewable, low cost, no pollution, has been more widely used and rapid development in the world. Wind power has been taken as one of the priority development energy sources in the world．The increase of wind power capacity and complicated system structure will not only cause power outage，but also raise serious accidents when the set is at fault． In the beginning, the dissertation introduces the practical significance of project and the common failure mode of wind turbines, then researches and describes the failure of gearbox in detail, including the cause of failure, how to identify and how to improve the design. Based on the analysis of common failures, not only provide assistance for fault diagnosis to the technical
风力发电机的分类
1,风力发电机按叶片分类。 按照风力发电机主轴的方向分类可分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。 （1）水平轴风力发电机：旋转轴与叶片垂直，一般与地面平行，旋转轴处于水平的风力发电机。水平轴风力发电机相对于垂直轴发电机的优点；叶片旋转空间大，转速高。适合于大型风力发电厂。水平轴风力发电机组的发展历史较长，已经完全达到工业化生产，结构简单，效率比垂直轴风力发电机组高。到目前为止，用于发电的风力发电机都为水平轴，还没有商业化的垂直轴的风力发电机组。 （2）垂直轴风力发电机：旋转轴与叶片平行，一般与地面吹垂直，旋转轴处于垂直的风力发电机。垂直轴风力发电机相对于水平轴发电机的优点在于；发电效率高，对风的转向没有要求，叶片转动空间小，抗风能力强（可抗12-14级台风），启动风速小维修保养简单。垂直轴与水平式的风力发电机对比，有两大优势：一、同等风速条件下垂直轴发电效率比水平式的要高，特别是低风速地区；二、在高风速地区，垂直轴风力发电机要比水平式的更加安全稳定；另外，国内外大量的案例证明，水平式的风力发电机在城市地区经常不转动，在北方、西北等高风速地区又经常容易出现风机折断、脱落等问题，伤及路上行人与车辆等危险事故。 按照桨叶数量分类可分为“单叶片”﹑“双叶片”﹑“三叶片”和“多叶片”型风机。 凡属轴流风扇的叶片数目往往是奇数设计。这是由于若采用偶数片形状对称的扇叶，不易调整平衡。还很容易使系统发生共振，倘叶片材质又无法抵抗振动产生的疲劳，将会使叶片或心轴发生断裂。因此设计多为轴心不对称的奇数片扇叶设计。对于轴心不对称的奇数片扇叶，这一原则普遍应用于大型风机以及包括部分直升机螺旋桨在内的各种扇叶设计中。包括家庭使用的电风扇都是3个叶片的，叶片形状是鸟翼型（设计术语），这样的叶片流量大，噪声低，符合流体力学原理。所以绝大多数风扇都是三片叶的。三片叶有较好的动平衡，不易产生振荡，减少轴承的磨损。降低维修成本。 按照风机接受风的方向分类，则有“上风向型”――叶轮正面迎着风向和“下风向型”――叶轮背顺着风向，两种类型。 上风向风机一般需要有某种调向装置来保持叶轮迎风。 而下风向风机则能够自动对准风向, 从而免除了调向装置。但对于下风向风机, 由于一部分空气通过塔架后再吹向叶轮, 这样, 塔架就干扰了流过叶片的气流而形成所谓塔影效应,使性能有所降低。 2,按照风力发电机的输出容量可将风力发电机分为小型，中型，大型，兆瓦级系列。 （1）小型风力发电机是指发电机容量为0.1~1kw的风力发电机。 （2）中型风力发电机是指发电机容量为1~100kw的风力发电机。 （3）大型风力发电机是指发电机容量为100~1000kw的风力发电机。 （4）兆瓦级风力发电机是指发电机容量为1000以上的风力发电机。 3,按功率调节方式分类。可分为定桨距时速调节型，变桨距型，主动失速型和 独立变桨型风力发电机。 （1）定桨距失速型风机；桨叶于轮毂固定连接，桨叶的迎风角度不随风速而变化。依靠桨叶的气动特性自动失速，即当风速大于额定风速时依靠叶片的失速特性保持输入功率基本恒定。
风力发电机结构图分析风力发电机原理
风力发电机结构图分析风力发电机原理 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。风力研究报告显示：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。下面先看风力发电机结构图。 风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行;我国也在西部地区大力提倡。小型风力发电系统效率很高，但它不是只由一个发电机头组成的，而是一个有一定科技含量的小系统：风力发电机+充电器+数字逆变器。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。每一部分都很重要，各部分功能为：叶片用来接受风力并通过机头转为电能;尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能;转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能;机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能。
风力发电机结构图指出：风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13～25v变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220v市电，才能保证稳定使用。 通常人们认为，风力发电的功率完全由风力发电机的功率决定，总想选购大一点的风力发电机，而这是不正确的。风力发电机结构图显示：目前的风力发电机只是给电瓶充电，而由电瓶把电能贮存起来，人们最终使用电功率的大小与电瓶大小有更密切的关系。功率的大小更主要取决于风量的大小，而不仅是机头功率的大小。在内地，小的风力发电机会比大的更合适。因为它更容易被小风量带动而发电，持续不断的小风，会比一时狂风更能供给较大的能量。当无风时人们还可以正常使用风力带来的电能，也就是说一台200w风力发电机也可以通过大电瓶与逆变器的配合使用，获得500w甚至1000w乃至更大的功率出。 现代变速双馈风力发电机的工作原理就是通过叶轮将风能转变为机械转距(风轮转动惯量)，通过主轴传动链，经过齿轮箱增速到异步发电机的转速后，通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网。如果超过发电机同步转速，转子也处于发电状态，通过变流器向电网馈电。 最简单的风力发电机可由叶轮和发电机两部分构成，立在一定高度的塔干上，这是小型离网风机。最初的风力发电机发出的电能随风变化时有时无，电压和频率不稳定，没有实际应用价值。为了解决这些问题，现代风机增加了齿轮箱、偏航系统、液压系统、刹车系统和控制系统等。 齿轮箱可以将很低的风轮转速(1500千瓦的风机通常为12-22转/分)变为很高的发电机转速(发电机同步转速通常为1500转/分)。同时也使得发电机易于控制，实现稳定的频率和电压输出。偏航系统可以使风轮扫掠面积总是垂直于主风向。要知道，1500千瓦的风机机舱总重50多吨，叶轮30吨，使这样一个系统随时对准主风向也有相当的技术难度。 风机是有许多转动部件的，机舱在水平面旋转，随时偏航对准风向;风轮沿水平轴旋转，以便产生动力扭距。对变桨矩风机，组成风轮的叶片要围绕根部的中心轴旋转，以便适应不同的风况而变桨距。在停机时，叶片要顺桨，以便形成阻尼刹车。 早期采用液压系统用于调节叶片桨矩(同时作为阻尼、停机、刹车等状态下使用)，现在电变距系统逐步取代液压变距。 就1500千瓦风机而言，一般在4米/秒左右的风速自动启动，在13米/秒左右发出额定功率。然后，随着风速的增加，一直控制在额定功率附近发电，直到风速达到25米/秒时自动停机。 现代风机的设计极限风速为60-70米/秒，也就是说在这么大的风速下风机也不会立即破坏。理论上的12级飓风，其风速范围也仅为32.7-36.9米/秒。 风力发电机结构图显示：风机的控制系统要根据风速、风向对系统加以控制，在稳定的电压和频率下运行，自动地并网和脱网;同时监视齿轮箱、发电机的运行温度，液压系统的油压，对出现的任何异常进行报警，必要时自动停机，属于无人值守独立发电系统单元
无叶片风力发电机--VORTEX
VORTEX——没有叶片的风力发电机就是这么酷 一．前言 风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球的风能约为2.74×10^9MW，其中可利用的风能为2×10^7MW[1]。随着全球经济的发展，所面临的能源问题和环境问题越来越严峻，使得风能等可再生能源迅速发展起来。根据国家能源局数据，2014年中国全部发电设备容量为1360GW，其中并网风电的容量达到了95.8GW，也就是说说，风电装机量在中国发电装机总量当中占据大约7%的份额。 一般情况下，我们所看见的风力发电机都是水平轴扇叶风机，他们有着很大的风机叶片，以此来吸收风能并发电。然而，这样的风电机有一些弊端。一个风电场的众多风机之间的排列需要较大的安全距离，也就是说一块固定大小的地面上能够安装的风电机数量是有限的；另外，扇叶的旋转也对鸟类带来了危险。 想象一下，一个没有叶片的风机会是什么样纸？它需要更少的材料，成本更低，噪声更小，对环境友好度更好……关上你的脑洞，来一睹它的风采吧↓↓↓
这个酷炫的没有叶片的风机是由西班牙公司Vortex Bladeless开发。无叶片风机Vortex 的工作原理是利用结构的振荡捕获风的动能，从而利用感应发电机或压电发电机将风的动能转变成电能输出。该设计理念将减少常规涡轮机中很多零部件的设计与制造，如叶片，机舱，轮毂，变速器，制动装置，转向系统等，从而使无叶片风机Vortex具有无磨损、性价比高、便于安装和维护、环境友好型及土地利用率高等显著特点。 二．Vortex的发电原理——卡门涡街 无叶片风机Vortex的基本发电原理是卡门涡街，维基百科上这样描述它，“在流体中安置阻流体，在特定条件下会出现不稳定的边界层分离，阻流体下游的两侧，会产生两道非对称地排列的旋涡，其中一侧的旋涡循时针方向转动，另一旋涡则反方向旋转，这两排旋涡相互交错排列，各个旋涡和对面两个旋涡的中间点对齐，如街道两边的街灯般，这种现象，因匈牙利裔美国空气动力学家西奥多·冯·卡门最先从理论上阐明而得名卡门涡街”[2-3]。 卡门涡街可以解释许多现象。1940年11月7日美国华盛顿州塔科马海峡吊桥（Tacoma Narrow Bridge）崩塌事件。华盛顿州政府特为此而设立专案调查组，经过美国空气动力学家西奥多·冯·卡门在加州理工学院风洞进行模型测试，证明塔科马海峡吊桥倒塌事件的元凶，是卡门涡街引起吊桥共振。原设计为了求美观及省钱，使用过轻的物料，造成其发生共振的破坏频率，与卡门涡街接近，从而随强风而剧烈摆动，导致吊桥崩塌。
风力发电机的组成部件其功用
风力发电机的组成部件及其功用 风力发电机是将风能转换成机械能，再把机械能转换成电能的机电设备。风力发电机通常由风轮、对风装置、调速装置、传动装置、发电机、塔架、停车机构等组成。下面将以水平轴升力型风力发电机为主介绍它的各主要组成部件及其工作情况。图3-3-4和3-3-5是小型和中大型风力发电机的结构示意图。 图3-3-4 小型风力发电机示意图 1—风轮2—发电机3—回转体4—调速机构5—调向机构6—手刹车机构7—塔架8—蓄电池9—控制/逆变器 图3-3-5 中大型风力发电机示意图 1—风轮；2—变速箱；3—发电机；4—机舱；5—塔架。 1 风轮 风轮是风力机最重要的部件，它是风力机区别于其它动力机的主要标志。其作用是捕捉和吸收风能，并将风能转变成机械能，由风轮轴将能量送给传动装置。
风轮一般由叶片（也称桨叶）、叶柄、轮毂及风轮轴等组成（见图3-3-6）。叶片横截面形状基本类型有3种（见图第二节的图3-2-3）：平板型、弧板型和流线型。风力发电机的叶片横截面的形状，接近于流线型；而风力提水机的叶片多采用弧板型，也有采用平板型的。图3-3-7所示为风力发电机叶片（横截面）的几种结构。 图3-3-6 风轮 1.叶片 2.叶柄 3.轮毂 4.风轮轴 图3-3-7 叶片结构 （a）、(b)—木制叶版剖面； (c)、(d)—钢纵梁玻璃纤维蒙片剖面； (e) —铝合金等弦长挤压成型叶片；(f)—玻璃钢叶片。 木制叶片（图中的a与b）常用于微、小型风力发电机上；而中、大型风力发电机的叶片常从图中的（c）→（f）选用。用铝合金挤压成型的叶片（图中之e），基于容易制造角度考虑，从叶根到叶尖一般是制成等弦长的。叶片的材质在不
风力发电机常见故障及故障排除的方法
风力发电机常见故障及故障排除的方法 序号故障现象故障原因故障排除方法 1 风轮转动1．机舱罩松动或松动后碰有异常声响应停机检查 时发出异到转动件 1．重新紧固机舱罩紧固螺栓 常声响 2．风轮轴承座松动或轴承2．重新调整风轮轴和增速器的同轴度， 损坏 将固定螺栓拧紧、紧固牢靠；若轴承损坏 3．增速器松动或齿轮箱轴应更换轴承，重新安装轴承座 承损坏 3．调整增速器的同轴度，重新紧固其固4．制动器松动定螺栓；拆下增速器，更换轴承及油封， 5．发电机松动重新安装增速器 6．联轴器损坏4．重新固定制动器及调整刹车片间隙 5．重新调整发电机的同轴度并将紧固螺 栓紧固牢靠 6．更换联轴器 2 风速达到1．调速器卡滞，停留在一1．扭头、仰头、离心飞球、空气动力调 额定风速个位置上 速的平衡弹断或拉力（压力）变化应更换 以上，但风 2．发电机转子和定子接触或调整；找出变桨距驱动系统的卡滞位 轮达不到摩擦 置，消除卡滞现象；液压驱动变桨距的油 额定转速， 3．增速器轴承或风轮轴轴缸卡死或漏油，更换油缸或解决漏油 发电机不承损坏 2．发电机轴承损坏，应拆下更换；发电 能输出额 4．刹车片回位弹簧失效致机轴弯，拆下转子进行校直或更换 定电压使刹车片处在半制动状态 3．拆下更换，重新调整同轴角度安装好5．微机调速失灵4．更换弹簧，重新调整刹车 6．变桨距轴承坏片间隙 7．变桨距同步器坏5．检查微机输出信号，控制系统故障， 排除；微机可能受干扰而误发指令，排 除
干扰接受部位，屏蔽好；或速度传感器 坏， 更换 6．更换轴承 7．更换或修理变桨距同步器 3 调向不灵1．下风向或尾舵调向的阻停机修理 或不能调尼器阻力太大 1．将阻尼器弹簧压力调小 向2 ．扭头、仰头调速的平衡2．将平衡弹簧调整额定风速以上扭头或 弹簧拉力小或失效仰头，弹簧失效更换 3．调向电机失控或带病运3．启动调向电机电控坏，更换或更换电 转或其轴承坏；风速计或测机轴承，重新安装调向电机；调向电机定 速发电机有误 子部分短路或开路，拆下检查，重新布线， 4．调向转盘轴承进土且润修好后再重新安装；检查风速计和测速发滑不良，阻力太大或转盘轴电机，坏者更换 承坏，不能转动 4．检查转盘轴承，进土应清除，清洗注 5．微机指令有误，调向失 油，更换油封；转盘轴承坏，需要拆下机 灵舱更换，此时应进行一次大修，更换所有 轴承，更换润滑油等 5．检查微机各芯片，检查程序，检查控 制用磁力启动器或放大器。芯片坏，更 换； 程序有误重新输入正确程序；启动器坏或 放大器坏，更换；有屏蔽坏，重新屏蔽 好； 传感器失效，更换 4 风轮时快1．扭头、仰头调速弹簧失停机检修 时慢（风速效 1．更换调速弹簧 变化不大）2 ．调速油缸有气或液压管2．更换油缸密封圈，找出管路接头漏油 路有气，密封圈磨损漏油进气点更换密封垫，将管路气体排除，消
风力发电机原理及结构
风力发电机原理及结构 风力发电机是一种将风能转换为电能的能量转换装置，它包括风力机和发电机两大部分。空气流动的动能作用在风力机风轮上，从而推动风轮旋转起来，将空气动力能转变成风轮旋转机械能，风轮的轮毂固定在风力发电机的机轴上，通过传动系统驱动发电机轴及转子旋转，发电机将机械能变成电能输送给负荷或电力系统，这就是风力发电的工作过程。 1、风机基本结构特征 风力机主要有风轮、传动系统、对风装置（偏航系统）、液压系统、制动系统、控制与安全系统、机舱、塔架和基础等组成。 （1）风轮 风力机区别于其他机械的主要特征就是风轮。风轮一班有2~3个叶片和轮毂所组成，其功能是将风能转换为机械能。 风力发电厂的风力机通常有2片或3片叶片，叶尖速度50~70m/s，3也片叶轮通常能够提供最佳效率，然而2叶片叶轮及降低2%~3%效率。更多的人认为3叶片从审美的角度更令人满意。3叶片叶轮上的手里更平衡，轮毂可以简单些。 1）叶片叶片是用加强玻璃塑料（GRP）、木头和木板、碳纤维强化塑料（CFRP）、钢和铝职称的。对于小型的风力发电机，如叶轮直径小于5m，选择材料通常关心的是效率而
不是重量、硬度和叶片的其他特性，通常用整块优质木材加工制成，表面涂上保护漆，其根部与轮毂相接处使用良好的金属接头并用螺栓拧紧。对于大型风机，叶片特性通常较难满足，所以对材料的选择更为重要。 目前，叶片多为玻璃纤维增强负荷材料，基体材料为聚酯树脂或环氧树脂。环氧树脂比聚酯树脂强度高，材料疲劳特性好，且收缩变形小，聚酯材料较便宜它在固化时收缩大，在叶片的连接处可能存在潜在的危险，即由于收缩变形，在金属材料与玻璃钢之间坑能产生裂纹。 2）轮毂轮毂是风轮的枢纽，也是叶片根部与主轴的连接件。所有从叶片传来的力，都通过轮毂传到传动系统，在传到风力机驱动的对象。同时轮毂也是控制叶片桨距（使叶片作俯仰转动）的所在。 轮毂承受了风力作用在叶片上的推理、扭矩、弯矩及陀螺力矩。通常安装3片叶片的水平式风力机轮毂的形式为三角形和三通形。 轮毂可以是铸造结构，也可以采用焊接结构，其材料可以是铸钢，也可以采用高强度球墨铸铁。由于高强度球墨铸铁具有不可替代性，如铸造性能好、容易铸成、减振性能好、应力集中敏感性低、成本低等，风力发电机组中大量采用高强度球墨铸铁作为轮毂的材料。 轮毂的常用形式主要有刚性轮毂和铰链式轮毂（柔性轮毂
风力发电机叶片工艺流程
风力发电机叶片制作工艺流程 传统能源资源的大量使用带来了许多的环境问题和社会问题，并且其存储量大大降低，因而风能作为一种清洁的可循环再生的能源，越来越受到世界各国的广泛关注。风力发电机叶片是接受风能的最主要部件，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证发电机组正常稳定运行的决定因素，其成本约为整个机组成本的15%-20%。根据“风机功价比法则”，风力发电机的功率与叶片长度的平方成正比，增加长度可以提高单机容量，但同时会造成发电机的体积和质量的增加，使其造价大幅度增加。并且，随着叶片的增大，刚度也成为主要问题。为了实现风力的大功率发电，既要减轻叶片的重量，又要满足强度与刚度要求，这就对叶片材料提出了很高的要求。 1 碳纤维在风力发电机叶片中的应用 叶片材料的发展经历了木制、铝合金的应用，进入了纤维复合材料时代。纤维材料比重轻，疲劳强度和机械性能好，能够承载恶劣环境条件和随机负荷，目前最普遍采用的是玻璃纤维增强聚酯（环氧）树脂。但随着大功率发电机组的发展，叶片长度不断增加，为了防止叶尖在极端风载下碰到塔架，就要求叶片具有更高的刚度。国外专家认为，玻璃纤维复合材料的性能已经趋于极限，不能满足大型叶片的要求，因此有效的办法是采用性能更佳的碳纤维复合材料。 1）提高叶片刚度，减轻叶片质量 碳纤维的密度比玻璃纤维小约30%，强度大40%，尤其是模量高3～8倍。大型叶片采用碳纤维增强可充分发挥其高弹轻质的优点。荷兰戴尔弗理工大学研究表明，一个旋转直径为120m的风机的叶片，由于梁的质量超过叶片总质量的一半，梁结构采用碳纤维，和采用全玻璃纤维的相比，质量可减轻40%左右；碳纤维复合材料叶片刚度是玻璃纤维复合材料叶片的2倍。据分析，采用碳纤维／玻璃纤维混杂增强方案，叶片可减轻20％～30％。Vesta Wind System 公司的V90型3.0 MW发电机的叶片长44m，采用碳纤维代替玻璃纤维的构件，叶片质量与该公司V80 型2.0MW发电机且为39m长的叶片质量相同。同样是34 m长的叶片，采用玻璃纤维增强聚脂树脂时质量为5800kg，采用玻璃纤维增强环氧树脂时质量为5200kg，而采用碳纤维增强环氧树脂时质量只有3800kg。其他的研究也表明，添加碳纤维所制得的风机叶片质量比采用玻璃纤维的轻约32%，而且成本下降约16%。 2）提高叶片抗疲劳性能 风机总是处在条件恶劣的环境中，并且24h处于工作状态。这就使材料易于受到损害。相关研究表明，碳纤维合成材料具有良好的抗疲劳特性，当与树脂材料混合时，则成为了风力机适应恶劣气候条件的最佳材料之一。 3）使风机的输出功率更平滑更均衡,提高风能利用效率 使用碳纤维后，叶片质量的降低和刚度的增加改善了叶片的空气动力学性能，减少对塔和轮轴的负载，从而使风机的输出功率更平滑更均衡，提高能量效率。同时，碳纤维叶片更薄，外形设计更有效，叶片更细长，也提高了能量的输出效率。 4）可制造低风速叶片 碳纤维的应用可以减少负载和增加叶片长度，从而制造适合于低风速地区的大直径风叶，使风能成本下降。 5）可制造自适应叶片 叶片装在发电机的轮轴上，叶片的角度可调。目前主动型调节风机的设计风速为13～15m/s(29～33英里/h)，当风速超过时，则调节风叶斜度来分散超过的风力，防止对风机的损害。斜度控制系统对逐步改变的风速是有效的。但对狂风的反应太慢了，自适应的各向异性叶片可帮助斜度控制系统，在突然的、瞬间的和局部的风速改变时保持电流的稳定。自适应叶片充分利用了纤维增强材料的特性，能产生非对称性和各向异性的材料，采用弯曲/扭曲叶片设计，使叶片在强风中旋转时可减少瞬时负载。美国Sandia National Laboratories致力于自适应叶片研究，使1.5MW风机的发电成本降到4.9美分/(kW?h)，价格可和燃料发电相比。 6）利用导电性能避免雷击
小型风力发电机故障原因以及其排除方法
风力发电机剧烈抖动风力发电机剧烈抖动有有以下现象：风轮运转不平稳，并且响声增大，风机机头和机身有明显的振动，严重时可将钢丝绳拉索拔起，使风机摔倒损坏。 风力发电机剧烈抖动的原因分析。发电机底座固定螺栓松动；变桨距风轮有卡滞现象；定桨距风轮叶片变形；尾翼固定螺钉松动；立柱拉索松弛。 调向不灵风机调向不灵有以下现象：风轮在低风速时(一般3-5m／s以下)，经常不迎风，机头转动困难，风大时(如风速超12m／s以上)，风轮不能及时偏转限速，使风轮长时间超速旋转，致使风机工作稳定性变坏。 调向不灵的原因分析。风机立柱(或塔架)上端压力轴承损坏，或风机安装时没有安装压力轴承，因长期不保养风机，使机座回转体长套内和压力轴承处油泥过多，黄油老化变硬，致使机头回转困难，回转体和压力轴承安装时，根本就没有加黄油，致使回转体内部生锈。 异常杂音风机运行中的异常杂音有如下现象：当风速小时出现明显的响声，或摩擦声，或出现明显的敲击声等。 异常杂音的原因分析。螺钉、螺栓各紧固部位有松动之处；发电机轴承缺油或松动；发电机轴承损坏；风轮与其他部件摩擦。 发电机不发电发电机不发电的现象：发电机运转工作时，无电流输出。 发电机不发电的原因分析。发电机输电线断路；发电机整流管损坏；输电线接头接触不良；发电机过热或线圈烧坏；保险管烧坏。 风轮转速明显降低风轮转速明显降低的现象，一般比较直观。即有风时风轮不好启动，运转时转速上不去，特别是额定风速时，风轮转速达不到额定转速。风轮转速明显降低的原因分析。变桨距风轮叶片调速后没有复位，发电机轴承损坏，抱闸刹车风轮的刹车带和刹车盘摩擦过大，风轮叶片变形。 排除方法。如风轮叶片变形或变桨距叶片没有复位，进行检查调整或更换新风轮叶片，抱闸刹车机型，应检查调整刹车间隙，保风轮运转自如，若发电机轴承损坏，应更换新轴承。 使用保养的内容及注意事项 加液孔盖上的通气孔应保持畅通有些新的蓄电池加液孔盖上的通气孔用蜡或塑料密封，使用前应启封。平常要经常检查通气孔，保证空气畅通。 经常保持蓄电池外部清洁和干燥保养蓄电池时，要用热水或碱水擦洗其表面，并用干布擦净。清洗时注意防止水从通气孔进入蓄电池内部。 蓄电池的极桩必须清洁，连接要牢固可靠蓄电池的极桩、极桩线夹和搭铁接头要保持 干净，否则易造成接触不良，如上述部位出现白色氧化物，应清除干净，并在紧固后涂上少许凡士林或润滑脂。 防止蓄电池短路严禁将金属工具或其他金属物放置在蓄电池上；及时清除蓄电池内应加添清洁的蒸馏水，以防蓄电池内外短路。 蓄电池的放电程度，可用测量电解液的比重或在强电流放电情况下测量端电压的方法来判断。 电解液的比重用比重计测量。应注意刚加过蒸馏水后，不能立即测量电解液
风力发电机叶片的维护讲解
酒泉职业技术学院 毕业设计（论文） 11 级风能与动力技术专业 题目：风力机叶片的故障分析及维护 毕业时间：二O一四年六月 学生姓名：王立伟 指导教师：甄亮 班级：风能与动力技术（1）班 2013年11月2日
酒泉职业技术学院届各专业毕业论文（设计）成绩评定表
目录 摘要 (3) 一、风机叶片简介 (3) 二、维护叶片的目的 (3) 三、叶片产生问题的原因及故障分析 (4) （一）叶片产生问题的原因类型 (4) (二)风机叶片的常见损坏类型及诊断方法 (9) 四、叶片的维护 (13) （一）叶片裂纹维护 (13) (二)叶片砂眼形成与维护 (13) (三)叶尖的维护 (13) 总结 (14) 参考文献 (15) 致谢 (16)
风力机叶片的故障分析及维护 摘要：叶片是风力发电机将风能转化为机械能的重要部件之一,是获取较高风能利用系数和经济效益的基础，叶片状态的好坏直接影响到整机的性能和发电效率，应该引起风电企业的高度重视。风机多是安装在环境恶劣、海拔高、气候复杂的地区，而叶片又恰恰是工作在高空、全天候条件下，经常受到空气介质、大气射线、沙尘、雷电、暴雨、冰雪的侵袭，其故障率在整机中约占三分之一以上。定期检查，早期发现，尽快采取措施，把问题解决在萌芽状态是避免事故、减少风险、稳定电场收益的最有效方式。。 关键词：叶片；故障分析；维护 一、风机叶片简介 风力发电机叶片是一个复合材料制成的薄壳结构，结构上分根部、外壳、龙骨三个部分。类型多种，有尖头、平头、钩头、带襟翼的尖部等。制造工艺主要包括阳模→翻阴模→铺层→加热固化→脱模→打磨表面→喷漆等。设计难点包括叶型的空气动力学设计、强度、疲劳、噪声设计、复合材料铺层设计。工艺难点主要包括阳模加工、模翻制、树脂系统选用。叶片是一个大型的复合材料结构,其重量的90%以上由复合材料组成,每台发电机一般有三支叶片,每台发电机需要用复合材料达四吨之多。 二、维护叶片的目的 风机叶片是风电机组关键部件之一，其性能直接影响到整个系统的性能。叶片工作在高空，环境十分恶劣，空气中各种介质几乎每时每刻都在侵蚀着叶片, 春夏秋冬、酷暑严寒、雷电、冰雹、雨雪、沙尘随时都有可能对风机产生危害，隐患每天都有可能演变成事故。据统计，风电场的事故多发期多是在盛风发电期，而由叶片产生的事故要占到事故的三分之一，叶片发生事故电场必须停止发电，开始抢修，严重的还必须更换叶片，这必将导致高额的维修费用，也给风电场带来很大的经济损失。在我国风电开发还处于一个发展阶段，风场管理和配套服务机制尚不完善，尤其是风电企业对叶片的维护还没有引起充分认识，投入严重不足，风电场运转存在许多隐患，随时都会出现许多意想不到的事故，直接影响到风电场的送电和经济效益。根据对风电场的调查和有关数据分析，并参阅了许多国外风电场维护的成功经验，我们对风电场的日常维护的必要性有
风力发电机叶片材料的选用
风力发电机叶片材料的选用 叶片是风力发电机组的重要构件。它将风能传递给发电机的转子，使之旋转切割磁力线而发电。为确保在野外极其恶劣环境中长期不停、安全地运行，对叶片材料的要求是：①密度小且具有最佳的疲劳强度和力学性能，能经受住极端恶劣条件和随机的负荷（如暴风等）的考验，确保安全运转20年以上；②成本（精确说为分摊到每度电的成本）低；③叶片的弹性、旋转时的惯性及其振动频率特性曲红都正常，传递给整个发电系统的负荷稳定性好； ④耐腐蚀、耐紫外线（UV）照射和抗雷击性好；⑤维护费用低。 FRP完全可以满足以上要求，是最佳的风力发电机叶片材料。 1.1 GFRP 目前商品化的大型风机叶片大多采用玻璃纤维增强塑料（GFRP）制造。GFRP叶片的特点为： ①可根据风机叶片的受力特点来设计强度与刚度风机叶片主要是纵向受力，即气动弯曲和离心力，气动弯曲载荷比离心力大得多，由剪切与扭转产生的剪应力不大。利用玻璃纤维（GF）受力为主的受力理论，可将主要GF布置在叶片的纵向，这样就可使叶片轻量化。 ②翼型容易成型，可达到最大气动效率为了达到最佳气动效果，利用叶片复杂的气动外形，在风轮的不同半径处设计不同的叶片弦长、厚度、扭角和翼型，如用金属制造则十分困难。同时GFRP叶片可实现批量生产。 ③使用时间长达20年，能经受108以上疲劳交变载荷GFRP疲劳强度较高，缺口敏感性低，内阻尼大，抗震性能较好。 ④耐腐蚀性好由于GFRP具有耐酸、碱、水汽的性能，可将风机安装在户外，特别对于近年来大力发展的离岸风电场来说，能将风机安装在海上，使风力机组及其叶片经受各种气候环境的考验。 为了提高GFRP的性能，还可通过表面处理，上浆和涂覆等对GF进行改性。美国的研究表明，采用射电频率等离子体沉积去涂覆E-GF，其拉伸及耐疲劳性可达到碳纤维（CF）的水平。 GFRP的受力特点是在GF方向能承受很高的拉应力，而其它方向承受的力相对较小。 叶片由蒙皮和主梁组成，蒙皮采用夹芯结构，中间层是硬质泡沫塑料或Balsa木，上下面层为GFRP。面层由单向层和±45°层组成。单向层可选用单向织物或单向GF铺设，一般用7或4GF布，以承受由离心力和气动弯矩产生的轴向应力；为简化成型工艺，可不用
风力发电机叶片结构设计及其有限元分析(精品doc)
风力发电机叶片结构设计及其有限元分析 摘要 为了更好地发展我国的风力发电事业，实现风力发电机的国产化，必须深入开展风力机设计、分析方面的研究。本文根据传统的 的叶片设计方法设计了2MW 风力机叶片，并生成三维几何模型， 然后利用有限元模拟对叶片进行了振动模态分析，得到各阶振动频 率和振型，为防止结构共振提供了依据。 关键词：风力机，叶片，有限元模拟，优化 THE FE SIMULATION AND OPTIMAL DESIGN OF WIND TURBINE COMPONENTS ABSTRACT In order to promote the capability of design and manufacturing of wind turbine in China, more study should be done in the field of wind turbine design and analysis. In this paper, a blade for 2MW wind turbine is designed according to the traditional design procedure and the 3D geometrical model is created. Then the modal analysis is done through the FE simulation to get the frequency and mode shape, which provides the theoretic basis to prevent resonance.
风力发电机的叶片
风力发电机的叶片 技术领域 [0001] 本发明涉及用于风力发电机的叶片技术领域，具体来说，本发明涉及一种水平轴风力发电机的叶片。 背景技术 [0002] 目前，风力发电机可以分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。水平轴风力发电机的叶片翼型多采用航空翼型，以航空翼型为主的升力型叶片。在旋转的过程中，其相对的线速度从根部到叶尖部分为依次加大的。为了追求更高的升力系数，叶片被做成根部尺寸大、尖部尺寸小。但这样造成的缺陷是输出的力矩较小，风能利用率低。 发明内容 [0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种水平轴风力发电机的叶片，能够更好地对来流风速进行处理，获得的输出力矩大，风能利用率高。 [0004] 为解决上述技术问题，本发明提供一种风力发电机的叶片，包括前缘部、上表面、后缘部、叶根部、叶尖部和下表面，所述前缘部为圆弧弧面或者弧线，所述叶尖部为圆弧弧面，所述上表面为曲面，所述叶根部为一圆弧弧面或者叶轮的圆心，所述后缘部为圆弧，所述下表面为曲面或者平面。 [0005] 可选地，所述前缘部的上前缘线和/或下前缘线是以所述叶轮的圆周的半径1/2R 处为圆心，从所述叶轮的圆周到所述叶根部所得的半圆圆弧或者劣弧。 [0006] 可选地，所述叶尖部的圆弧弧面的半径为所述叶轮的圆周的半径，所述叶尖部的弧长在180度以内，所述叶尖部的圆弧弧面与所述前缘部的圆弧弧面或者弧线是相结合的。 [0007] 可选地，所述上表面是由以所述叶轮的圆心作为参照点的多条横向圆弧弧线以及多条纵向圆弧弧线扫描而成的； [0008] 其中，所述横向圆弧弧线是以所述叶轮的圆心或者圆心线的上端点为圆心，在所述上前缘线和所述后缘部之间作的多条密集的横向圆弧弧线； [0009] 所述纵向圆弧弧线是由所述叶尖部的叶尖部上弧线到所述叶轮的圆心或者所述圆心线之间作的多条密集的纵向圆弧弧线。 [0010] 可选地，所述叶根部为圆弧弧面或者所述叶轮的中心部，所述叶根部的圆弧弧面位置是选择以所述叶轮的圆心为参照点作所述叶片的所述前缘部与所述后缘部之间的横向圆弧弧线为切割线，切除从所述切割线到所述叶轮的圆心的实体，剩余的实体为叶片，得到从所述切割线到所述叶片的下表面之间的弧面即为所述叶根部，所述叶根部与所述叶轮的轮毂相连。 [0011] 可选地，若所述下表面为曲面，则所述曲面分别是由含有横向圆弧弧线和纵向圆弧弧线交织扫描而形成的；以所述叶轮的圆心为参照点，所述横向圆弧弧线是以所述叶轮的圆心为圆心，在所述下前缘线和所述后缘部之间作的多条密集的横向圆弧弧线，所述纵
风力发电机使用过程中常见故障以及处理方法
风力发电机使用过程中常见故障以及处理方法 风力发电机使用过程中常见故障以及处理方法 人不是完美的，生活中肯定会遇到很多大大小小的问题，我们每天去发现问题，在解决问题，就这样忙忙碌碌的生活着。同样我们在使用风力发电机的时候肯定也会遇到这样那样的问题，那当我们遇到问题的时候都是怎么解决的呢？直接找厂家，这样会浪费很多时间的，也许只是一个小问题，所以我们应该学习自己处理一些风力发电机的使用过程中的一些常见的的问题，比如为什么用电设备接入系统后无法使用？为什么无法为蓄电池充电？在风速正常的情况下风叶为什么不转？等等很多问题！以下我们就一一来解答。 问：为什么无法为蓄电池充电？ 答：查看风叶是否转动，太低或太高的风速下发电机不会有输出；如果风叶正常转动，请将蓄电池和逆变器电缆从风机上断开，用电压表检查风机输出，如果电压输出正常，请按照蓄电池的使用说明书检查蓄电池是否损坏，如果检查为零，请检查是否风机线缆出现问题。问：在风速正常的情况下风叶为什么不转？ 答：如果风机的输出线有短接情况出现风叶就会不转，请将蓄电池和逆变器电缆从风机上断开，检查风机电缆。 问：如何辨别叶片的迎风面和背风面？ 答：叶片安装前应仔细区分叶片迎风面和背风面，确保叶片迎风面迎风，尾端无小尾翼的叶片，主要看叶根部，如果有一下陷扭转角的为迎风面(即叶根为凹面的一面为迎风面)，叶根凸出的为背风面;如尾翼有小尾翼的叶片则小尾翼上翘面为背风面，反之为迎风面。 问：为什么用电设备接入系统后无法使用？ 答：检查蓄电池的剩余电量，电量不足将无法使用电设备正常工作；如果蓄电池电量足够，请检查蓄电池与逆变器的接线是否正确。 问：能否通过增加蓄电池容量延长用电设备的使用时间？ 答：增加建议配套蓄电池容量将会使蓄电池长期处于未充满状态，影响其寿命并造成浪费。问：如何维护电机？ 答：风力发电机的工作环境可能极其恶劣，也可能遇到各种复杂的天气状况，因此需要定期进行检查和维护，以维持系统正常运转。 1、检查塔架的钢索是否过松或过紧，并及时调整，尤其在安装初期和大风过后。 2、检查各部件连接线缆是否受损，各接线点是否松动锈蚀，确保电气安全。 3、蓄电池需要注意放电系数，具体使用说明可以参考蓄电池使用说明书。 4、在暴风或其他恶劣天气到来之前，为了预防不可预料的损失发生，建议放倒塔架。 5、建议每三个月进行一次检查。 问：发电机的输出电压是否可调？ 答：不可调，但是可以选择适合自己情况的配套控制器。 问：逆变器的输出电压是否可调？ 答：不可调，但是可以选择适合自己情况的配套逆变器。 问：风机的一般寿命为多久？ 答：正常情况下可以使用15-20年。 问：风机的保修是多长时间？ 答：保修期1年，终身维修，维修期只收取相应部件成本费。 问：控制器有时输出的电压比较低是什么原因？ 答：现在的控制器采用的是斩波的原理实现稳压的，当发电机的输出电压（整流后的电压）高于设定的电压的时候，控制器将通过可控硅开始放电降压输出直流电压，达到保护蓄电
风力发电机结构介绍
风力发电机结构介绍 风力发电机组是由风轮、传动系统、偏航系统、液压系统、制动系统、发电机、控制与安全系统、机舱、塔架和基础等组成。该机组通过风力推动叶轮旋转，再通过传动系统增速来达到发电机的转速后来驱动发电机发电，有效的将风能转化成电能。风力发电机组结构示意图如下。 1、叶片 2、变浆轴承 3、主轴 4、机舱吊 5、齿轮箱 6、高速轴制动器 7、发电机 8、轴流风机9、机座10、滑环11、偏航轴承12、偏航驱动13、轮毂系统 各主要组成部分功能简述如下 （1）叶片叶片是吸收风能的单元，用于将空气的动能转换为叶轮转动的机械能。叶轮的转动是风作用在叶片上产生的升力导致。由叶片、轮毂、变桨系统组成。每个叶片有一套独立的变桨机构，主动对叶片进行调节。叶片配备雷电保护系统。风机维护时，叶轮可通过锁定销进行锁定。 （2）变浆系统变浆系统通过改变叶片的桨距角，使叶片在不同风速时处于最佳的吸收风能的状态，当风速超过切出风速时，使叶片顺桨刹车。 （3）齿轮箱齿轮箱是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机，并使其得到相应的转速。 （4）发电机发电机是将叶轮转动的机械动能转换为电能的部件。明阳1.5s/se机组采用是带滑环三相双馈异步发电机。转子与变频器连接，可向转子回路提供可调频率的电压，输出转速可以在同步转速±30%范围内调节。 （5）偏航系统偏航系统采用主动对风齿轮驱动形式，与控制系统相配合，使叶轮始终处于迎风状态，充分利用风能，提高发电效率。同时提供必要的锁紧力矩，以保障机组安全运行。 （6）轮毂系统轮毂的作用是将叶片固定在一起，并且承受叶片上传递的各种载荷，然后传递到发电机转动轴上。轮毂结构是3个放射形喇叭口拟合在一起的。 （7）底座总成底座总成主要有底座、下平台总成、内平台总成、机舱梯子等组成。通过偏航轴承与塔架相连，并通过偏航系统带动机舱总成、发电机总成、变浆系统总成。 MY1.5s/se型风电机组主要技术参数如下： （1）机组： 机组额定功率：1500kw