大连重工起重集团有限公司风力发电机组培训教材变桨部分编制：历晓杰日期：2006-3-131.变桨控制系统简介 变桨控制系统包括三个主要部件，驱动装置电机，齿轮箱和变桨轴承。从额定功率起，通过控制系统将叶片以精细的变桨角度向顺桨方向转动，实现风机的功率控制。如果一个驱动器发生故障，另两个驱动器可以安全地使风机停机。 变桨控制系统是通过改变叶片迎角，实现功率变化来进行调节的。通过在叶片和轮毂之间安装的变桨驱动电机带动回转轴承转动从而改变叶片迎角，由此控制叶片的升力，以达到控制作用在风轮叶片上的扭矩和功率的目的。在90度迎角时是叶片的工作位置。在风力发电机组正常运行时，叶片向小迎角方向变化而达到限制功率。一般变桨角度范围为086度。采用变桨矩调节，风机的启动性好、刹车机构简单，叶片顺桨后风轮转速可以逐渐下降、额定点以前的功率输出饱满、额定点以的输出功率平滑、风轮叶根承受的动、静载荷小。变桨系统作为基本制动系统，可以在额定功率范围内对风机速度进行控制。变桨控制系统有四个主要任务： 1. 通过调整叶片角把风机的电力速度控制在规定风速之上的一个恒定速度。 2. 当安全链被打开时，使用转子作为空气动力制动装置把叶子转回到羽状位置（安全运行）。 3. 调整叶片角以规定的最低风速从风中获得适当的电力。 4. 通过衰减风转交互作用引起的震动使风机上的机械载荷极小化。 2.变桨轴承2.1安装位置 变桨轴承安装在轮毂上，通过外圈螺栓把紧。其内齿圈与变桨驱动装置啮合运动，并与叶片联接。2.2工作原理 当风向发生变化时，通过变桨驱动电机带动变桨轴承转动从而改变叶片对风向地迎角，使叶片保持最佳的迎风状态，由此控制叶片的升力，以达到控制作用在叶片上的扭矩和功率的目的。2.3变桨轴承的剖面图 从剖面图可以看出，变桨轴承采用深沟球轴承深沟球轴承主要承受纯径向载荷，也可承受轴向载荷。承受纯径向载荷时，接触角为零。 位置1：变桨轴承外圈螺栓孔，与轮毂联接。 位置2：变桨轴承内圈螺栓孔，与叶片联接。 位置3：S标记，轴承淬硬轨迹的始末点，此区轴承承受力较弱，要避免进入工作区。 位置4：位置工艺孔。 位置5：定位销孔，用来定位变桨轴承和轮毂。 位置6：进油孔，在此孔打入润滑油，起到润滑轴承作用。 位置7：最小滚动圆直径的标记（啮合圆）。2.4变桨轴承基本维护 1.检查变桨轴承表面清洁度。 2.检查变桨轴承表面防腐涂层。 3.检查变桨轴承齿面情况。 4.变桨轴承螺栓的紧固。 5.变桨轴承润滑。 2.5变桨系统工作环境安装地点安装地点 内陆和沿海地区内陆和沿海地区 工作寿命工作寿命 2020年年 环境温度范围环境温度范围 -35-35C C 到到 +45+45C C 机舱内温度范围机舱内温度范围 -35-35C C 到到 +55+55C C 工作过程中环境温度范围工作过程中环境温度范围 -35-35C C 到到 +55+55C C 露天环境要求露天环境要求 腐蚀性，盐雾，流砂腐蚀性，盐雾，流砂 相对湿度相对湿度 在在+40+40C C时为时为5% 5% 到到 95%95%，露点，露点 3.变桨驱动装置3.1安装位置 变桨驱动装置通过螺柱与轮毂配合联接。变桨齿轮箱前的小齿轮与变桨轴承内圈啮合，并要保证啮合间隙应在0.20.3mm之间，间隙由加工精度保证，无法调整。3.2组成部件变桨驱动装置由变桨电机和变桨齿轮箱两部分组成。3.3工作原理 变桨齿轮箱必须为小型并且具有高过载能力。齿轮箱不能自锁定以便小齿轮驱动。为了调整变桨，叶片可以旋转到参考位置，顺桨位置，在该位置叶片以大约双倍的额定扭矩瞬间压下止挡。这在一天运行之中可以发生多次。通过短时间使变频器和电机过载来达到要求的扭矩。齿轮箱和电机是直联型。变桨电机是含有位置反馈和电热调节器的伺服电动机。电动机由变频器连接到直流母线供给电流。3.4变桨驱动装置平面图 位置1：压板用螺纹孔，用于安装小齿轮压板。 位置2：驱动器吊环，用于起吊安装变桨驱动器。 位置3：螺柱。与轮毂联接用。 位置4：电机接线盒。3.5变桨驱动装置的基本维护 1.检查变将驱动装置表面清洁度。 2.检查变将驱动装置表面防腐层。 3.检查变桨电机是否过热、有异常噪声等。 4.检查变桨齿轮箱润滑油。 5.检查变桨驱动装置螺栓紧固。 3.6变桨电机技术参数电机类型电机类型 异步电机异步电机 数数 量量每个叶片一个，总共每个叶片一个，总共3 3个个额定功率额定功率 3 kW 3 kW 极数极数 可选择可选择 额定电压额定电压 3 3 相相 400 VAC400 VAC频率频率 50 Hz 50 Hz 防护等级防护等级 IP 55 IP 55 齿轮输入速度齿轮输入速度 取决于极对数取决于极对数 旋转方向旋转方向 双向，均布双向，均布 温度等级温度等级 F, F, 在环境温度为在环境温度为+55+55C C时能力为时能力为F F 级级 冷却冷却 用一个风扇强制风冷用一个风扇强制风冷 温度检测温度检测 一个内置在定子绕组中的一个内置在定子绕组中的 Pt-100 Pt-100 工作模式工作模式 变频器操作，增加变频器操作，增加 du/dt du/dt 值值, ,增加铁心损耗增加铁心损耗, ,增加电增加电压峰值压峰值 电机连接电机连接 单传动单传动, , 闭合环路闭合环路 工作时间工作时间 100 %100 %，当制动器有飞轮，当制动器有飞轮时，电机必须持续保持叶时，电机必须持续保持叶片在工作位置片在工作位置 动态工作动态工作最大加速度最大加速度125 1 rpm/s 125 1 rpm/s 扭矩限制扭矩限制最大扭矩限制到最大扭矩限制到65 Nm 65 Nm 电缆长度电缆长度 3.0 m 3.0 m 使用寿命使用寿命 20 20 年年, 6000 , 6000 小时小时/ /年年,70% ,70% 静态静态 和和 30% 30% 动态动态位置控制位置控制, ,采用脉动负荷。采用脉动负荷。 3.7变桨齿轮箱技术参数数数 量量 每个叶片一个，共每个叶片一个，共3 3个个 额定输出扭矩额定输出扭矩 7500 Nm 7500 Nm 最大输出扭矩最大输出扭矩 ( (静态静态) ) 9300 Nm 9300 Nm 额定传动速度额定传动速度 取决于电机中的极对数取决于电机中的极对数 传动比传动比 取决于电机中的极对数取决于电机中的极对数额定输出速度额定输出速度 9.09 1/rpm 9.09 1/rpm 相对于输出端（低速轴），相对于输出端（低速轴），电机和齿轮箱的最大惯性电机和齿轮箱的最大惯性矩矩 320 kgm320 kgm 额定驱动功率额定驱动功率 3 kW 3 kW 优选润滑剂优选润滑剂 ( (脂脂) ) MOBILITH SHC 460MOBILITH SHC 460如果使如果使用其它润滑剂，必须提供用其它润滑剂，必须提供与优选润滑剂的相容证明与优选润滑剂的相容证明 维护周期维护周期 ( (脂脂) ) 20 20 年年 优选润滑剂优选润滑剂 ( (油油) ) MOBILGEAR SHC XMP 320MOBILGEAR SHC XMP 320如果使用其它润滑剂，必如果使用其它润滑剂，必须提供与优选润滑剂的相须提供与优选润滑剂的相容证明容证明 维护周期维护周期( (油油) ) 5 5 年年 4.雷电保护装置4.1安装位置 雷电保护装置在变桨装置中的具体位置见图1，在大齿圈下方偏左一个螺栓孔的位置装第一个保护爪，然后120等分安装另外两个雷电保护爪。4.2组成部件 雷电保护爪主要由三部分组成,按照安装顺序从上到下依次是垫片压板，炭纤维刷和集电爪。4.3工作原理 雷电保护装置可以有效的将作用在轮毂和叶片上的电流通过集电爪导到地面，避免雷击使风机线路损坏。炭纤维刷是为了补偿静电的不平衡，雷击通过风机的金属部分传导。在旋转和非旋转部分的过渡处采用火花放电器。这个系统有额外的电刷来保护轴承和提供静电平衡的方法。4.4雷电保护装置的基本维护 1.检查雷电保护装置的表面清洁。 2.检查炭刷纤维的是否完好。 3.检查雷电保护装置螺栓的紧固。5.顺桨接近撞块和变桨限位撞块变桨限位撞块5.1安装位置 变桨限位撞块安装在变桨轴承内圈内侧，与缓冲块配合使用。5.2工作原理 当叶片变桨趋于最大角度的时候，变桨限位撞块会运行到缓冲块上起到变桨缓冲作用，以保护变桨系统，保证系统正常运行。 位置1：变桨限位撞块与变桨轴承连接时定位导向螺钉孔。 位置2：顺桨接近撞块安装螺栓孔，与变桨限位撞块连接。 位置3：变桨限位撞块安装螺栓孔，与变桨轴承连接。顺桨接近撞块5.3安装位置 顺桨接近撞块安装在变桨限位撞块上，与顺桨感光装置配合使用。5.4工作原理 当叶片变桨趋于顺桨位置时，顺桨接近撞块就会运行到顺桨感光装置上方，感光装置接受信号后会传递给变桨系统，提示叶片已经处于顺桨位置。5.5顺桨接近撞块和变桨限位撞块的基本维护 1.检查顺桨感光装置的清洁度，以保证能够正常接受感光信号。 2.检查易损件缓冲块，做到及时更换。 3.检查各撞块螺栓的紧固。6.极限工作位置撞极限工作位置撞块和限位开关和限位开关极限工作位置撞块6.1安装位置 极限工作位置撞块安装在内圈内侧两个对应的螺栓孔上。6.2工作原理 当变桨轴承趋于极限工作位置时，极限工作位置撞块就会运行到限位开关上方，与限位开关撞杆作用，限位开关撞杆安装在限位开关上，当其受到撞击后，限位开关会把信号通过电缆传递给变频柜，提示变桨轴承已经处于极限工作位置。6.3限位开关的基本限位开关的基本维护 1.检查开关灵敏度，是否有松动。 2.检查限位开关接线是正常，手动刹车测试。 3.检查螺栓紧固。7.变频柜和柜和电池柜柜7.1安装位置 变频柜和电池柜安装在柜子支架上，柜子支架安装在轮毂上。7.2工作原理 电池柜系统的目的是保证变桨系统在外部电源中断时可以安全操作。电池柜是通过二极管连接到变频器共用的直流母线供电装置，在外部电源中断时由电池供应电力保证变桨系统的安全工作。每一个变频器都有一个制动断路器在制动状态时避免过高电压。变频器应留有与PLC的通讯接口。 位置1：柜子支架安装螺纹孔。 位置2：连接板安装螺纹孔。7.3变频柜和柜和电池柜基本池柜基本维护 1.变浆控制柜/轮毂之间缓冲器是否有磨损。 2.变浆控制柜内接线是否有松动。 3.柜子支架及柜子的螺栓紧固。8.轮毂变桨装置按螺栓分部件统计1.变桨轴承与轮毂连接规格规格M30M30290 290 强度强度10.9 10.9 数量数量3 348=144 48=144 其它其它HytorcXLT3 HytorcXLT3 SW46mmSW46mm；Ma=1750 Nm Ma=1750 Nm 2.变桨轴承用螺栓（包括安装撞块）规格规格M30M30强度强度10.9 10.9 数量数量3 357=162 57=162 其它其它HytorcXLT3 46mmHytorcXLT3 46mm套筒套筒3.齿轮安装压板规格规格M20x50(M20x50(全螺纹全螺纹) ) 强度强度10.9S 10.9S 数量数量3 31=31=3其它其它1.1.力矩扳手力矩扳手 SW 30SW 30；Ma=550 NmMa=550 Nm2.2.涂涂Loctite Loctite 243 243 胶胶 4.变将驱动器与轮毂支架规格规格M12M12（螺母）（螺母） 强度强度10H10H数量数量3 312=3612=36其它其它1.1.力矩扳手力矩扳手 SW 19SW 19；Ma=95 NmMa=95 Nm2.2.涂涂Loctite Loctite 243 243 胶胶 5.顺桨接近撞块规格规格M8M815(15(全螺纹全螺纹) ) 强度强度8.8s 8.8s 数量数量3 32=62=6其它其它1. 1. 力力矩矩扳扳手手 SW SW 1313；Ma=23NmMa=23Nm2.2.涂涂 Loctite Loctite 243 243 胶胶 6.限位开关用螺钉规格规格M4M425 25 强度强度8.8 8.8 数量数量3 32=62=6其它其它力力 矩矩 扳扳 手手 （ 2-2-20Nm20Nm） 7.变桨限位撞块用螺钉规格规格M10M105050强度强度8.8 8.8 数量数量3 32=62=6其它其它力力 矩矩 扳扳 手手 （ 2-2-20Nm20Nm）8.缓冲器用螺钉规格规格M10M1035 35 强度强度8.8 8.8 数量数量3 31=31=3其它其它1.1.内六角扳手内六角扳手SW8SW8；Ma=32 NmMa=32 Nm2.2.涂涂 Loctite Loctite 243 243 胶胶 9.极限工作位置撞块用螺栓规格规格M8M825(25(全螺纹全螺纹) ) 强度强度8.8 8.8 数量数量3 32=62=6其它其它力矩扳手力矩扳手 SW 13SW 13Ma=23Nm Ma=23Nm 10.连接板用螺栓规格规格M12M1230(30(全螺全螺纹纹) ) 强度强度8.8 8.8 数量数量3 36=186=18其它其它11.变桨控制柜支架用螺栓规格规格M16M16150150（全螺纹）（全螺纹）强度强度8.8 8.8 数量数量3 34=124=12其它其它Ma=77Nm Ma=77Nm 12.控制柜用螺栓规格规格M10M109090（全螺（全螺纹纹） 强度强度A2-70A2-70 数量数量3 34=124=12其它其它13.轮毂与齿轮箱上用螺柱规格规格M36 M36 强度强度10.9 10.9 数量数量3 316=4816=48其它其它Hydac Hydac XLT3, XLT3, SW SW 55 55 , ,叉叉形形力力矩矩扳扳手手, SW 55, SW 55;Ma=2700 Nm ;Ma=2700 Nm 14.锁紧作用螺栓规格规格M20M2040(40(全螺全螺纹纹) ) 强度强度8.8 8.8 数量数量3 32=62=6其它其它15.滑环规格规格材料材料耐酸不锈钢耐酸不锈钢数量数量1 1其它其它 滑环的作用是使滑环的作用是使一个静止的轴连接一个静止的轴连接到一个旋转的接点到一个旋转的接点上上, ,利用滑环通过利用滑环通过RS485RS485总线实现到总线实现到轮毂的供电和数据轮毂的供电和数据传输。传输。 附一.轮毂各部件基本属性统计部件名称部件名称( (图号图号) ) 材质材质 重量重量/ /件件（KgKg） 数量数量/ /台台 轮毂罩轮毂罩（12010791201079） 玻璃钢玻璃钢1351353 3变桨轴承变桨轴承（93168500931685001 1） 42CrMo4 42CrMo4 1087 1087 3 3变桨减速电变桨减速电机机（570538570538）2802803 3分隔壁分隔壁（12010821201082） 玻璃钢玻璃钢49.449.43 3楔形盘楔形盘（12010671201067） Q235D Q235D 1001003 3部件名称部件名称( (图号图号) ) 材质材质 重量重量/ /件件（KgKg） 数量数量/ /台台 导流帽导流帽（12010871201087） 玻璃钢玻璃钢124.7124.71 1变桨电控支变桨电控支架架（12010271201027） 焊接件焊接件 24.324.33 3变桨限位撞变桨限位撞块块（12006541200654） Q345D Q345D 11113 3顺桨接近撞顺桨接近撞块块（12006441200644） Q235B Q235B 0.240.243 3部件名称部件名称( (图图号号) ) 材质材质 重量重量/ /件件（KgKg） 数量数量/ /台台 极限工作位极限工作位置撞块置撞块（12010661201066） Q235B Q235B 0.30.33 3雷电保护爪雷电保护爪（12000801200080） 0Cr18Ni90Cr18Ni91.31.39 9变桨小齿轮变桨小齿轮（1200045b1200045b） 18CrNiMo7-6 18CrNiMo7-6 41413 3定距套定距套（12010321201032） 45 45 0.250.254 4部件名称部件名称( (图图号号) ) 材质材质 重量重量/ /件件（KgKg） 数量数量/ /台台 缓冲块缓冲块（11019591101959） PUR PUR 0.10.13 3压板压板（12000811200081） 45451.61.63 3轮毂轮毂（12007601200760） 球墨铸铁球墨铸铁 11250 11250 1 1转子装配转子装配（12011661201166） 45 45 17981.9 17981.9 1 1