酒 泉 职 业 技 术 学 院
毕业设计（论 文）
专业
题 目：1.5MW 永磁直驱风力发电机组 毕业时间： 二〇一四年六月 学生姓名： 吕 鹏 指导教师： 方占萍 班 级： 11级风能与动力技术（3）班
2013 年 10月26日
酒泉职业技术学院 14 届各专业 毕业论文（设计）成绩评定表
说明：1、以上各栏必须按要求逐项填写. 。2、此表附于毕业论文 (设计) 封面之后。
目 录
摘要 .......................................................................................................... 1 关键词 ...................................................................................................... 1 一、风力发电机组分类简介 . ................................................................. 2 二、风力发电的优缺点 . ......................................................................... 2 （一）优点 ........................................................................................ 2 （二）缺点 ........................................................................................ 2 三、金风1.5MW 永磁直驱风力发电机组结构 ................................... 3 （一）叶轮的结构组成 .................................................................... 3 （二）发电机的结构组成 ................................................................ 3 （三）机舱的结构组成 .................................................................... 4 （四）塔筒的结构组成 .................................................................... 4 四、底座偏航轴承、刹车盘、制动器安装 . ......................................... 4 （一）偏航轴承的安装 .................................................................... 4 （二）偏航刹车盘的安装 ................................................................ 8 （三）偏航制动器的安装 .............................................................. 11 五、总结 ................................................................................................ 15 六、参考文献 ........................................................................................ 16 致谢 ................................................................................................ 16
1.5MW 永磁直驱风力发电机组底座安装
摘要：目前，风电技术日渐成熟，单机容量不断增大，有着广阔的市场前景。
而国内主流的风力风力发电机组主要有两种（永磁直驱，双馈异步），金风科技所使用的机型正是其中之一，本文所探讨金风1.5MW 永磁直驱风力发电机组。对于金风1.5MW 永磁直驱风力发电机组的偏航轴承、刹车盘、制动器，是风力发电机组的重要组成部分，并且其安装过程也是关键工序。偏航轴承是风力发电机组偏航系统的重要组成部分，可与偏航电机配合驱动风机偏航，金风科技所使用的偏航轴承为外啮合驱动形式。刹车盘与制动器是风力发电机组停机制动时不可或缺的重要组成部分，与液压系统配合保障风力发电机组正常运行，对于不同的机型，所使用的制动器个数也不相同。
关键词：风力发电机组；偏航轴承、制动器；
一、风力发电机组分类简介
尽管风力发电机多种多样，但归纳起来可分为两类：水平轴风力发电机，风轮的旋转轴与风向平行；垂直轴风力发电机，风轮的旋转轴垂直于地面或者气流方向。水平轴风力发电机水平轴风力发电机可分为升力型和阻力型两类。升力型风力发电机旋转速度快，阻力型旋转速度慢。对于风力发电，多采用升力型水平轴风力发电机。大多数水平轴风力发电机具有对风装置，能随风向改变而转动。对于 小型风力发电机，这种对风装置采用尾舵，而对于大型的风力发电机，则利用风向传感元件以及伺服电机组成的传动机构。风力机的风轮在塔架前面的称为上风向风力机，风轮在塔架后面的则成为下风向风机。
水平轴风力发电机的式样很多，有的具有反转叶片的风轮，有的再一个塔架上安装多个风轮，以便在输出功率一定的条件下减少塔架的成本，还有的水平轴风力发电机在风轮周围产生漩涡，集中气流，增加气流速度。垂直轴风力发电机垂直轴风力发电机在风向改变的时候无需对风，在这点上相对于水平轴风力发电机是一大优势，它不仅使结构设计简化，而且也减少了风轮对风时的陀螺力。利用阻力旋转的垂直轴风力发电机有几种类型，其中有利用平板和被子做成的风轮，这是一种纯阻力装置；S 型风车，具有部分升力，但主要还是阻力装置。这些装置有较大的启动力矩，但尖速比低，在风轮尺寸、重量和成本一定的情况下，提供的功率输出低。
二、风力发电的优缺点
优点:
1．清洁，环境效益好； 2．可再生，永不枯竭； 3．基建周期短； 4．装机规模灵活。
缺点:
1．噪声，视觉污染； 2．占用大片土地； 3．不稳定，不可控； 4．目前成本仍然很高。
5．影响鸟类
三、金风1.5MW 永磁直驱风力发电机组结构
风力发电机组结构图
（一）叶轮的结构组成
1．轮毂：连接风力发电机与叶片，是将风力动能转换成机械能的重要组成部分。同
时轮毂也是控制叶变桨所在，设计时保证足够的强度。
2．变桨轴承：为双排四点接触球轴承，但有一I 定的阻尼力矩，，外圈与叶片链接
带动叶片转动。
3．叶片：设计时考虑了环境和气动原理，具有强度冗余及气动性能，保证最大限度
的吸收风功率。
4．变桨驱动：变桨驱动经变桨齿形带与变桨轴承连接，控制叶片的攻角，实现风机
变桨。
5．变桨控制柜：具有优越控制算法的控制系统。
6．导流罩：保护叶轮中组件不受环境影响，减小风对风机的作用力。
（二）发电机的结构组成
1．定子：永磁发电机的结构与一般电机类似。给类发电机的电负荷比较大，发电机铜耗较大。因此，应保证齿、轭磁通密度及机械强度的前提下，尽量加大线槽面积，增加绕组线径，减少铜耗，提高效率。
2．转子：对于1.5MW 永磁直驱发电机组发电机外转子直径很大，径向式结构的永磁体直接粘接在转子磁轭上。一对的两块永磁体串联，永磁体仅有一个截面提供每机磁通。所以，气隙磁密度小，发电机的体积大。永磁体站接在转子表面，受到转子
周长的限制，这在多极电机中格外明显。
（三）机舱的结构组成
1．底座：连接这机舱与塔筒，具备足够的机械强度。
2．偏航轴承：连接底座与塔筒，承载着叶轮、发电机、底座等附件的所有质量。同
时起到偏航跟踪风向的作用。
3．制动器：一般来讲有十副，保证风力机偏航完成后能及时刹车，风机稳定运行。 偏航减速器：主要作用是为偏航系提供动力源。
4．上平台：安装有发电机开关箱、顶舱控制柜、滤波器、电缆架等。 5．下平台：为风力发电机组提供有效的维护空间。
6．内平台液压站及润滑站：提供制动器刹车压力和偏航轴承润滑。 7．机舱罩：保护机舱中组件不受环境影响，减小风对风机的作用力 8．测风系统：由测风支架和风速仪、风向传感器组成。
9．控制系统：由发电机开关柜1、发电机开关柜2、顶舱控制柜及其线路组成。
（四）塔筒的结构组成
塔筒一般有三节组成，分别是：塔筒下段、塔筒中段、塔筒上段。塔筒支撑着整个风机的质量，同时还要受径向风的作用力，塔筒受力比较复杂，需要足够的机械强度和强大的地基来稳固。
四、底座偏航轴承、刹车盘、制动器安装
（一）偏航轴承的安装
1．清理
用清洗剂和大布将偏航轴承上下内外清理干净。分别用 M16、M20、M30 的丝锥通过相应的螺纹孔，用压缩空气将孔内污物清理干净，再用吸尘器将清出的污物吸净，如图1和2所示； 2．检查油嘴
逐个检查并紧固直通式压注油嘴； 3．软带的位置
偏航轴承安装时内圈内凹子口面朝上（既外圈上带有 8-M16 孔的一面朝上） 。偏航轴承内圈堵塞孔软带的位置要与以底座最前端的偏航轴承安装螺纹孔为基准顺
时针数的第 13 螺纹孔对正，见图3和图4； 4．吊装
将3个M20的吊环螺钉紧固到偏航轴承的3个吊装螺纹孔内。用3个1t 卸扣将1根特制三腿吊带（3 根：1t-2m ）和3个M20 的吊环螺钉连接，然后将偏航轴承平稳起吊提升至 1.8m 的高度，见图5； 5．安装
将偏航轴承平稳地移到底座偏航轴承安装面的正上方，平稳下降，然后缓慢下降吊钩使偏航轴承的安装孔与底座螺纹孔对正，确保偏航轴承内圈堵塞孔软带的位置正确，见图6，直至偏航轴承能平稳地放置到底座的偏航轴承的安装面上，取下特制三腿吊带及吊环螺钉。用 75 个 M30×190-10.9螺栓和75个φ30垫圈将偏航轴承固定到底座上，螺栓螺纹旋合部分及螺栓头与平垫圈接触面涂固体润滑膏，每个螺栓耗量约 0.8g ，合计约70g ； 6．打力矩方法
如用气动扳手和液压扳手打力矩，分三次打力矩，第一次打到紧固力矩值的 50%，第二次打到紧固力矩值的 75%，第三次打到紧固力矩值的 100%。用力矩扳手检验力矩值； 7．紧固
75 个螺栓 M30×190-10.9 的紧固顺序为 “十”字对称紧固，力矩值为 1200N.m ，分三次打力矩，力矩值分别为： T1 =600N.m， T2 =900N.m， T3 =1200N.m。
打力矩前将空气压缩机的压力值调整到 145psi （10bar ） ，按照气动扳手上的压力值与扭矩值对照表，将气动调压单元的压力值调节到相应的压力值。调整好气动调压单元的压力值后，试打一个螺栓的力矩。检验气动扳手打的力矩值。打力矩过程中必须轮流使用三个气动扳手，每打 15 个螺栓的力矩后就必须更换另一把气动扳手。使用气动扳手时应对气动扳手的反作用力臂做好防护，不能伤及偏航轴承软带。（也可以使用相应力矩值的电动冲击扳手和液压扳手打力矩）； 8．力矩检查
调整 2000N.m 的扭力扳手扭力值至1200N.m ，依次对 75 个 M30×190-10.9螺栓的力矩值进行检查，若有螺栓的力矩值不合格，必须重新对此螺栓打力矩，再检查，直至力矩值合格为止，见图7；
9．后处理
螺栓的力矩值检查合格后，在螺栓头的侧面与偏航轴承面上用漆油笔做防松标记，见图8，位于偏航轴承内侧。待防松标记完全干后，用油漆刷在每个螺栓和垫圈的裸露表面均匀地涂抹 MD-硬膜防锈油，每个螺栓耗量约 0.5g ，合计约 40g ，必须做到清洁、均匀、无气泡。
图1 （底座的清理） 图3（软带的安装位置）
图2（螺纹孔的清理）
图4（轴承软带）
图5（轴承的吊装） 图6（轴承的软带）
图7（轴承校监力矩） 图8（防松的做法）
11．技术要求
（1）75个 M30×190-10.9 螺栓紧固力矩值为 1200N.m ； （2）气动扳手每打 15 个螺栓，进行更换； （3）安装偏航轴承时偏航轴承软带的位置要正确；
（4） 螺栓必须做防松标记，螺栓和垫片裸露部分涂抹MD-硬膜防锈油，必须清洁、
均匀、无气泡。
（二）偏航刹车盘的安装
1．清理
用平面刮刀将偏航刹车盘装配面的毛刺和多余的防腐层清理干净，用清洗剂和大布将偏航刹车盘的各表面清理干净，见图9； 2．吊装
8
将3个M16 的吊环螺钉紧固到偏航刹车盘的3个吊装螺纹孔内，用一根特制三腿吊带（3 根1t-2m ）将偏航刹车盘吊起，见图10。注意：偏航刹车盘上带有外止口的一面朝下； 3．安装
将偏航刹车盘吊到偏航轴承上，将偏航刹车盘上8个φ17.5的孔与偏航轴承上8个M16的螺纹孔对正。用4个偏航刹车盘安装导正棒，见图11。使偏航刹车盘上的4个φ33光孔与偏航轴承上4个M30 螺纹孔对正，4 个偏航刹车盘安装导正棒均布，见图12。调整偏航刹车盘的位置，令偏航刹车盘上其余的 72 个φ33 光孔与偏航轴承上其余72个M30 螺纹孔对正。然后使用一个偏航刹车盘安装导正棒对偏航刹车盘和偏航轴承进行检验，偏航刹车盘安装导正棒必须能够通过所有的孔。如果有没有对正的孔，使用白板笔对偏航刹车盘和偏航轴承的安装位置及不合格的孔位进行标记，将偏航刹车盘吊离安装位置后进行磨修，修磨后用压缩空气吹净铁屑，然后重新试装，直至偏航刹车盘安装导正棒能够通过所有的孔。 调整对正后用8个M16×40-8.8内六角圆柱头螺钉将偏航刹车盘与偏航轴承连接起来，在螺钉的螺纹处涂螺纹锁固胶，每个螺钉耗量约 0.5g ，合计约 4g ； 4．紧固
螺钉紧固顺序为“十”字对称紧固，紧固力矩值为 120N.m ，分二次打力矩，力矩值为：T1 =60N.m，T2 =120N.m，见图13
。
图9（刹车盘）
9
图10（吊刹车盘） 图11（导正棒）
图12 （导正棒 ） 图13 （刹车盘打力矩）
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6．技术要求
(1)安装偏航刹车盘时，将偏航刹车盘上带有外止口的平面与偏航轴承安装面配合； (2)偏航刹车盘上的 76 个φ33 光孔必须与偏航轴承上76个M30 螺纹孔对正， 用偏航刹车盘安装导正棒检验可以全部通过。
（三）偏航制动器的安装
1．清理
用清洗剂和大布清理偏航制动器各零部件； 2．准备
先将偏航制动器利用叉车或行车放置到刹车盘上，并按上闸体、下闸体依次摆放在底座安装位置附近。注意闸体的塑料堵头，安装O 形密封圈。用内六角扳手将上下闸体上的油管堵头旋松（注意清理干净闸体流出的液压油） ，见图14；将偏航制动器刹车片安装到偏航制动器的上、下闸体内，用橡皮锤轻轻敲击安装到位； 3．安装
用调整垫进行调整，确保 SVENDBORG 和焦作的偏航制动器在底座上的安装面（即偏航刹车调整垫片的上平面）与偏航刹车环上环面的间距为 118 mm±0.5mm ，见图15；确保 SIME 偏航制动器在底座上的安装面（即偏航刹车调整垫片的上平面）与偏航刹车环上环面的间距为118 mm±1mm ，见图16。调整调整垫的规格和数量，应尽量保证偏航制动器在底座上的安装面（即偏航刹车调整垫片的上平面）与偏航刹车环上环面的间距值接近118 mm，以保证偏航制动器上、下刹车片与偏航刹车盘的间隙均匀。用80个M27×260-10.9 螺栓和80个φ27 垫圈将上下闸体连接在一起，力矩值为880N.m ，螺栓紧固顺序为对称紧固（从中间开始，逐渐向两边对称地扩展）。
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螺栓螺纹旋合部分及螺栓头与平垫圈接触面涂固体润滑膏，每个螺栓耗量约 0.8g ，合计约70g 。螺栓分三次紧固，紧固力矩值分别为：T1=440N.m，T2=660N.m，T3=880N.m。安装完成的制动器见图17。焦作的偏航制动器只有一个铭牌，上、下闸体可以互换安装（两闸体一样），但是安装时要注意带有铭牌的闸体安装完底座翻身后铭牌的文字为正字（易于阅读），见图18； 4．检查
调整 2000 N.m 的扭力扳手扭力值至 880 N.m ，用此扭力扳手依次对 80 个 M27×260-10.9 螺栓的力矩值进行检查，若有螺栓的力矩值不合格，必须重新对此螺栓打力矩，再检查，直至力矩值合格为止； 5．后处理
螺栓的力矩值检查合格后，在螺栓六角头侧面与偏航制动器面做防松标记见图19。待防松标记完全干后，用油漆刷在每个螺栓和垫圈的裸露表面均匀地涂抹 MD-硬膜防锈油，每个螺栓耗量约0.5g ，合计约50g 。要求清洁、均匀无气泡。
图14（制动器内部结构） 图15（制动器的按放要求）
图16（调整垫的按放） 图17（安装完成的底座）
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图18 （制动器名牌） 图19（安装完成的制动器）
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7．技术要求
（1）偏航制动器上、下闸体间安装 O 型密封圈，防止漏油； （2）偏航制动器刹车片安装到位；
（3）确保SVENDBORG 和焦作的偏航制动器在底座上的安装面（即偏航刹车调整
垫片的上平面）与偏航刹车环上环面的间距为 118 mm ±0.5mm ；确保 SIME 偏航制动器在底座上的安装面（即偏航刹车调整垫片的上平面）与偏航刹车环上环面的间距为 118 mm±1mm 。调整调整垫的规格和数量，应尽量保证偏航制动器在底座上的安装面（即偏航刹车调整垫片的上平面） 与偏航刹车环上环面的间距值接近118 mm ，以保证偏航制动器上、下刹车片与偏航刹车盘的间隙均匀；
（4）80个 M27×260-10.9 螺栓紧固顺序为对称紧固，紧固力矩值为 880N.m ；
（5） 检查螺栓的防松标记和防锈油，防锈油要清洁、均匀无气泡 。
五、改进方案
由于轴承螺栓和制动器螺栓在打紧前都要刷二硫化钼来减小摩擦力，防止在螺栓打的过程中烧死，刷螺栓这个过程要耗费大量的人力，工作效率还低，需制作一个工装，能把二硫化钼刷到螺栓上，从而能减少人工、增加效益、提高工作效率。在力矩校监的过程中，气动扳手或者电扭矩打完还需要人工力矩校监，这个过程耗费大量的人力，工作效率还低，能把力矩扳手和电扭矩相结合，两个过程合为一个，从而减少人工，提高产品质量。
六、总结
本文通过对1.5MW 永磁直驱风力发电机组偏航轴承、制动器的安装进行详细
的阐述。1.5MW 永磁直驱风力发电机组偏航系统采用主动对风齿轮驱动形式，与控制系统相配合。使叶片始终处于迎风状态，充分利用风能，提高发电机效率，提供必要的锁紧力矩，以保障机组安全运行。偏航轴承采用四点接触球轴承，风机机舱通过偏航轴承可以在360度范围内转动，跟踪风向。在偏航刹车时，由液压系统提供140-160bar 的压力，是刹车片紧压在刹车盘上，提供制动力。偏航是保持20-25bar
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的余压，产生一定的阻尼力矩，是偏航运动更加平稳，减小机组的震动。因此偏航系统的优越使风力发电机组的关键！
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参考文献：
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版中国水利水电出版社，
致谢
经过几个月的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个大专生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有方老师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。 在这里首先要感谢我的导师方老师。方老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从外出实习到查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计等整个过程中都给予了我悉心的指导。除了敬佩方老师的专业水平外，她的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。
其次要感谢和我一起作毕业设计的诸位同学，他们在本次设计中勤奋工作，克服了许多困难来完成此次毕业设计，并承担了大部分的工作量。如果没有他们的努力工作，此次设计的完成将变得非常困难。
然后还要感谢大学三年来所有的老师，为我们打下风电专业知识的基础；同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励。此次毕业设计才会顺利完成。
最后感谢我的母校—酒泉职业技术学院三年来对我的大力栽培。
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