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摘 要

2MW偏航驱动控制部件的偏航装置由偏航齿圈和偏航驱动装置组成。本课题了解2MW偏航驱动控制部件组成及作用；掌握偏航系统的工作原理，利用Pro/E软件建立2MW偏航驱动控制系统的三维模型和数学模型，选择正确的齿轮和轴强度的校核方法，进行相关机械动力学分析，最后进行偏航控制部件的设计。重点是对偏航齿圈的设计方案的制定。

本文主要进行了以下设计：

（1）叙述了国内国外风力发电的概况以及全球风能的概括；

（2）介绍了风力发电机组的功能和组成结构；

（3）分析了偏航系统的工作原理；

（4）对本科题要用到的齿轮和轴进行了计算校核；

（5）对风力发电机组的偏航系统通过PRO/E进行建模、装配仿真。

关键词：风力发电机组；偏航机构；三维建模

Design of 2MW Yaw Drive Control Parts

Abstract

The yawing device of the 2MW yaw drive control unit consists of a yaw ring and a yaw drive.Inthis paper, we understand the composition and function of 2MW yaw drive control components,master the working principle of yaw system, use Pro / E software to build 3MW model and mathematical model of 2MW yaw drive control system, select the correct gear and shaft strength check Method, the relevant mechanical dynamics analysis, and finally the design of yaw control components. The focus is on the development of the design of the yaw ring gear.

This article has carried out the following design:

1. describes the domestic and foreign wind power generation overview and the generalization of global wind energy;

2. introduces the function and composition of wind turbine;

3. The working principle of the yaw system is analyzed.

4. on the subject of the use of gears and shafts were calculated to check;

5. The yaw system of the wind turbine is modeled and assembled by PRO / E.

Key words: wind turbine; yaw mechanism; 3D modeling

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 课题研究内容 3

第二章 偏航系统的基础结构和工作原理 4

2.1 偏航系统发展概况 4

2.2 偏航系统的技术要求 5

2.3 偏航系统的基本结构 6

2.4 偏航系统工作过程 13

2.5 成本分析 14

2.6 本章小结 15

第三章 偏航机构校核计算 16

3.1 偏航小齿轮校核计算 16

3.2 对偏航控制部件传动轴的校核 21

3.3 本章小结 23

第四章 偏航系统建模、装配 24

4.1 齿圈建模 24

4.2 齿圈联轴器装配 32

4.3 本章小结 34

第五章 结论与展望 35

参考文献 36

第一章 绪论

1.1 课题背景及意义

由于常规能源短缺和环境污染问题加剧，风能作为可再生绿色能源，对其开发利用是十分必要的^[1]。我国探明风能理论储量为3227000MW,可发利用为254000MW,近海可利用风能760000MW。预计到2010年我国风电并网总容量可达20240MW,2020年可以达到224925ＭＷ,分别将占到国内当时电力装机总量的2.30%和14.16%。这表明我国的风力发电还处在初步阶段,存在着巨大的市场发展前景^[2]。

随着桨叶空气动力学、发电机技术、计算机和控制技术的发展,风力发电技术的发展极为迅速,装机容量从最初的数十千瓦级发展到最近的兆瓦级机组,功率控制方式从定桨距失速控制向桨叶变距和变速控制发展,运行可靠性从20世纪80年代初的50%,提高到现在的97%以上,并且在风电场运行的风力发电机组全部可以实现集中控制和远程控制^[3]。

由于风能的随机性、阵风性、不确定性,导致风力机组所输出的电功率的频率、电压均随风速变化,因此必须对电能品质进行控制和整定^[4]。在2MW级风机中，在通常情况下主动偏航是十分重要的机构。为了是风力发电机组工作时效应最大化，风力发电机组就要准确对风。在风机正常工作的情况下，分级的系统一般哼容易被外力破坏。那么这样的话就必须对风机进行自动的准确定位。另一方面,由于大型风力发电机组的建设成本很高，偏航控制系统的故障报警及提高风机运行的安全可靠性也是非常必要的^[5]。因此，偏航的研究是非常有必要的。

1.2 国内外研究现状

美国对分能的研究是十分早的，时间的话大概是在1975年这样。当时研究的主要是为了方便农民的耕种和生活。同时向一些电力公司和工业用户研发发电机组。美国到1990年已经成功地研发了100KW，200KW，2000KW，2500KW，6200KW，7200KW的6种风力发电机组。在之后的不久美国给出了一个大概的数据说到1989年他们利用风机发的电将会占其他所有能源发电的百分之一。

风力发电在欧盟的减排中起到了重要的作用。2010年预计欧盟的总装机容量将从1998年的6.5GW变为40GW。欧盟委员会出版的白皮书中，提到风能是仅次于生物质能的重要能源。目前欧盟的风能发展速度很快。欧盟估计5年后他们将有一半的人口在用风能，同时为了能使更多的人能够使用风能欧洲风能协会将对当地的海岸地区进行风能开发利用^[6]。

丹麦早在1978年建成了风力发电站。如果按照1995年丹麦的能源计划，2005年丹麦的装机容量将达到1750MW，2030年将达到5300MW，1998年已超过1300MW。丹麦在2002年在海上建立了发电站，并打算到2008年完成5座海上发电站。

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