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偏航制动盘涡流柱模型
Yaw brake disc eddy current column model
指导老师:张新艳
1 .风力发电机偏航制动器的结构设计形式
目前,风力发电机偏航制动器的结构主要有两种形式。
第一种是整体式(图1),它的摩擦片底座是一体的,摩擦片直接放置在周
边封闭的凹槽中。
这种结构的优点是:
结构紧凑,制作工艺简单,成本低。
这种结构的缺点是:
1、在更换摩擦片时,需要将整个制动器全部拆下,摩擦片更换之后,再重
新安装,很不方便。,安装的是大规格的偏航制动器,
通常重达二百多公斤,共有12个安装螺栓,每个安装螺栓的紧固扭矩高达两千
多牛米。加之风机机舱内的空间又很狭小,更换难度很大(如果拆卸或紧固一个
螺栓的时间按5-6分钟计算,那么光是拆卸和紧固十几个螺栓的时间就需要两
三个小时)。业主的维护工作量和维护成本都大为增加。
2、摩擦片与制动体之间的间隙不可调。随着摩擦片的磨损,时间长了摩擦
片与制动体之间间隙就会逐渐增大。这时,活塞密封圈将会受到切向力,从而影
响密封圈的寿命,增大了漏油的可能。
图1 图2
法国西姆公司的偏航制动器采用的是另一种分体式结构(图2)。
这种结构在摩擦片的两侧设置了可拆卸、可调整的楔形挡块。与整体式结构
相比,它的制作工艺复杂,成本高。但它却成功地解决了整体式结构所固有的上
述两个问题:
1、更换摩擦片时,只要拆卸摩擦片两侧的楔形挡块即可,无需拆装整个制
动器,即方便又省时省力。大大降低了维护工作量,减少了维护成本。
2、在摩擦片两侧的楔形挡块上还设置有调节螺丝,通过调节螺丝可以消除
摩擦片与制动体之间的间隙,提高了活塞密封圈的寿命。
风力发电机上制动器的寿命通常在20年,每台风机上配置的偏航制动器少则4至6台,多则8到10台。日常维护的工作量和成本、风机关键部件的寿命是不容忽视的问题。随着风电行业的日益发展和成熟,越来越多的主机制造厂和业主都意识到了这一问题的重要性。
2 偏航制动盘涡流柱模型
作用在风***上垂直于风***平面的推力F使偏航风轮的尾流偏向一侧,所以总有一个分量垂直于气流方向。因此,作用在气流上的力与F风向相反,使气流在逆风向和侧向被加速。尾流的中心线与旋转轴有一个角度称作尾流偏斜角。
二叶片偏航风轮偏转涡尾流
没有尾流膨胀时的偏航风轮尾流
奥-萨伐尔定律,推导出风***上诱导平均速度为,方向在偏航角和中心转轴家教的平分线上,如图。垂直于风轮平面的平均轴向诱导速度为与没有偏航的情况一样。在完全形成的尾流中,诱导速度是在风***上的2倍。
偏航制动盘和倾斜的涡流柱面尾流
在圆盘上的平均诱导速度不在风轮的轴向上,所以在轴向方向作用在圆
盘上的力F不是单独造成整个气流动量变化率的原因;在垂直于转轴的
方向上,存在动量变化。在风***上的速度分量定义的偏斜角为
近似表达为
根据右图和伯努利方程
在上游:
在下游:(Ud为圆盘中的合速度)
偏航制动盘引起的平均诱导速度定义如图
两个方程相减,得到通过圆盘的压降为
因此,在圆盘上的推力系数为
两个方程相减,得到通过圆盘的压降为
因此,在圆盘上的推力系数为
风能利用系数为
比较动量推导、Glauert定理及制动盘涡流柱推导可知Cp最大值随偏航角的变化的比较如图