风力发电机变桨系统
所属分类:技术论文来源:电器工业杂志更新日期:2011-07-20
摘要：变浆系统是风力发电机的重要组成部分，本文围绕风力发电机变浆系统的构成、作用、控制逻辑、保护种类和常见故障分析等进行论述。
关键词：变桨系统；构成；作用；保护种类；故障分析
1 综述
变桨系统的所有部件都安装在轮毂上。风机正常运行时所有部件都随轮毂以一定的速度旋转。
变桨系统通过控制叶片的角度来控制风轮的转速，进而控制风机的输出功率，并能够通过空气动力制动的方式使风机安全停机。
风机的叶片（根部）通过变桨轴承与轮毂相连，每个叶片都要有自己的相对独立的电控同步的变桨驱动系统。变桨驱动系统通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动。
风机正常运行期间，当风速超过机组额定风速时（风速在12m/s到25m/s之间时），为了控制功率输出变桨角度限定在0度到30度之间（变桨角度根据风速的变化进行自动调整），通过控制叶片的角度使风轮的转速保持恒定。任何情况引起的停机都会使叶片顺桨到90度位置（执行紧急顺桨命令时叶片会顺桨到91度限位位置）。
变桨系统有时需要由备用电池供电进行变桨操作（比如变桨系统的主电源供电失效后），因此变桨系统必须配备备用电池以确保机组发生严重故障或重大事故的情况下可以安全停机（叶片顺桨到91度限位位置）。此外还需要一个冗余限位开关（用于95度限位），在主限位开关（用于91度限位）失效时确保变桨电机的安全制动。
由于机组故障或其他原因而导致备用电源长期没有使用时，风机主控就需要检查备用电池的状态和备用电池供电变桨操作功能的正常性。
每个变桨驱动系统都配有一个绝对值编码器安装在电机的非驱动端（电机尾部），还配有一个冗余的绝对值编码器安装在叶片根部变桨轴承内齿旁，它通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动记录变桨角度。
风机主控接收所有编码器的信号，而变桨系统只应用电机尾部编码器的信号，只有当电机尾部编码器失效时风机主控才会控制变桨系统应用冗余编码器的信号。
2 变浆系统的作用
根据风速的大小自动进行调整叶片与风向之间的夹角实现风轮对风力发电机有一个恒定转速；利用空气动力学原理可以使桨叶顺浆90°与风向平行，使风机停机。
3 主要部件组成
4变桨系统各部件的连接框图
图 1：各部件间连接框图
变桨中央控制箱执行轮毂内的轴控箱和位于机舱内的机舱控制柜之间的连接工作。
变桨中央控制箱与机舱控制柜的连接通过滑环实现。通过滑环机舱控制柜向变桨中央控制柜提供电能和控制信号。另外风机控制系统和变桨控制器之间用于数据交换的 Profibus-DP 的连接也通过这个滑环实现。
变桨控制器位于变桨中央控制箱内，用于控制叶片的位置。另外，三个电池箱内的电池组的充电过程由安装在变桨中央控制箱内的中央充电单元控制。
4.1 中控箱
图 2：中控箱
4.2 轴控箱
在变桨系统内有三个轴控箱，每个叶片分配一个轴控箱。箱内的变流器控制变桨电机速度和方向。
图 3：轴控箱
4.3 电池箱
和轴控箱一样，每个叶片分配一个电池箱。在供电故障或 EFC 信号（紧急顺桨控制信号）复位的情况下，电池供电控制每个叶片转动到顺桨位置。
图 4：电池箱
4.4 变桨电机
变桨电机是直流电机，正常情况下电机受轴控箱变流器控制转动，紧急顺桨时电池供电电机动作。
图 5：变桨电机 4.5 冗余编码器
图 6：冗余编码器
4.6 限位开关
每个叶片对应两个限位开关：91度限位开关和96度限位开关。96度限位开关作为冗余开关使用。
图 7：限位开关
4.7 各部件间连接电缆
变桨中央控制箱、轴控箱、电池箱、变桨电机、冗余编码器和限位开关之间通过电缆进行连接。为了防止连接电缆时产生混乱，电缆有各自的编号。
5 变桨系统的保护种类
位置反馈故障保护：为了验证冗余编码器的可利用性及测量精度，将每个叶片配置的两个编码器采集到的桨距角信号进行实时比较，冗余编码器完好的条件是两者之间角度偏差小于2°；所有叶片在91°与95°位置各安装一个限位开关，在0°方向均不安装限位开关，叶片当前桨距角是否小于0°，由两个传感器测量结果经过换算确定。除系统掉电外，当下列任何一种故障情况发生时，所有轴柜的硬件系统应保证三个叶片以10°/s的速度向90°方向顺桨，与风向平行，风机停止转动：任意轴柜内的从站与PLC主站之间的通讯总线出现故障，由轮毂急停、塔基急停、机舱急停、震动检测、主轴超速、偏航限位开关串联组成的风机安全链以及与安全链串联的两个叶轮锁定信号断开（24V DC信号）；无论任何一个编码器出现故障，还是同一叶片的两个编码器测量结果偏差超过规定的门限值；任何叶片桨距角在变桨过程中两两偏差超过2°；构成安全链、释放回路中的硬件系统出现故障；任意系统急停指令。变桨调节模式时，预防桨距角超过限位开关的措施：91°限位开关；到达限位开关时，变桨电机刹车抱闸；轴柜逆变器的释放信号及变桨速度命令无效，同样会使变桨电机静止。变桨电机刹车抱闸的条件：轴柜变桨调节方式处于自动模式下，桨距角超过91°限位开关位置；轴柜上控制开关断开；电网掉电且后备电电源输出电压低于其最低允许工作电压；控制电路器件损坏。
图8：变浆机构机械连接
电机变桨距控制机构可对每个桨叶采用一个伺服电机进行单独调节，如图8所示。伺服电机通过主动齿轮与桨叶轮毅内齿圈相啮合，直接对桨叶的节距角进行控制。位移传感器采集桨叶节距角的变化与电机形成闭环PID负反馈控制。在系统出现故障，控制电源断电时，桨叶控制电机由蓄电池供电，将桨叶调节为顺桨位置，实现叶轮停转。
6 变桨系统故障分析
6.1变桨控制系统常见故障原因及处理方法
6.1.1变桨角度有差异
叶片1变桨角度有差异
叶片2变桨角度有差异
叶片3变桨角度有差异
原因：变桨电机上的旋转编码器（A编码器）得到的叶片角度将与叶片角度计数器（B 编码器）得到的叶片角度作对比，两者不能相差太大，相差太大将报错。
处理方法：1.由于B编码器是机械凸轮结构，与叶片的变桨齿轮啮合，精度不高且会不断磨损，在有大晃动时有可能产生较大偏差，因此先复位，排除故障的偶然因素；2.如果反复报这个故障，进轮毂检查A、B编码器，检查的步骤是先看编码器接线与插头，若插头松动，拧紧后可以手动变桨观察编码器数值的变化是否一致，若有数值不变或无规律变化，检查线是否有断线的情况。编码器接线机械强度相对低，在轮毂旋转时，在离心力的作用下，有可能与插针松
脱，或者线芯在半断半合的状态，这时虽然可复位，但转速一高，松动达到一定程度信号就失去了，因此可用手摇动线和插头，若发现在晃动中显示数值在跳变，可拔下插头用万用表测通断，有不通的和时通时断的，要处理，可重做插针或接线，如不好处理直接更换新线。排除这两点说明编码器本体可能损坏，更换即可。由于B编码器的凸轮结构脆弱，多次发生凸轮打碎，因此对凸轮也应做检查。
6.1.2叶片没有到达限位开关动作设定值
原因：叶片设定在91°触发限位开关，若触发时角度与91°有一定偏差会报此故障。
处理方法：检查叶片实际位置。限位开关长时间运行后会松动，导致撞限位时的角度偏大，此时需要一人进入叶片，一人在中控器上微调叶片角度，观察到达限位的角度，然后参考这个角度将限位开关位置重新调整至刚好能触发时，在中控器上将角度清回91°。限位开关是由螺栓拧紧固定在轮毂上，调整时需要2把小活扳手或者8mm叉扳。
6.1.3某个桨叶91°或95°触发
有时候是误触发，复位即可，如果复位不了，进入轮毂检查，有垃圾卡主限位开关，造成限位开关提前触发，或者91度限位开关接线或者本身损坏失效，导致95°限位开关触发。
叶片1限位开关动作
叶片2限位开关动作
叶片3限位开关动作
原因：叶片到达91°触发限位开关，但复位时叶片无法动作或脱离限位开关。
处理方法：首先手动变桨将桨叶脱离后尝试复位，若叶片没有动作，有可能的原因有：①机舱柜的手动变桨信号无法传给中控器；可在机舱柜中将141端子和140端子下方进线短接后手动变桨②检查轴控柜内开关是否有可能因过流跳开，若有合上开关后将桨叶调至90°即可复位③轴控箱内控制桨叶变将的6K1接触器损坏，检查如损坏更换，同时检查其他电器元件是否有损坏。
6.1.4 变桨电机温度高
变桨电机1温度高
变桨电机2温度高
变桨电机3温度高
变桨电机1电流超过最大值
变桨电机2电流超过最大值
变桨电机3电流超过最大值
原因：温度过高多数由于线圈发热引起，有可能是电机内部短路或外载负荷太大所致，而过流也引起温度升高。
处理方法：先检查可能引起故障的外部原因：变桨齿轮箱卡瑟、变桨齿轮夹有异物；再检查因电气回路导致的原因，常见的是变桨电机的电器刹车没有打开，可检查电气刹车回路有无断线、接触器有无卡瑟等。排除了外部故障再检查电机内部是否绝缘老化或被破坏导致短路。
6.1.5变浆控制通讯故障
原因：轮毂控制器与主控器之间的通讯中断，在轮毂中控柜中控器无故障的前提下，主要故障范围是信号线，从机舱柜到滑环，由滑环进入轮毂这一回路出现干扰、断线、航空插头损坏、滑环接触不良、通讯模块损坏等。
处理方法：用万用表测量中控器进线端电压为230v左右，出线端电压为24v左右，说
明中控器无故障，继续检查，将机舱柜侧轮毂通讯线拔出，红白线、绿白线，将红白线接地，轮毂侧万用表一支表笔接地，如有电阻说明导通，无断路，有断路启用备用线，若故障依然存在，继续检查滑环，我场风机绝大多数变桨通讯故障都由滑环引起。齿轮箱漏油严重时造成滑环内进油，油附着在滑环与插针之间形成油膜，起绝缘作用，导致变桨通讯信号时断时续，冬季油变粘着，变桨通讯故障更为常见。一般清洗滑环后故障可消除，但此方法治标不治本，从根源上解决的方法是解决齿轮箱漏油问题。滑环造成的变桨通讯还有可能有插针损坏、固定不稳等原因引起，若滑环没有问题，得将轮毂端接线脱开与滑环端进线进行校线，校线的目的是检查线路有无接错、短接、破皮、接地等现象。滑环座要随主轴一起旋转，里面的线容易与滑环座摩擦导致破皮接地，也能引起变桨故障。
6.1.6变桨错误
原因：变桨控制器内部发出的故障，变桨控制器OK信号中断，可能是变桨控制器故障，或者信号输出有问题。
处理方法：此故障一般与其他变桨故障一起发生，当中控器故障无法控制变桨时，PITCH CONTROLLER OK信号为0，可进入轮毂检查中控器是否损坏，一般中控器故障，会导致无法手动变桨，若可以手动变桨，则检查信号输出的线路是否有虚接、断线等，前面提到的滑环问题也能引起此故障。
6.1.7变桨失效
原因：当风轮转动时，机舱柜控制器要根据转速调整变桨位置使风轮按定值转动，若此传输错误或延迟300ms内不能给变桨控制器传达动作指令，则为了避免超速会报错停机。
处理方法：机舱柜控制器的信号无法传给变桨控制器主要由信号故障引起，影响这个信号的主要是信号线和滑环，检查信号端子有无电压，有电压则控制器将变桨信号发出，继续查机舱柜到滑环部分，若无故障继续检查滑环，再检查滑环到轮毂，分段检查逐步排查故障。
变浆电机1转速高
变浆电机2转速高
变浆电机3转速高
原因：检测到的变桨转速超过31°每秒，这样的转速一般不会出现，大多数由于旋转编码器故障引起。或者由轮毂传出的RPM OK信号线问题引起。
处理方法：可参照检查变桨编码器不同步的故障处理方法编码器问题，编码器无故障则转向检查信号传输问题。
6.2变桨机械部分常见故障原因及处理方法
变桨机械部分的故障主要集中在减速齿轮箱上，保养不到位加之质量问题，使减速齿轮箱有可能损坏，在有卡瑟转动不畅的情况下会导致变桨电机过流并且温度升高，因此有电机过流和温度高的情况频发时，要检查减速齿轮箱。
轮毂内有给叶片轴承和变桨齿轮面润滑的自动润滑站，当缺少润滑油脂或油管堵塞时，叶片轴承和齿面得不到润滑，长时间运行必然造成永久地损伤，变桨齿轮与B编码器的铝制凸轮没有润滑，长时间摩擦，铝制凸轮容易磨损，重则将凸轮打坏，造成编码器不同步致使风机故障停机，因此需要重视润滑这个环节，长时间的小毛病的积累，必然导致机械部件不可挽回的损坏。
6.3蓄电池部分常见故障及处理方法
变浆电池充电器故障
原因：轮毂充电器3A1不充电，有可能3A1已经损坏，有可能由于电网电压高导致无
法充电。
处理方法：观察停机代码，一般轮毂充电器不工作引起3面蓄电池电压降低，将会一起报
叶片1蓄电池电压故障
叶片2蓄电池电压故障
叶片3蓄电池电压故障
检查3A1，测量有无230V交流输入，有230交流电压说明输入电源没问题，再测量有无230V左右直流输出和24V直流输出，有输入无输出则可更换3A1，若由于电网电压短时间过高引起，则电压恢复后即可复位。
叶片1蓄电池电压故障（单独报错）
叶片2蓄电池电压故障（单独报错）
叶片3蓄电池电压故障（单独报错）
原因：若只是单面蓄电池电压故障，则不是由轮毂充电器不充电导致，可能由于蓄电池损坏、充电回路故障等引起。
处理方法：按下轮毂主控柜的充电实验按钮，3面轮流试充电，此时测量吸合的电流接触器的出线端有无230V直流电源，再顺着充电回路依次检查各电气元件的好坏，检查时留意有无接触不良等情况，确定充电回路无异常，则检查是否由于蓄电池故障导致不能充电。打开蓄电池柜，蓄电池由3组，每组6个蓄电池串联组成，单个蓄电池额定电压12V，先分别测量每组两端的电压，若有不正常的电压，则挨个测量每个蓄电池，直到确定故障的蓄电池位置，将损坏蓄电池更换，再充电数个小时（具体充电时间根据更换的数量和温度等外部因素决定），一般充电12小时即可。若不连续充电直接运行，则新蓄电池没有彻底激活，寿命大打折扣，很快也会再次损坏，还有可能导致其他蓄电池损坏。
7、变桨系统飞车的原因分析及预防
介于风力机的变桨系统的构成及工作原理，能导致叶片飞车的原因有以下3种：
1）蓄电池的原因：由变桨系统构成可以得出，在风机因突发故障停机时，是完全依靠轮毂中的蓄电池来进行收桨的。因此轮毂中的蓄电池储能不足或电池失电，导致出故障时，不能及时回桨，而会引发飞车。蓄电池故障主要有2个方面的影响：由于蓄电池前端的轮毂充电器损坏，导致蓄电池无法充电，直至亏损；由于蓄电自身的质量问题，如果1组中有1-2块蓄电池放亏，电池整体电压测量时属于正常范围中，但是电池单体电压测量后已非正常区间，这种蓄电池在出现故障后已不能提供正常电拖动力，来有效的促使桨叶回收，而最终引发飞车事故。
2）信号滑环的原因：该种风机绝大多数变桨通讯故障都由滑环接触不良引起。齿轮箱漏油严重时造成滑环内进油，油附着在滑环与插针之间形成油膜，起绝缘作用，导致变桨通讯信号时断时续，致使主控柜控制单元无法接受和反馈处理超速信号，导致变桨系统无法停止，直至飞车；由于滑环的内部构造的原因，会出现滑环磁道与探针接触不良等现象，也会引发信号的中断和延时，其中不排除探针会受力变形。
3）超速模块的原因：超速模块主要作用就是监控主轴及齿轮箱低速轴和叶片的超速。该模块为同时监测轴系的三个转速测点，以三取二逻辑方式，对轴系超速状态进行判断。三取二超速保护动作有独立的信号输出，可直接驱动设备动作。具有两通道配合可完成轴旋转方向和旋转速度的测量。使用有一定齿距要求的齿盘产生两个有相位偏移的信号，A通道监测信号间的相位偏移得到旋转方向，B通道监测信号周期时间得到旋转速度。当该模块软件失效后或信号感知
出现问题，会导致在超速时，风机主控不能判断故障及时停机，而引发导致飞车。
为了预防变桨系统飞车事故的发生，我们应该以预防为主，其预防方法如下：定期的检查蓄电池单体电池电压，定期的做蓄电池充放电实验，并将蓄电池检测时间控制在合理区间，运行过程中密切注意电网供电质量，尽量减少大电压对轮毂充电器及UPS的冲击，尽可能的避免不必要的元器件的损坏；彻底根除齿轮箱漏油的弊病，定期开展滑环的清洗工作，保证滑环的正常工作；有针对性的测试超速模块KL1904的功能，避免该模块软故障的形成。
参考文献：
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[2]李强，姚兴佳，陈雷.兆瓦级风电机组变桨距机构分析.沈阳工业大学学
报,2004(2):146-148.
[3]SSB变浆系统说明书及故障分析手册
螺旋桨图谱课程设计天津大学仁爱学院 姓名：陈旭东 学号：6010207038 专业：船舶与海洋工程 班级：2班 日期：2013.6.30
螺旋桨图谱课程设计 一．已知船体的主要参数 船 型：双机双桨多用途船 总 长: L=150.00m 设计水线长: WL L =144.00m 垂线 间长: PP L =141.00m 型 深: H=11.00m 设计 吃水: T=5.50m 型 宽: B=22.00m 方形 系数: B C =0.84 菱形 系数: P C =0.849 横剖面系数: M C =0.69 排水 量: ?=14000.00t 尾轴距基线距离: P Z =2.00m 二．主机参数 额定功率: MCR=1714h 额定转速: n=775r/min 齿轮箱减速比: i=5 旋向: 右旋 齿轮箱效率: G η=0.97 三．推进因子的确定 伴流分数 ω=0.248 ;推力减额分数 ; t=0.196 相对旋转效率 R η=1.00 ;船身效率 ;H η=11t ω --=1.0691 四．可以达到最大航速的计算 采用MAU 四叶桨图谱进行计算。 取功率储备为10% ，轴系效率S η=0.97 ，螺旋桨转速N=n/i=155r/min 螺旋桨敞水收到马力：D P = 1714 * 0.9 * S η*R η*G η =1714 * 0.9 * 0.97*1.00*0.97 =1451.43 (hp) 根据MAU4-40、MAU4-55、MAU4-70的P B δ-图谱列表计算如下：
项目 单位 数值 假定航速V kn 11 12 13 A V =(1-ω)V kn 8.27 9.02 9.78 0.5 2.5/P D A B NP V = 30.024 24.166 19.742 P B 5.479 4.916 4.443 MAU4-40 δ 65.4 59.732 54.377 P/D 0.692 0.728 0.764 0η 0.613 0.632 0.66 TE P =2D P ×H η×0η hp 1902.4 1961.38 2048.28 MAU4-55 δ 64 58.2 53.535 P/D 0.738 0.778 0.80 0η 0.588 0.614 0.642 TE P =2D P ×H η×0η hp 1824.83 1905.61 1992.41 MAU4-70 δ 63.3 57.4 52.8 P/D 0.751 0.796 0.842 0η 0.565 0.582 0.607 TE P =2D P ×H η×0η hp 1753.45 1806.21 1883.79 根据上表中的计算结果可以绘制TE P 、δ、P/D 及0η对V 的曲线，如图1所示。
某沿海单桨散货船螺旋桨设计计算说明书 姓名： XXX 班级：XXX 学号：XXX 联系方式：XXX 日期：XXX
1.已知船体的主要参数 船长 L = 118.00 米 型宽 B = 9.70 米 设计吃水 T = 7.20 米 排水量 △ = 5558.2 吨 方型系数 C B = 0.658 桨轴中心距基线高度 Zp = 3.00 米 由模型试验提供的船体有效马力曲线数据如下： 航速V （kn ） 13 14 15 16 有效马力PE （hp ） 2160 2420 3005 4045 2.主机参数 型号 6ESDZ58/100 柴油机 额定功率 Ps = 5400 hp 额定转速 N = 165 rpm 转向 右旋 传递效率 ηs=0.98 3.相关推进因子 伴流分数 w = 0.279 推力减额分数 t = 0.223 相对旋转效率 ηR = 1.0 船身效率 0777.111=--=w t H η 4.可以达到最大航速的计算 采用MAU 四叶桨图谱进行计算。 取功率储备10%，轴系效率ηs = 0.98 螺旋桨敞水收到马力： P D = 4762.8 根据MAU4-40、MAU4-55、MAU4-70的Bp --δ图谱列表计算： 项 目 单位 数 值 假定航速V kn 13 14 15 16 V A =(1-w)V kn 9.373 10.094 10.815 11.536 Bp=NP D 0.5/V A 2.5 42.34 35.18 29.60 25.19
Bp 6.51 5.93 5.44 5.02 MAU 4-40 δ75.82 70.11 64.99 60.75 P/D 0.640 0.667 0.694 0.720 ηO0.5576 0.5828 0.6055 0.6260 P TE =P D ·η H ·η O hp 2862.09 2991.44 3107.95 3213.18 MAU 4-55 δ74.35 68.27 63.57 59.33 P/D 0.686 0.713 0.741 0.770 ηO0.5414 0.5672 0.5909 0.6112 P TE =P D ·η H ·η O hp 2778.94 2911.36 3043.28 3137.21 MAU 4-70 δ73.79 67.79 63.07 58.70 P/D 0.693 0.723 0.754 0.786 ηO0.5209 0.5456 0.5643 0.5828 P TE=P D ·η H ·η O hp 2673.71 2800.49 2891.86 2991.44 据上表的计算结果可绘制PT E、δ、P/D及η O 对V的曲线，如下图所示。
Lust变桨系统调试说明 1、操作说明： 为确保系统调试安全，必须预先进行以下措施： ①现场调试人员必须佩戴好安全帽； ②400V电源的三相线、零线和地线必须可靠连接，避免缺相或漏接； ③上电前确认主控箱和轴控箱的开关处于断开状态； ④所有连接电缆连接正确（电机后面的编码器电缆号是S1、S2和S3；冗 余编码器的电缆号是T1、T2和T3，若反接，会出现飞车故障）； ⑤上电前将电机的轴键拆除或利用扎带将其捆扎牢固； ⑥上电前确认电机与底座是否可靠固定； ⑦电池箱箱盖闭合（完成检查）； 2、系统紧急顺桨： ①Profibus通信故障（或者不正常）； ②Pitch Master故障； ③电机侧编码器故障； ④安全链信号输入无＋24V（硬输入点）； ⑤未提供＋24COM(硬输入点)； ⑥Emergency mode位为1； 3、手动模式 手动模式用于机械调零和现场安装调整用，转动速度为2.5度/秒。 手动模式前提条件： ①手动模式信号为1（硬输入点），并观察主控箱的9A1的第8通道的灯是 否点亮； ②Profibus通信正常，或者短接17K7的13、14引脚； ③Normal Operation Mode设置为0； ④Emergency Mode位为0； ⑤转动任一个桨叶时，另外两个桨叶为91度位置（或者通过关闭轴箱的电 源模拟）； ⑥轴箱电池开关处于断开状态； ⑦手动旋钮的通道选择的0、1、2和3分别对应空档、轴控箱1、轴控箱2 和轴控箱3；转动方向旋钮控制的是电机的正传和反转； 4、自动模式
自动模式必须满足以下条件： ①先闭合主控箱的400V电源； ②Profibus通信正常； ③将Fault Reset置位1，然后置0； ④闭合轴箱的电池开关和电源开关前确保通信的Emerge Mode（读）为0 和Normal Operation Mode（写）为0；硬接点的Safety Signal（为高电平）、+24V和0V有正常连接，Manual Operation为0。否则会出现飞车现象； ⑤轴控箱上电顺序：先闭合电池开关（5Q1），然后闭合电源开关（6S1）。 正常状态下电机会由于内部的电路的控制不会出现转动； ⑥自动控制是通过通信软件控制，先设置好控制桨叶的目标角度、转速（建 议为3度/秒以下）和加速度（建议0.5～2度/秒2），然后将Normal Operation Mode置1，启动自动模式；若要中途停止，只能通过以下任一方式：将Normal Operation Mode置0、将对应的91度限位开关触发和关闭轴控箱电源（6S1）； 5、限位开关 91度限位开关用于控制Pitch Master（主控变频器）的输出控制，当触发了该限位开关后，7K6复位，然后电机会停止，相对而言动作比较缓慢； 96度限位开关用于控制电机和Ptich Master的ENPO信号，当触发了该限位开关后，6K2和6K3复位，然后电机立即停止，相对而言动作比较迅速。 6、Bypass Bypass信号是用于旁通2个限位开关触发了以后继续启动电机转动，有硬信号和软信号之分。 Bypass软信号是对应91度限位开关。当91度触发了以后，利用通信将对应桨叶的Bypass信号置1，然后电机才可以往96度方向转动；而需要往0度方向转动不需要将对应桨叶的Bypass信号置1（实际上该Bypass信号用途不大）； Bypass硬信号是对应96度限位开关，当96度触发了以后，利用硬结点的Bypass信号置1，然后电机只可以往0度方向转动； 7、温度预处理说明 根据通信中的所有温度值，需要在控制当中进行预处理，其温度的预处理值建议如下（根据Lust技术人员的建议）： ①Pitch Master停机温度值为80度；
1.5MW风力发电机组 变桨系统原理及维护 国电联合动力技术有限公司 培训中心 （内部资料严禁外泄） UP77/82 风电机组变桨控制及维护
目录 1、变桨系统控制原理 2、变桨系统简介 3、变桨系统故障及处理 4、LUST与SSB变桨系统的异同 5、变桨系统维护 定桨失速风机与变桨变速风机之比较 定桨失速型风电机组 发电量随着风速的提高而增长，在额定风速下达到满发，但风速若再增加，机组出力反而下降很快，叶片呈现失速特性。 优点：机械结构简单，易于制造； 控制原理简单，运行可靠性高。 缺点：额定风速高，风轮转换效率低； 电能质量差，对电网影响大； 叶片复杂，重量大，不适合制造大风机 变桨变速型风电机组 风机的每个叶片可跟随风速变化独立同步的变化桨距角，控制机组在任
何转速下始终工作在最佳状态，额定风速得以有效降低，提高了低风速下机组的发电能力；当风速继续提高时，功率曲线能够维持恒定，有效地提高了风轮的转换效率。 优点：发电效率高，超出定桨机组10%以上； 电能质量提高，电网兼容性好； 高风速时停机并顺桨，降低载荷，保护机组安全； 叶片相对简单，重量轻，利于制造大型兆瓦级风机 缺点：变桨机械、电气和控制系统复杂，运行维护难度大。 变桨距双馈变速恒频风力发电机组成为当前国内兆瓦级风力发电机组的主流。 变桨系统组成部 分简介 变桨控制系统简介
?主控制柜 ?轴柜 ?蓄电池柜 ?驱动电机 ?减速齿轮箱 ?变桨轴承 ?限位开关 ?编码器 ?变桨主控柜 ?变桨
轴柜 ?蓄电池柜
?电机编码器 GM 400绝对值编码器共10根线，引入变桨控制柜，需按线号及颜色接入变桨控制柜端子排上。 ?限位开关
变桨控制系统培训教材 1. 变桨控制系统概述 变桨轴承 限位开关装 图1 变桨系统 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0～86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 变桨驱动装 变桨轴承 图2 变桨轴承和驱动装置 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。 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
第1章螺旋桨设计与绘制 1.1螺旋桨设计 螺旋桨设计是船舶快速性设计的重要组成分。在船舶型线初步设计完成后，通过有效马力的估算获船模阻力试验，得出该船的有效马力曲线。在此基础上，要求我们设计一个效率最佳的螺旋桨，既能达到预定的航速，又能使消耗的主机马力最小；或者当主机已经选定，要求设计一个在给定主机条件下使船舶能达到最高航速的螺旋桨。螺旋桨的设计问题可分为两类，即初步设计和终结设计。 螺旋桨的初步设计：对于新设计的船舶，根据设计任务书对船速要求设计出最合适的螺旋桨，然后由螺旋桨的转速计效率决定主机的转速及马力。 终结设计：主机马力和转速决定后，求所能达到的航速及螺旋桨的尺度。 在本文中，根据设计航速17.5kn，设计螺旋桨直径6.6m，进行初步设计，获得所需主机的马力和主机转速，然后选定主机；根据选定的主机，计算最佳的螺旋桨要素及所能达到的最大航速等。 1.1.1螺旋桨参数的选定 （1）螺旋桨的数目 选择螺旋桨的数目必须综合考虑推进性能、震动、操纵性能及主机能力等各方面因素。若主机马力相同，则当螺旋桨船的推进效率高于双螺旋浆船，因为单螺旋桨位于船尾中央，且单桨的直径较双桨为大，故效率较高。本文设计船的设计航速约为17.5kn的中速船舶，为获得较高的效率，选用单桨螺旋桨。 （2）螺旋桨叶数的选择 根据过去大量造成资料的统计获得的桨叶数统计资料，取设计船螺旋桨的叶数为4叶。考虑到螺旋桨诱导的表面力是导致强烈尾振的主要原因，在图谱设计中，单桨商船的桨叶数也选为4叶。 （3）桨叶形状和叶切面形状 螺旋桨最常用的叶切面形状有弓形和机翼型两种。弓形切面的压力分布较均匀，不易产生空泡，但在低载时效率较机翼型约低3%~4%。若适当选择机翼型切面的中线形状使其压力分均匀，则无论对空泡或效率均有得益，故商用螺旋桨
风力发电机组变桨系统介绍
一．概述 双馈风机
风轮：风轮一般由叶片、轮毂、盖板、连接螺栓组件和导流罩组成。风轮是风力机最关键的部件，是它把空气动力能转变成机械能。大多数风力机的风轮由三个叶片组成。叶片材料有木质、铝合金、玻璃钢等。风轮在出厂前经过试装和静平衡试验，风轮的叶片不能互换，有的厂家叶片与轮毂之间有安装标记，组装时按标记固定叶片。组装风轮时要注意叶片的旋转方向，一般都是顺时针。固定扭矩要符合说明书的要求。 风轮的工作原理：风轮产生的功率与空气的密度成正比。风轮产生的功率与风轮直径的平方成正比；风轮产生的功率与风速的立方成正比；风轮产生的功率与风轮的效率成正比。风力发电机风轮的效率一般在0.35—0.45之间(理论上最大值为0.593)。贝兹（Betz）极限 风机四种不同的控制方式: 1.定速定浆距控制(Fixed speed stall regulated) 发电机直接连到恒定频率的电网,在发电时不进行空气动力学控制 2.定速变浆距控制(Fixed speed pitch regulated) 发电机直接连到恒定频率的电网,在大风时浆距控制用于调节功率 3.变速定浆距控制(Variable speed stall regulated) 变频器将发电机和电网去耦(decouples),允许转子速度通过控制发电机的反力矩改变.在大风时,减慢转子直到空气动力学失速限制功率到期望的水平. 4.变速变浆距控制(Variable speed pitch regulated) 变频器将发电机和电网去耦(decouples), 允许通过控制发电机的反力矩改变转子速度.在大风时,保持力矩, 浆距控制用于调节功率.
风力发电机变桨系统 1 综述 变桨系统的所有部件都安装在轮毂上。风机正常运行时所有部件都随轮毂以一定的速度旋转。 变桨系统通过控制叶片的角度来控制风轮的转速，进而控制风机的输出功率，并能够通过空气动力制动的方式使风机安全停机。 风机的叶片（根部）通过变桨轴承与轮毂相连，每个叶片都要有自己的相对独立的电控同步的变桨驱动系统。变桨驱动系统通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动。 风机正常运行期间，当风速超过机组额定风速时（风速在12m/s到25m/s之间时），为了控制功率输出变桨角度限定在0度到30度之间（变桨角度根据风速的变化进行自动调整），通过控制叶片的角度使风轮的转速保持恒定。任何情况引起的停机都会使叶片顺桨到90度位置（执行紧急顺桨命令时叶片会顺桨到91度限位位置）。 变桨系统有时需要由备用电池供电进行变桨操作（比如变桨系统的主电源供电失效后），因此变桨系统必须配备备用电池以确保机组发生严重故障或重大事故的情况下可以安全停机（叶片顺桨到91度限位位置）。此外还需要一个冗余限位开关（用于95度限位），在主限位开关（用于91度限位）失效时确保变桨电机的安全制动。 由于机组故障或其他原因而导致备用电源长期没有使用时，风机主控就需要检查备用电池的状态和备用电池供电变桨操作功能的正常性。 每个变桨驱动系统都配有一个绝对值编码器安装在电机的非驱动端（电机尾部），还配有一个冗余的绝对值编码器安装在叶片根部变桨轴承内齿旁，它通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动记录变桨角度。 风机主控接收所有编码器的信号，而变桨系统只应用电机尾部编码器的信号，只有当电机尾部编码器失效时风机主控才会控制变桨系统应用冗余编码器的信号。 2 变浆系统的作用 根据风速的大小自动进行调整叶片与风向之间的夹角实现风轮对风力发电机有一个恒定转速；利用空气动力学原理可以使桨叶顺浆90°与风向平行，使风机停机。 3 主要部件组成
某沿海单桨散货船螺旋桨 设计计算说明书 刘磊磊 2008101320 2011年7月
某沿海单桨散货船螺旋桨设计计算说明书 1.已知船体的主要参数 船长 L = 118.00 米 型宽 B = 9.70 米 设计吃水 T = 7.20 米 排水量 △ = 5558.2 吨 方型系数 C B = 0.658 桨轴中心距基线高度 Zp = 3.00 米 由模型试验提供的船体有效马力曲线数据如下： 航速V （kn ） 13 14 15 16 有效马力PE （hp ） 2160 2420 3005 4045 2.主机参数 型号 6ESDZ58/100 柴油机 额定功率 Ps = 5400 hp 额定转速 N = 165 rpm 转向 右旋 传递效率 ηs=0.98 3.相关推进因子 伴流分数 w = 0.279 推力减额分数 t = 0.223 相对旋转效率 ηR = 1.0 船身效率 0777.111=--= w t H η 4.可以达到最大航速的计算 采用MAU 四叶桨图谱进行计算。 取功率储备10%，轴系效率ηs = 0.98 螺旋桨敞水收到马力： P D = 4762.8 hp
根据MAU4-40、MAU4-55、MAU4-70的Bp --δ图谱列表计算： 项 目 单位 数 值 假定航速V kn 13 14 15 16 V A =(1-w)V kn 9.373 10.094 10.815 11.536 Bp=NP D 0.5/V A 2.5 69.013042 69.01304 69.01304225 69.013042 25 Bp 268.96548 323.7116 384.6505072 451.99967 07 MAU 4-40 δ 75.6 72.10878 64.87977369 60.744 P/D 0.64 0.667321 0.685420561 0.720498 ηO 0.5583333 0.582781 0.605706806 0.62606 P TE =P D ·ηH ·ηO hp 2863.9907 2989.395 3106.994626 3211.4377 MAU 4-55 δ 74.629121 68.63576 63.56589147 59.341025 P/D 0.6860064 0.713099 0.740958466 0.7702236 ηO 0.5414217 0.567138 0.590941438 0.6111996 P TE =P D ·ηH ·ηO hp 2777.2419 2909.156 3031.255144 3135.1705 MAU 4-70 δ 73.772563 67.77185 63.03055556 58.68503 P/D 0.69254 0.723162 0.754280639 0.7861101 ηO 0.5210725 0.54571 0.565792779 0.5828644 P TE =P D ·ηH ·ηO hp 2672.8601 2799.238 2902.2542 2989.8239 据上表的计算结果可绘制PT E 、δ、P/D 及ηO 对V 的曲线，如下图所示。
MAU型螺旋桨设计计算书 1．船体的主要参数 船体总长L OA=150m 设计水线长L WL=144m 垂线间长L PP=141m 型宽B=22m 型深D=11m 设计吃水T=5.5m 方形系数C b=0.84 菱形系数C p=0.849 中剖面系数C m=0.69 排水量△=14000t 桨轴中心距基线距离Z P=2m 船体有效马力曲线数据如下： 2．主机参数 型号N/A（两台） 额定功率P S =1714hp 转速N=775r/min 齿轮箱的减速比i=5 桨轴处转速n=155 r/min 轴系传送效率ηS=0.97（中机型船）减速装置的效率ηG=0.97 旋向双桨外旋 3．推进因子的决定 伴流分数ω=0.248 推力减额分数t =0.196 相对旋转效率ηR=1.00 4．船身效率计算 ηH=(1-t)/(1-ω)=1.069
5．收到马力计算 储备功率取 10% 收到马力P D =0.9* P S*ηG *ηS*ηR= 0.9*1714*0.97*0.97*1=1451.43hp 6．假定设计航速有效马力计算 根据MAU4-40，MAU4-55，MAU4-70的Bp-δ图谱列下表计算。 据表中的计算结果可绘制P TE--Vs曲线，如下图1所示。从P TE--Vs曲线P E曲线交点处可获得： MAU4-40 Vs= 11.83Kn MAU4-55 Vs= 11.73Kn MAU4-70 Vs= 11.56Kn
7．初步确定桨的要素 8．空泡校核 根据柏利尔商船界限线计算 桨轴沉深 h s =T–Z P =3.5m 计算t=15°C,则Pv=174kgf/m2 取水温15度，Pa-大气压为：10330Kgf/m2 P 0-P v = P a –P v + h s γ= 13743.5kgf/m2
风力发电机变桨系统 所属分类:技术论文来源:电器工业杂志更新日期:2011-07-20 摘要：变浆系统是风力发电机的重要组成部分，本文围绕风力发电机变浆系统的构成、作用、控制逻辑、保护种类和常见故障分析等进行论述。 关键词：变桨系统；构成；作用；保护种类；故障分析 1 综述 变桨系统的所有部件都安装在轮毂上。风机正常运行时所有部件都随轮毂以一定的速度旋转。 变桨系统通过控制叶片的角度来控制风轮的转速，进而控制风机的输出功率，并能够通过空气动力制动的方式使风机安全停机。 风机的叶片（根部）通过变桨轴承与轮毂相连，每个叶片都要有自己的相对独立的电控同步的变桨驱动系统。变桨驱动系统通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动。 风机正常运行期间，当风速超过机组额定风速时（风速在12m/s到25m/s之间时），为了控制功率输出变桨角度限定在0度到30度之间（变桨角度根据风速的变化进行自动调整），通过控制叶片的角度使风轮的转速保持恒定。任何情况引起的停机都会使叶片顺桨到90度位置（执行紧急顺桨命令时叶片会顺桨到91度限位位置）。 变桨系统有时需要由备用电池供电进行变桨操作（比如变桨系统的主电源供电失效后），因此变桨系统必须配备备用电池以确保机组发生严重故障或重大事故的情况下可以安全停机（叶片顺桨到91度限位位置）。此外还需要一个冗余限位开关（用于95度限位），在主限位开关（用于91度限位）失效时确保变桨电机的安全制动。 由于机组故障或其他原因而导致备用电源长期没有使用时，风机主控就需要检查备用电池的状态和备用电池供电变桨操作功能的正常性。 每个变桨驱动系统都配有一个绝对值编码器安装在电机的非驱动端（电机尾部），还配有一个冗余的绝对值编码器安装在叶片根部变桨轴承内齿旁，它通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动记录变桨角度。 风机主控接收所有编码器的信号，而变桨系统只应用电机尾部编码器的信号，只有当电机尾部编码器失效时风机主控才会控制变桨系统应用冗余编码器的信号。 2 变浆系统的作用 根据风速的大小自动进行调整叶片与风向之间的夹角实现风轮对风力发电机有一个恒定转速；利用空气动力学原理可以使桨叶顺浆90°与风向平行，使风机停机。 3 主要部件组成
风力发电机组变桨控制系统的研究 发表时间：2019-04-01T17:26:18.570Z 来源：《基层建设》2019年第1期作者：吴者 [导读] 摘要：在风力发电机组中，叶轮机组已更换了固定的叶轮机组，它已成为风轮机工业发展主流的双叶轮系统。 中广核新能源华南分公司德庆风电场广东省肇庆市 摘要：在风力发电机组中，叶轮机组已更换了固定的叶轮机组，它已成为风轮机工业发展主流的双叶轮系统。它是风力发电机功率控制的一个重要组成部分，运行平稳，本文主要论述了风力发电的控制方法，本文讨论了基于进流角预报的模糊PlD统一变距功率控制系统和独立变距功率控制策略。同时对两者进行了比较，它提供了一些设计理念和理论方法来定位大型风力涡轮机的可变螺距控制系统。 关键词：变桨机构；独立变桨；优化设计；建模仿真 前言 风力发电机组主要包括两个主要部件：主控制系统和变桨控制系统。主要控制系统是控制整个风机的运行，可变叶片控制系统是专门针对不同工况下叶片的精确控制，为了实现叶片和应急桨的正常运动。一个完整的变距控制系统包括驱动和控制器的主要组成部分（一些变距控制系统只有驱动，没有控制器），变距电机，备用电源等。每一个变螺距控制系统在其结构上都有其独特的特点，为了更好地理解变螺距控制系统，我们必须对其结构有一个全面的了解。 1、课题的背景及研究目的 变叶轮机组已经取代固定叶轮机组成为风力发电机组商业化发展的主流。变量螺旋桨系统是风力发电机功率控制和执行平稳运行的重要组成部分和一个丰富的指导作用，其操作，通常情况下，可变螺旋桨系统在冯风力涡轮机控制器发出指令驱动叶片旋转，使叶片达到指定的节距角位置，不影响互联的快速实现过程，保证风电机组在不同工况下按最优参数运行；在紧急情况下，自动调节螺旋桨螺距角，使叶片跟随螺旋桨，实现气动制动，确保风力机的安全。 2、变桨系统工作原理 螺旋桨更换系统的工作原理如图1所示。机房的主处理器监控风速、转子转速和发电机驱动叶片的旋转角度。发电机能量模块计算了伺服驱动的顺序通过逻辑，驱动叶片转动。不同的叶片都有不同的可变叶轮驱动电机。驱动电机尾部装有一个编码器，编码器用以检测驱动电机的方向、转速、叶片转到的角度，反馈至变桨系统的处理器。发生系统掉电或紧急安全链触发时，备用电源（超级电容或蓄电池）进行紧急收桨，将叶片转动90°的安全位置。在急停顺桨状态下，变桨系统是在风力发电机组的主控系统之外独立工作的，这样可以避免因风力发电机组的主控系统停止工作或是错误工作而不能急停顺桨Nordex、Vestas和其他世界知名制造商都有可变间距的风力涡轮机。目前，可变螺距机制采用可变螺距风扇市场主要包括液压可变螺距机制和电动可变螺距机制，其中电动可变螺距机制分为直流电动可变螺距机制和交流电动可变螺距机制根据电动机电源的形式。 3、定桨距和变桨距风力发电机组 目前，风力发电机组的控制主要以调速为主。在功率调节，风力涡轮机可以分为固定螺距风力涡轮机和变距风力涡轮机。具有固定间距的风轮机的特点是叶片和轮套之间的连接是固定的。当风速发生变化时，叶片的迎风角不会改变，即叶片的俯仰角度无法调整。因此，定螺距风力机通常被称为失速型风力机。这种方法限制了输入功率叫做失速控制。这种情况下的失速调整基本上是相同的速度，但承受的载荷大，场出现功率与风速不匹配的情况。早期的小机组多为此结构，国内的以金风750机组占主导地位。 现在的机组都为变螺距结构，其特点为：变桨系统接收风力发电机组主控系统的指令，调节、转动风机的叶片到指定角度来实现：额定风速以下，桨叶位置保持在0度附近，最大限度捕获风能，保证空气动力效率；达到及超过额定风速时，根据主控系统的指令调节叶片角度，保证机组的输出功率。变螺距的结构输出功率稳定，可调节性能强，便于起动，机械结构受力小以及易控制变桨等安全等优点；但控制结构较复杂，容易发生变桨及其附属故障，维修工作量大。 显然，变螺距风力机具有更大的发展优势，因此，可变间距调节已成为大型风力涡轮机的最佳选择。由于变螺距控制提供了更好的输出电能质量，每个叶片调节器的独立刀片控制技术可以被视为独立的刹车系统，可以独立调整。经过调节发电机的转速，风力涡轮机的叶尖速度比可以接近最优值，为了最大程度地利用风能，提高发电机的运行效率，和操作在不同的风，风向和风速，从而增加了“网间友善”。 4、电变桨距机构 电动变螺距机构分为直流变螺距机构和交流变螺距机构。直流电机驱动装置的命名是在改变转子的时候马达驱动的动力供应模式。同样，驱动叶片旋转的电机也是由交流驱动的。Desire和SSB目前在直流电源转换机制市场上占有很大的份额。直流电动变叶轮最大的优势是在紧急情况下，电池不需要马达的伺服驱动系统直接驱动发动机，把叶片旋转至安全的地方。交流转子为电机的伺服驱动系统提供动力，伺服驱动系统控制叶片旋转至一个安全的地方。 电动变量螺旋桨系统的硬件结构如图2所示：换螺旋桨系统主要由7个机柜组成3个轴机柜，对应于换螺旋桨主机柜的3个叶片。
浅谈船舶螺旋桨的设计 目录 目录 (1) 摘要 (2) 关键词 (2) 引言 (2) 1 结构与计算要素 (3) 1.1 结构组成 (3) 1.2 计算要素 (3) 2 项目设计过程及结果与分析 (5) 2.1 船体估算数据 (6) 2.2 螺旋桨要素选取及结果与分析 (6) 2.3 推力曲线及自由航行计算及结果与分析 (7) 2.4 计算总结 (9) 2.5 螺旋桨模型的敞水实验 (9) 3 螺旋桨设计的发展 (11) 3.1 节能减排促使螺旋桨加快创新 (11) 结束语 (13) 参考文献 (14) 致谢 (14) 附录 (14)
摘要 螺旋桨是造船行业必备的推进部件，它的设计精度将直接影响船的推进速度，它为船的前进提供的推力。 螺旋桨设计是整个船舶设计的一个重要组成部分，它是保证船舶快速性的一个重要方面。一般螺旋桨设计是在初步完成了船舶线型设计，并通过估算或用船模试验的方法确定了船体有效功率之后进行的。影响螺旋桨推进性能的因素很多，在本设计过程中主要对螺旋桨的直径、螺距比、盘面比、桨叶轮廓形状等因素进行研究，并通过在工作中积累的经验，设计一艘内河A级拖船的螺旋桨。 关键词螺旋桨直径螺距比盘面比桨叶轮廓形状 引言 船在水面或水中的航行时遭受阻力，为了使船舶能保持一定的速度向前航行，必须供给船舶一定的推力，以克服其所承受的阻力。作用在船上的推力是依靠专门的装置或机构通过吸收主机发出的能量并把它转换成推力而得，而这种专门吸收与转换能量的装置或转换能量的装置或机构统称为推进器。推进器种类很多，例如风帆，民轮，直叶推进器，喷水推进器及螺旋桨等，螺旋桨构造简单，造价低廉，使用方便，效率较高，是目前应用最广的推进器。 1结构与计算 1.1结构组成 螺旋桨俗称车叶，通常由桨叶和浆毂组成。螺旋桨与尾轴连接部分叫浆毂，浆毂是一个锥形体。为了减小水的阻力，在浆毂后端加一
变桨电气培训试题 一．选择题 1．本电气图纸中，低电压穿越LVRT是什么意思 ( ) A．后备电源电压故障时，由驱动器驱动电机，保持3秒 B．主电源电压下降时，由后备电源为驱动器供电，保持3秒 C. 主电源电压下降时，由后备电源为电机供电，保持3秒 D. 驱动器故障时，由后备电源为电机供电，保持3秒 2. 温度传感器PT100中的100是指什么意思（） A．测量温度为100℃时，其阻值为100ohm B．测量温度为100℃时，其阻值为0ohm C．测量温度为0℃时，其阻值为100ohm D．测量温度为25℃(常温)时，其阻值为100ohm 3．此变桨系统中，安装在电机上的编码器作用是什么（）A．反馈电机的转速 B．反馈电机的电流 C．反馈电机的电压 D．反馈电机转过的角度 4．驱动器CONVERTER的作用是什么（） A．把三相交流电变为直流电，再把直流电变为三相交流电，然后驱动电机B．把直流电变为三相交流电，再把三相交流电变为直流电，然后驱动电机C．把直流电变为三相交流电，然后驱动电机 D．把三相交流电变为直流电，然后驱动电机 5．轴箱电气图纸中，6A2浪涌抑制器REE70的作用是什么（）A．吸收线路中的尖峰电压 B．吸收线路中的冲击电流 C．吸收线路中的高次谐波 D．吸收线路中的低次谐波 6. 此变桨系统中，电机采用的励磁方式是什么（） A．并励 B．他励 C．串励 D．复励 7. 驱动器LED上显示“MS”是什么意思（） A．电机过载 B．接地错误 C．缺相错误 D．低压电源错误 8．此变桨系统与主控系统之间的通讯采用什么方式（）A． CAN-OPEN B. RS485 C． ETHER-NET D． PROFIBUS-DP 9． PLC模块系统中，EL3112是什么模块（） A．数字量输入模块
桨叶的迎角只会影响升力的大小，不会前进。直升机前进是靠螺旋桨的旋转面向前倾斜实现的，桨叶的迎角变化，指的只是桨叶本身绕横向的轴旋转。就是对称的两只桨，成一条直线，以这个直线为轴旋转。迎角增大，旋转阻力增大，如果转速不变的情况下，升力就会增大，直升机上升。 飞机螺旋桨由两个或者多个桨叶以及一个中轴组成，桨叶安装在中轴上。飞机螺旋桨的每一个桨叶基本上是一个旋转翼。由于他们的结构，螺旋桨叶类似机翼产生拉动或者推动飞机的力。 旋转螺旋桨叶的动力来自引擎。引擎使得螺旋桨叶在空气中高速转动，螺旋桨把引擎的旋转动力转换成前向推力。空气中飞机的移动产生和它的运动方向相反的阻力。所以，飞机要飞行的话，就必须由力作用于飞机且等于阻力，而方向向前。这个力称为推力。 典型螺旋桨叶的横截面如图3－26。桨叶的横界面可以和机翼的横截面对比。一种桨叶的表面是拱形的或者弯曲的，类似于飞机机翼的上表面，而其他表面类似机翼的下表面是平的。弦线是一条划过前缘到后缘的假想线。类似机翼，前缘是桨叶的厚的一侧，当螺旋桨旋转时前缘面对气流。 桨叶角一般用度来度量单位，是桨叶弦线和旋转平面的夹角，在沿桨叶特定长度的的特定点测量。因为大多数螺旋桨有一个平的桨叶面，弦线通常从螺旋桨桨叶面开始划。螺旋角和桨叶角不同，但是螺旋角很大程度上由桨叶角确定，这两个术语长交替使用。一个角的变大或者减小也让另一个随之增加或者减小。 当为新飞机选定固定节距螺旋桨时，制造商通常会选择一个螺旋距使得能够有效的工作在预期的巡航速度。然而，不幸运的是，每一个固定距螺旋桨必须妥协，因为他只能在给定的空速和转速组合才高效。飞行时，飞行员是没这个能力去改变这个组合的。 当飞机在地面静止而引擎工作时，或者在起飞的开始阶段缓慢的移动时，螺旋桨效率是很低的，因为螺旋桨受阻止不能全速前进以达到它的最大效率。这时，每一个螺旋桨叶以一定的迎角在空气中旋转，相对于旋转它所需要的功率大小来说产生的推力较少。 为理解螺旋桨的行为，首先考虑它的运动，它是既旋转又向前的。因此，如图3－27中显示的螺旋桨力向量，螺旋桨叶的每一部分都向下和向前运动。空气冲击螺旋桨叶的角度就是迎角。这个角度引起的空气偏向导致了在螺旋桨引擎侧的气动压力比大气压力大，所以产生了推力。 桨叶的形状叶产生推力，因为它的弯曲就像机翼的外形。所以，空气流过螺旋桨时，一侧的压力就小于另一侧。如机翼中的情形一样，这产生一个向较低压力方向的反作用力。对于机翼，它的上面气压低，升力是向上的。对于螺旋桨，它是垂直安装的，而不是水平的飞机上，压力降低的区域是螺旋桨的前面，这样推力就是朝前的。按照空气动力学的说法，推力是螺旋桨外形和桨叶迎角的结果. 考虑推力的另外一个方法是螺旋桨应对的空气质量方面。这方面，推力等于它的空气质量，螺旋桨引起的滑流速度越大，飞机速度就越小。产生推力所消耗的功率取决于空气团的运动速度。一般来说，推力大约是扭距的80％，其他20%消耗在摩擦阻力和滑移上。对于任何旋转速度，螺旋桨吸收的马力平衡力引擎输出的马力。对螺旋桨的任意一周，螺旋桨处理的空气总量依赖于桨叶角，它确定了螺旋桨推动了多少的空气。所以，桨叶角是一个很好的调整螺旋桨负荷的方法来控制引擎转速。 桨叶角也是一个很好的调整螺旋桨迎角的方法。在横速螺旋桨上，对所有引擎和飞机速度，桨叶角必须可调以提供最大效率迎角。螺旋桨和机翼的升力－阻力曲线，表明最大效率迎角是一个小的值，从2到4度变化的正值。实际桨叶角必须维持这个随飞机前进速度而变化的小迎角. 为一周旋转和前进速度的效率最好而设计了固定桨距和地面可调节(ground-adjustable)螺旋桨。这些螺旋桨设计用于特定的飞机和引擎配合。螺旋桨可以在起飞，爬升和巡航或高速巡航时提供最大螺旋桨效率。这些条件的任何改
螺旋桨图谱设计计算说明书 “信海11号” ` 学院航运与船舶工程学院 专业船舶与海洋工程 》 学生姓名李金檑 班级船舶1403班 学号 0315 组员李金檑、刘敬 指导教师赵藤 ·
目录 一、前言 (1) 二、船体主要参数 (1) 三、主机主要参数 (1) 四、推进因子 (1) 五、阻力计算 (2) 六、可以达到最大航速的计算 (2) 七、空泡校核 (4) 八、强度校核 (5) 九、螺距修正 (7) 十、重量及惯性矩计算 (7) 十一、敞水性征曲线的确定 (9) 十二、系柱特性计算 (10) 十三、航行特性计算 (11) 十四、螺旋桨计算总结 (13) 十五、桨毂形状及尺寸计算 (13) 十六、螺旋桨总图(见附页) (14)
十七、设计总结及体会 (14) 十八、设计参考书 (15)
一、前言 本船阻力委托七零八研究所五室进行船模拖曳试验，并根据试验结果得出阻力曲线。实验时对 3.4m d =吃水情况来进行。虽然在船舶试验过程中将本船附体部分（舵、轴支架、舭龙骨等）也装在试验模型上，但考虑本船建造的表面粗糙度及螺旋桨等影响在换算本船阻力时再相应增加15%。 本船主机最大持续功率kw 10802?额定转速750转/分，考虑本船主机的经济性和长期使用后主机功率折损。在船速计算中按%8510802??kw 来考虑。螺旋桨转速为300转/分。 二、船体主要参数 表1 船体主要参数 本船的 H B =； d H =； B L pp =； d B = 三、主机主要参数 型 号：8230ZC 二台 额定功率：s P =1080kw(1469hp) 额定转速：750r/min 减速比： 传送效率：M η=
风电变桨控制系统调查 变桨风力发电机组是通过叶片沿其纵向轴心转动来调节功率。其主要调节方法分为三个阶段：第一阶段为开机阶段，当风力机达到运行条件时，计算给定桨叶节距角，第一步节距角调节到45度左右；当转速达到一定的转速（如1/2 额定 转速）时，再调节到开平桨的角度，直到风力机达到额定转速并网发电。第二阶段为：当输出功率小于额定功率时，桨叶节距角保持在开平桨位置不变。第三阶段是：当功率达到额定转速后，调节系统投入运行。调节的关键是额定功率，当输出功率大于额定功率时即调小桨叶节距角。从当前世界风力机发展趋势来看，容量小于750KW的风电机组尚可使用定桨失速调节技术，容量大于750KW的风电机组大多采用变桨调节技术。 先来看看内资风电机组制造商的发展状况，目前可以分成四个梯队，第一梯队是在2007年已具备批量生产能力的企业；第二梯队是在2007年已推出样机，2008 年进入内资与合资企业新增装机容量前十位的制造商；第三梯队则是2008 年内资与合资企业新增装机容量前十位以外，机组已安装到现场的制造商；其余还有许多企业正在准备从事风电机组的整机制造，即第四梯队，这部份约有50 个。 中国内资与合资企业产品占75.57%。华锐风电的份额最大，占新增总装机的 22.45%，内资与合资企业产品的29.71%。外资企业产品占24.43%，丹麦Vestas 的份额最大，占新增总装机的9.6%，外资企业产品的39.3%。 表：2008 年新增中国内资与合资制造商的市场份额 品牌（制造商）容量（kW）占当年内资与占当年新 合资制造商比例增总装机比例 华锐1402500 29.71% 22.45% 金风1131750 23.98% 18.12% 东汽1053000 22.31% 16.86% 运达233250 4.94% 3.73% 上海电气178750 3.79% 2.86% 明阳174000 3.69% 2.79% 航天- 安迅能150000 3.18% 2.40% 湘电120000 2.54% 1.92% 新誉New Unite 73500 1.56% 1.18% 北重60000 1.27% 0.96% 其他143680 3.04% 2.30% 合计4720430 100.00% 75.57% 变桨控制系统是最大程度利用并保护价值百万美元风力发电机的关键。因此我们进行了变桨系统和零部件制造商的摸底调查，通过对304份问卷的统计，可
风力发电机组
变桨系统介绍
一.风机变桨系统概述
风力发电机组控制系统硬件分别安装在三个不同部分: 1. 机舱控制,安装在机舱内 2. 地面控制,安装在塔架底部 3. 变桨控制,安装在轮毂内部 人机界面 触摸屏显示风机的运行状况和参数,或者启动或停止风机.
风力发电机组四种控制方式:
1. 定速定浆距控制(Fixed speed stall regulated) 发电机直接连到恒定频率的电网,在发电时不进行空气动力学控制 2. 定速变浆距控制(Fixed speed pitch regulated) 发电机直接连到恒定频率的电网,在大风时浆距控制用于调节功率 3. 变速定浆距控制(Variable speed stall regulated) 变频器将发电机和电网去耦(decouples),允许转子速度通过控制发电机的反 力矩改变.在大风时,减慢转子直到空气动力学失速限制功率到期望的水平. 4. 变速变浆距控制(Variable speed pitch regulated) 变频器将发电机和电网去耦(decouples), 允许通过控制发电机的反力矩改 变转子速度.在大风时,浆距控制用于调节功率.
二. 变桨系统的工作原理
定浆距风机通过叶片的失速,即改变叶片横断面周围流动的气流,导致 效率的损失,从而控制风机的最大输出功率; 变浆距风机是通过叶片沿其纵向轴转动,改变气流对叶片的攻角,从而 改变风力发电机组获得的空气动力转矩,使发电机功率输出保持稳定. 变桨伺服控制系统作为风力发电控制系统的外环,在风力发电机组的 控制中起着十分重要的作用.它控制风力发电机组的叶片节距角可以随 风速的大小进行自动调节.在低风速起动时,桨叶节距可以转到合适的角 度,使风轮具有最大的起动力矩;当风速过高时,通过调整桨叶节距,改变 气流对叶片的攻角,从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩,使发电 机功率输出保持稳定.
三. 变桨系统和定桨系统的比较
定桨距失速调节型风力发电机组 定奖距是指桨叶与轮载的连接是固定 的,桨距角固定不变,即当风速变化时,桨叶的迎风角度不能随之变化, 桨叶翼型本身所具有的失速特性.当风速高于额定风速时,气流的攻角增 大到失速条件,使桨叶的表面产生涡流,效率降低,来限制发电机的功 率输出. 为了提高风电机组在低风速时的效率, 通常采用双速发电机 (即 大/小发电机).在低风速段运行的,采用小电机使桨叶县有较高的气动 效率, 提高发电机的运行效率. 失速调节型的优点是失速调节简单可靠, 当风速变化引起的输出功率的变化只通过桨叶的被动失速调节而控制系 统不作任何控制,使控制系统大为减化.其缺点是叶片重量大(与变桨