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1、,风力发电原理介绍,1,在这里你将了解:风是如何形成的风力发电机是如何发电的,概要,2,风 风的产生风和对流层从地理上看风的形成,风的形成,3,风的形成,4,米勒正站在两个温度不同的房间的门口，你能看出来哪个房间的温度更高吗？看看烛火，它在朝哪个方向偏？当热空气进入温度低的房间，气流上升，在门口形成了风,风的形成,5,热空气较轻，因此上升，这就把低处的空间留给了冷空气，所以在门口低处，气流又从温度低的房间进入温度高的房间,风的形成,6,由于两个屋子之间有温度差，风就一直在吹。壁炉里的火加热了空气。热空气流动到温度低的房间的顶部，最终通过窗户释放到外界。太阳不断地加热着地球，壁炉就扮演着太阳的角
2、色,风的形成,7,风的形成,1)当太阳光照射到地球表面时，地球被加热，而陆地和海洋的吸收热量的速度是不同的，陆地吸收热的速度比海洋快的多。,8,2)陆地上方的空气加热速度要比海洋上更快，陆地上的热空气上升到一定高度后冷却。,风的形成,9,3)这些冷空气逐渐向海洋上方移动，在这里下沉并被向陆地方向挤压，空气向陆地的流动就是我们所说的风。因此，说明太阳是风形成的原因所在！,风的形成,10,1)大气层包围着地球它的内部被称为对流层，距地球表面约十公里，完全由空气组成。接近地球表面有大量的空气，而810公里以外空气却很稀薄，,2)风的形成主要有两个原因：地球总是绕着自己的中心轴旋转。当地球转动时，对流
3、层静止不动，这样你的脑海里可能就会有风形成的概念了。而事实上在地表数百米的空气层是跟着地球旋转的。因此如果所有空气（包括地表附近）完全静止，那么风就不能形成了。,风的形成,11,12,13,风机如何发电,14,风中蕴含的能量,从风中得到能量的3个主要因素：风速通过叶轮的风的横截面叶轮的转换效率、输电系统、发电机或泵,对风能进行百分之百的利用是不实际的，这是因为在利用过程中要中断风流，而这一中断将会阻止一部分空气通过叶轮。因此，一台效率100%的航空发电机最多只能将风中可利用能量的60%转换为机械能。设计良好的叶片能够引出理论最高限度的70%，但转换机构的损耗会将总效率减少到35%或以下。,15
4、,风速产生的力量,16,风能转换的过程,Wind 风,Output Power输出功率,17,塔架 机舱 变压器 叶轮 基础,装配一台风机 一台风机是由许多部分组成的？,风机的构成,18,叶轮 叶轮被固定在大的主轴上，大的叶轮有三个吸收风能的叶片，风速足够大时就会驱动叶轮旋转！,机舱的内部结构,19,主轴 主轴与齿轮箱连接，叶轮用很大的力使主轴转动，因此轴必须足够粗！,机舱的内部结构,20,齿轮箱 大型风机叶轮的旋转速度在每分钟27转左右，而发电机的转速要在每分钟1500转左右，因此就需要齿轮箱将27转变为1500转！,机舱的内部结构,21,偏航轴承 巨大的齿轮环被安装在机舱下部、塔架内，齿轮
5、环与偏航电机的齿相啮合，这样使机舱偏航对风！,机舱的内部结构,22,发电机 发电机达到转速后开始产生电流，电流通过粗的电缆被送到塔架下面的控制柜.,机舱的内部结构,23,散热器 发电机高速转动时产生热量，如果温度过高发电机就会损坏，这就是为什么电机需要冷却。在一些风机上采用水冷却方式，而散热器再将水冷却！,机舱的内部结构,24,偏航电机 偏航电机将机舱转动以便使叶轮准确对风！,机舱的内部结构,25,控制器 风机控制柜里是一台能控制风机各个部件的计算机，计算机使机舱偏航对风，当风速仪所测风速达到某一定值时，计算机发出命令释放刹车，使叶轮转动！,机舱的内部结构,26,风速仪风速仪用来测量风的速度，
6、它随时将风速信息传到控制器中！,机舱的内部结构,27,风向标 风向标随风向摆动，它告诉控制系统风的方向，计算机启动偏航电机偏航使叶轮对风,机舱的内部结构,28,机械刹车 当风机需要被维修或例行维护时，机械刹车将叶轮锁定，使其停止转动！,机舱的内部结构,29,高速轴 高速轴将来自齿轮箱的能量传递到发电机，此时高速轴的转速达到每分钟1500转!,机舱的内部结构,31,风机的工作原理,它是如何工作的？机舱叶轮齿轮箱发电机塔架风建造地点组装一台风机,32,机舱主轴齿轮箱高速轴机械刹车发电机控制器风速仪风向标偏航电机偏航轴承冷却系统叶轮,33,主轴叶轮被用螺栓固定在风机主轴上一个强度很高的圆盘上。,牢固
7、、稳定的固定叶轮是非常重要的。齿轮箱则被固定在主轴的另一头。,34,齿轮箱这是机舱内部的齿轮箱。齿轮箱内部有齿轮传动装置，内部齿轮之间相互啮合，叶轮转速在每分钟27转左右,主轴缓慢旋转将很大的力传送到齿轮箱里，通过传动装置将转速成比例提高。,35,高速轴发电机与齿轮箱是通过高速轴连接的.高速轴转动并不像主轴那样具有很大的扭矩,这就是高速轴看起来很细的原因。另一方面，高速轴转速很快，达到了每分钟1500转,36,机械刹车一台风机有两套原理不同的刹车：一套是叶尖刹车，另一套是机械刹车。,机械刹车被安装在发电机与齿轮箱之间的高速轴上，它仅仅被用在当叶尖刹车失败需要紧急刹车时。当风机在停机检修状态时，
8、启动刹车装置以避免因风机突然启动而产生的隐患。,37,发电机发电机用来产生电流。其内部有一些磁铁和大量的铜线，发电机转动就产生了电流。,如果你的自行车上有发电机照明装置，你就已经了解了发电机了，当自行车轮转动时发电机被带动，产生电流供照明。,38,控制器风机始终被若干台计算机控制着，这些计算机被统称为风机控制系统。其中主要的计算机被称为控制器,风机的每一个变化都被控制器监控着，并做一定的处理。控制器时时刻刻监视着风机应该或不应该发生的情况。,39,风速仪风速仪时刻测量着风的速度并通知风机控制器在风速足够时将风机偏航到对风状态，并启动。,时刻监测风速是十分重要的，因为在风速过大时会使风机毁坏。这
9、就是为什么当风速超过25m/s时，风机就会自动停下来。而当风速降低时，风速仪会告诉控制器可以开机启动了。,40,风向标风向标总是跟随着风的方向摆动。,在风向标的底部有一个很小的传感器，它可以将风向信号传给控制器，而控制器会告诉偏航电机将机舱转向叶轮对风位置。,41,偏航电机叶轮应该总是处在对风状态，以便于风轮最大程度的吸收风能。偏航电机就起转动机舱使叶轮对风的作用。,在偏航电机下面有一个小齿轮，用来与偏航轴承啮合！,42,偏航轴承偏航电机下面有一个小齿轮与一个巨大的齿轮啮合！这个大齿轮叫做偏航轴承。,一些小的偏航轴承是外齿，而大型风机的偏航轴承一般是内齿！相同的是它们都要依靠偏航电机的驱动。,
10、43,冷却系统（散热器）发电机转动时会产生大量的热，热量如果不能及时排除就会对发电机有损坏，因此非常有必要在发电机因为过热而要停止前将温度降下来。有两种冷却方式通过空气或水,使用水冷却时，冷水被导入一些隐藏在发电机外壳里的管中。水冷却了发电机加热了水本身。而散热器（如上图）又利用周围环境的空气再将水冷却。由此，水在冷却发电机的同时不断的循环，温度却不会升高。,44,叶轮所有大型风机都有三个叶片组成叶轮与主轴连接，而每种风机的叶片长度都有所不同。比如有一种风机叶片长度为25-27米，而最大的风机的叶片达到39米，这相当于一懂13层的高楼！,46,叶轮 大气压力滑翔机升力 叶片鸟和升力叶片制造厂偏
11、航,47,大气压力当你在坐过山车时，是否感觉到在你的耳朵里有压力？在不同的空气压力下你又有什么感觉呢？当空气压力迅速改变时，耳膜会随之凹进或凸起一些。海拔高的时候大气压下降，耳膜会凸起一些，因为你头部内的空气压力要与外界保持一致；,48,滑翔机 滑翔机能够在没有任何引擎的情况下飞翔，并且能够滑翔很长的一段距离。,49,滑翔机滑翔机的重量使它向地面下落，这是地心引力造成的，然而滑翔机并没有掉下来，却能维持数小时的飞翔！,50,滑翔机当地心引力使滑翔机下落时，必须有一个相反的力使它留在空中，这个力应该和地心引力足够大否则滑翔机就坠落了！,51,52,当你往空中扔一块石头时，石头不会很长时间以后才落
12、地，但是滑翔机却能在空中呆数小时为什么会这样呢？,53,54,55,升力滑翔机的机翼上的升力在地心引力作用的同时将滑翔机浮在空中风机叶片就是应用了这种原理。,56,叶片风机的叶片就象滑翔机的机翼，风机就是用叶片的升力使叶轮旋转。,57,58,59,鸟的升力鸟类在数千年前就发现了这个物理现象，它们不会被地心引力束缚在地面。它们的翅膀非常适合产生升力。,60,61,叶片需要有足够的强度，这就是为什么每个叶片中间都有一个梁，这个梁和叶片一样长，它是在一个温度极高的袋子里用玻璃纤维浇铸而成的！,62,这两个壳在另一个叶片生产厂浇铸。它们随后被组合成叶片。工人们用塑料制品附在玻璃纤维上保护它，制造叶片时
13、精确度是很重要的。,63,这两个外壳被放在一个模具中，然后封闭。壳在烤炉中加热以便玻璃纤维变得足够硬。,64,在外壳装配在一起之前，需要将大梁安装进去。在大梁的上面你可以看见粘合层。,65,叶片的表面必须足够的光滑以避免风经过其表面时速度降下来。这就是为什么任何一处小的滑伤都要用玻璃纤维填充。最后，叶片被放置在地上抛光，直到表面足够光滑。,66,偏航风机的控制系统总是保证叶轮处于对风的状态。机舱顶部的风向标告诉控制系统风的方向，当风变向时，机舱和叶轮的方向也随之改变。叶轮应该总是处于对风状态以便于吸收最大的风能。,68,齿轮齿轮工作原理风机的齿轮,69,当你骑车上坡时会怎样做：用一档，二档还是
14、最高档？,70,一档这是很明智的做法，这样很容易上坡。尽管你蹬的很快，爬坡速度很慢，但是这样却一点不费劲。,71,72,73,骑自行车爬上坡的确要费一些功夫。当女孩用最高档爬坡时更困难。另一方面，她没有必要在到达坡顶前蹬的那么快。,74,变到第一档时，上坡就容易多了，而这时女孩就需要蹬的快些了。,75,76,77,而发电机必须转地足够快才能发电，这就是风机为什么有个齿轮箱就像自行车一样。,78,齿轮箱将每分钟27转的转速变到1500转每分钟.主轴以每分钟27转的速度旋转,而此时告诉轴速度已经达到1500转每分钟.,80,发电机 发电机 发电机的电路电的感应现象,81,发电机 你见过自行车上的照
15、明灯吗?它不用携带电池，只要车轮转动，灯就可以一直亮着,82,发电机产生电流，通过电线将电送到灯里。你可能会问：为什么只有一根电线就构成了整个回路？其实自行车的框架就是另一根导线，只不过在一般电路中很少件而已！,83,其实，这个发电机的原理很简单：底部是一个用铜线绕成的一个线圈，线圈上面是一个磁铁。磁铁和铜线圈是不接触的。,一根轴将车轮和磁铁连动起来，当车轮转动时，磁铁也跟着转动。,当磁铁在线圈上方转动时，线圈里产生了电流，这被称为电磁感应现象,事实上，风机的发电机和我们刚才说的发电机原理是一样的，它的内部也是磁铁和线圈的相对运动。,85,电缆 梯子 控制器 灯 法兰 平台,86,87,电缆
16、机舱内发电机产生的电流通过很厚的电缆线进入控制柜！,88,梯子所有塔架内都有一个梯子，使你能够爬到机舱上，梯子接近塔壁，以便于在你爬上或爬下梯子时可以用后背紧靠塔壁，以保证安全！,89,控制器 风机的控制装置就是一台计算机，它能检查各个部件的工作状态，如果某个部件停止工作，控制器将通过计算机向中央监控室报告故障！,90,灯 塔架没有朝外的窗户，因此塔架内有照明很重要！,91,法兰法兰上的螺栓保证塔架的各部分紧密相连,92,平台 塔架内有两个或三个的平台供维护人员休息！,93,塔架塔架的高度塔架的两种设计思路塔架的制造,94,看看你自己的判断 塔架顶部要安装机舱和叶轮，那么是不是塔架必须非常高呢
17、？塔架有多高并不重要，只要叶片不碰到地面就可以了 叶轮应该尽可能的高，这一点非常重要,95,塔架有多高并不重要，只要叶片不碰到地面就可以了,96,叶轮应该尽可能的高，这一点非常重要,这是对的。40-70米高处的风比地面的风大的多。烟囱里出来的烟就可以告诉你这个答案叶轮越高，风机产生的能量就越大。,97,格子状的塔架塔架可以被设计为钢结构的格子状支撑结构.这种塔架十分结实而且很经济。,筒状塔架为大型风力发电机设计的塔架应该是底部比顶部略为粗些的筒状塔架。一个筒状钢结构塔架十分结实。,98,1)筒状塔架是由许多钢板焊接而成的单片的钢板先被运到生产塔架的工厂.你注意到没有：钢板的边缘是倾斜的，如果不
18、这样的话，塔架就不能做成上窄下宽的筒状了！,99,2)在钢板被焊接之前，要先把它压成环形。照片上的工人正在用起重机搬运钢板。,100,3)钢板被压成环形，这就做好了焊接的准备。工人们遥控电焊机将钢板焊接成型。,101,4)竖立起来的塔架由好几部分组成的。塔架的每一部分都有20-30米高。一些塔架有60米高，不可能组装好再运输。50米高的塔架大约40吨重，但是60米高的塔架却有80吨。,102,5)法兰被焊接在塔架每部分的两端 法兰其实就是有很多孔的钢环。塔架各部分的连接是用法兰之间螺栓固定完成的。,103,105,建造地点山的影响陡峭的山崖,106,不对，看看那些树，山顶上的风更强，当风遇到山
19、时迅速向上爬升，风速随之增大，这就是为什么建造风机最理想的地方应该是在山顶。,107,陡峭的山崖并不是所有的山都适合建造风机，只有斜坡平缓的山才是最理想的地点。如果你把风机放在悬崖顶上，那么叶轮面对的就是很不稳定的气流。,109,组装一台风机 地基安装风机,110,111,没有绝缘外壳的铜线铺设在地基周围,当风机被雷电击中时，强大的电流通过铜线导入地下，这样就防止风机被击毁,112,混凝土是由沙砾、沙子、水泥和水组成的。,卡车将混凝土运到工地，通过一个很长的软管注入已经挖好的坑里，照片中的三个工人中一个提着软管浇筑，另一个用振动器使混凝土充分融合在一起，第三个工人正忙着打平表面。,113,塔架
20、的底部用混凝土浇筑，现在工人们已经做好了放塔架的准备,114,1)在风机竖立起来之前，塔架、机舱和叶轮都要用大型卡车运到建造地点。,115,2)叶轮在工地进行组装，必须使用能提升50米以上的大型起重机。45米高的塔架分成两部分，需要两次吊装，一定要确保两部分连接固定的十分可靠，这就得用强度很高的螺栓完成了。,116,3)起重机要能够很准确的对好塔架的两部分，因此常常需要司机将起重臂仅仅作12mm的移动。如果风太大，吊装就会很困难的了。,117,4)开始安装机舱时，就必须有一个人用绳索拉住机舱，这样他就能比较精确的将机舱与塔架顶部对准了。他会用对讲机和塔架里面的人联系。,118,5)叶轮安装比较困难，这就需要两个人用绳索分别拉住两个叶片来调整叶轮的方向。,119,6)叶轮被安装在机舱上了，这时就要注意一下叶轮是不是非常精确的在机舱的正前方。,120,7)你肯定会认为现在风机安装工作完成了，其实不然，还必须将它与电网连接起来，这样发的电才能到达用户端。最后检查各个部件是否到位。风机固定好以后，可以发电20-25年,
