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图赏|直驱风机原理图和精彩图片

CWEA 风能专委会CWEA 2023-07-10


为了让读者更直观地了解“直驱风机”的原理,风能专委会CWEA公众号特别收集了一些和直驱风机相关的原理图以及精彩风机图片供参考。有一些风机图片比较老旧,甚至有一些风机可能并没有进一步发展最新型号而被其他品牌所收购,这里依然将其收录近来,希望能从图片中,管窥出直驱风机及风电机组技术发展的新趋势。至于直驱风机的品牌和市场发展情况,本文不做详细介绍。


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以某新一代2. 5 MW直驱式风力发电机组为例展示永磁直驱式风机的结构、原理。2. 5 MW直驱型永磁风力发电机组主要由风轮、永磁同步发电机、机架及偏航系统、主控系统、变流器、空-空循环冷却系统、液压系统、润滑系统、变压器、中央监控系统、塔架、机舱等组成。
发电机通过法兰与风轮直接相连,省去了影响风机可靠性的最薄弱环节———齿轮箱,以及主轴系统、联轴器等传动部件。风轮与发电机转子直联,简化了结构,缩短了传动链,最大限度地提高了机组的可靠性和传动效率 。同时可减少日常的维护,降低后续的运行成本。机组采用低转速运行,没有高速转动部件,从而优化了机组的运行工况,提高了机组运行寿命,降低了噪音,也可提高整机可靠性。

风轮

风轮在7 ~ 14. 5 r/min的转速范围内进行变速运动,叶片采用独立变桨技术,由直流或交流电机驱动。其主要包括叶片、轮毂、变桨系统、导流罩等,如图2所示。


系统及机架

2. 5 MW直驱型永磁风力发电机组采用主动偏航对风,机舱后部配有一套传感器———风速计和风向标。控制器根据其传递的信号,控制6个偏航驱动装置转动机舱自动反馈对准主风向,偏离角度小于5°,以保证最大的能量产出,并同时避免由于倾斜入流引起的附加负载。
发电机
发电机采用永磁电机,无需电励磁系统,减少了励磁损耗,并且减少了碳刷等易损部件,减少了检修维护工作量、发电机采用外转子结构,结构更紧凑,重量减轻。采用密闭空冷系统,冷却可靠,不受外部环境影响,有效防止沙尘、盐雾和水汽对发电机的侵蚀,确保机组运行可靠。发电机防护等级为IP54,可以防止沙尘、雨水等进入电机,有效保护电机绕组和磁钢,保证电机长期安全运行。

不同的径向磁通永磁发电机结构
 (RFPM,Radial Flux Permanent Magnet)
不同的轴向磁通永磁发电机结构
 (AFPM,Axial Flux Permanent Magnet)
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永磁直驱风机图集


http://add-energy.ro/en/sunt-turbinele-eoliene-cu-direct-drive-fara-cutie-de-viteze-viitorul-energiei-eoliene/
在 金风科技2.5 MW PMDD 中,直接驱动技术使用与转子紧密耦合的发电机,用于少数图灵部件,而不是传统变速箱中的超过 13 个齿轮和数百个其他部件。
机舱内部的外观显示了更多细节。
https://www.windpowerengineering.com/goldwinds-2-5-mw-direct-drive-turbine/
早在2014年,作为直接驱动技术的德国先驱,VENSYS 即已经在全球安装了超过 11,000 台 1.5 MW 风机。http://vensys.de
 
https://ewtdirectwind.com/turbines/direct-drive/
内转子直驱风力发电机
外转子永磁直驱风电机组
盘式永磁直驱风力发电机
https://www.pengky.cn/zz-direct-drive-turbine/direct-drive-wind-turbine-overview/direct-drive-wind-turbine-overview.html
https://www.ifm.com/us/en/applications/060/wind-energy.html#!/content/documents/en-us/shared/applications/060/1010/1010
早期直驱风机结构 Argosy Wind Power, Ltd

西门子 D6 直驱风机

双馈风机和直驱风机的区别
这里有一个直驱风机网站,把主要的直驱风机品牌都给列出在网站上,可以参考:
https://www.directindustry.com/industrial-manufacturer/direct-drive-wind-turbine-85579.html

Direct-drive wind turbine SG 11.0-200 DD
西门子14MW 直驱机组 Direct-drive wind turbine SG 14-222 DD
点击播放西门子最大风机视频

金风科技 3.0MW 直驱风机
金风科技GW 6.XMW直驱风电机组
上海电气 Direct-drive wind turbine D6/6MW series
Direct-drive wind turbine 3 000 kW, 92 - 149 m | E-115/3000
Lagerwey 的直驱风机。该公司2018 年被Enercon收购。
发电机自然冷却系统设计
Lagerwey直驱永磁电机风电机组 
https://www.lagerwey.com/technology/generator/
发电机
机舱结构
主轴承 Lagerwey 发明了单一主轴承概念
 
Lagerwey 发电机与机舱和轮毂一体设计。

Enercon

Enercon E-160 EP5 E3 风机结构

E-160 EP5曾获得2020年度4.5MW+最佳陆上机型

EP1系列的 E-53 蛋型风机 

参考:风能视频 | ENERCON经典蛋形大风机背后的制造流程


EP1风机效果图
ENERCON 的 E-103 EP2 / 2.35 MW 包括 E92风机
蛋型风机结构爆炸图
升级了更大直径的ENERCON E-138 EP3系列风机
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综合:风能专委会CWEA公众号

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