风力发电机组刹车系统关键技术研究

近年来由于能源危机、环境污染等问题日益突出，风力发电机的优势日益明显，各国对风力发电机也进行了广泛的研究，制动系统是风力发电机的重要组成部分。本文利用空气动力学对风力发电机刹车部件建模进行了研究，分析了刹车系统的设计要点，并通过实验手段研究了不同材料的刹车片对风力发电刹车系统的影响。本文的对风力发电机技术的现状、特点和发展趋势进行了总结。通过对风能理论、风速等级理论、风能利用系数及贝茨理论和叶轮叶素等风力发电机的相关理论进行分析。通过建模和仿真手段分别对风力发电机刹车片的安装位置、摩擦副结构及材料性能要求作出了分析。利用风能利用系数经验公式进行模拟仿真，得出了变桨距风力发电机桨距角控制依据。对定桨距风力发电机和变桨距风力发电机的偏航系统、制动系统控制的相应策略进行了分析。通过对刹车盘材料QT600-3和QT500-7进行了对比的磨损实验，得出了珠光体含量对制动系统的影响、制动载荷、制动时间对刹车材料性能的影响和刹车盘应选用的材料等结论。风力发电机的偏航系统应依据风向变化进行偏航对风，并依据电缆扭转累计角度判断是否需要解缆，在风速过大时屏蔽对风和解缆功能进行90度侧风。定桨距系统在风速过大时弹出叶尖扰流器，从而降低功率输出。而变桨距系统在小于切入风速和停机前进行顺桨控制，大于切入风速后运用小桨距角提升叶轮转速并保持较高风能利用系数，大于额定风速后逐渐降低风能利用系数来限制功率的输出，并使之保持在额定功率。大于切入风速后为保证风力发电机安全，运用顺桨控制，降低叶轮叶轮转速并脱离电网以便在适宜风速进行二次切入。由于滑动摩擦过程中摩擦材料间表面保持弹塑性的状态，载荷的增大在微观上表现为增加了摩擦面积和表面粗糙度，所以随着风力发电机制动力矩的增加摩擦系数和磨损量都会相应增大，但珠光体的存在阻碍了黏着磨损，使得球墨铸铁的摩擦系数和磨损量保持较低的增长。随着摩擦时间的增加两种材料的磨损量都有相应的增加，但珠光体发挥了抗氧化、抗磨损、增强基体耐磨性的作用。有助于延缓氧化薄膜的形成和破裂，从而降低剥层磨损。从耐磨性和制动过程中的热量降低使用寿命的角度来看，作为风力发电机的摩擦盘材料球墨铸铁QT600-3要明显优于球墨铸铁QT500-7。