风力发电机机械制动器的研制

　　摘 要：本文概述了风力发电机制动过程的各个阶段以及每个制动阶段的制动原理，并详细论述了风力发电机机械制动器的结构型式和不同类型，并对各种制动器进行分析，阐述其结构特点和制动原理。另外，本文介绍了风电制动器设计输入参数的计算方法，对风电制动器的研制具有一定指导意义。
　　键词：风力发电机 机械制动系统 主动式夹钳 被动式夹钳

　　1 概 述
　　风电是资源潜力大、技术基本成熟的可再生能源，在减排温室气体、应对气候变化的新形势下，越来越受到世界各国的重视，并已在全球大规模开发利用。2010 年底，全球累计风电装机容量约2 亿千瓦，最近5 年年均增长率约30% 左右。2010 年新增装机容量3900 万千瓦，是新增装机容量最大的可再生能源电力。十一五期间，我国风电进入快速发展阶段。 2009 年以来，我国成为新增风电装机规模最多的国家。到2010 年底，风电累计并网装机容量3100万千瓦。2010 年风电发电量500 亿千瓦时，折合1600 万吨标准煤。风电装备制造能力快速提高，涌现出一批技术先进、国际竞争力强的风电装备制造企业，如华锐风电、金风科技、湘电、中船重工等，均已具备1.5 兆瓦以上各个技术类型、多种规格机组和主要零部件的制造能力，基本满足陆地和海上风电的开发需要。
　　“十二五”是我国全面建设小康社会的关键时期，是加快转变经济发展方式的重要阶段。为实现国家经济社会发展
　　战略目标，加快能源结构调整，培育和发展战略型新兴产业，全面推进风能资源的合力利用，促进风电产业稳步健康发展。为此国家专门制定了《风电发展“十二五”规划》，该发展规划明确了“十二五”风电产业的发展目标：2015 年，投入运行的风电装机容量将达到1 亿千瓦，年发电量达1900亿千瓦时，风电发电量在全部发电量中的比重将超过3%。到2015 年，基本形成完整的具有国际竞争力的风电设备制造产业体系，形成3~5 家具有国际竞争力的整机制造企业和10~15 家优质零部件供应企业。
　　2 风力发电机机械制动系统
　　风力发电机机械制动器，以下简称风电制动器，是风力发电机重要组成部分之一，主要用来保证风力发电机的安全停机，或在紧急情况下非正常停机。风力发电机从正常运行到停机需经历两个阶段：气动刹车阶段和机械刹车阶段。
　　气动刹车装置的型式根据风机型式不同而不同。对于定浆距风力发电机而言，气动刹车是通过叶片上的叶尖扰流器来实现的。在风力发电机需要停机时，扰流器在离心力作用下释放并形成阻尼版，由于叶尖部分处于距离轴最远点，整个片作为一个长的杠杆，使扰流器产生的气动阻力相当高，足以使风力发电机组在几乎没有任何磨损的情况下迅速减速。叶尖扰流器的结构如图1 所示。对于变浆距风力发电机，气动刹车是通过叶片变浆实现的，叶片变浆改变叶片功角，减小叶片升力，利用风力来降低叶片转速。