风电机组的偏航系统及发展趋势

    偏航卡钳不是一个，如在V52-850kW风电机组上共有四组。轴向上推力瓦起到滑动轴承的作用并承担机舱的重量和机组运行中向下的轴向力。径向推力瓦起到滑动轴承的作用并承担机舱与塔架运行中径向力。轴向下推力瓦起到滑动轴承的作用并承受一定的倾覆力矩。
为避免风电机组在偏航过程中产生过大的振动而造成整机的共振，偏航系统在机组偏航时必须具有合适的阻尼力矩。阻尼力矩的大小要根据机舱和风轮质量总和的惯性力矩等来确定。其基本的确定原则是确保风电机组在偏航时应动作平稳顺畅不产生振动。只有在阻尼力矩的作用下，机组的风轮才能够定位准确，充分利用风能进行发电。
    滑动轴承的偏航系统优点是成本较低，维护方便；采用具有自润滑功能的滑动轴瓦支承方式，不需额外的润滑系统及低速液压制动器，无漏油现象。缺点是结构相对复杂；维护工作量较大；摩擦阻尼力矩较大，这是因为要使对风保持稳定，避免振动，必须有足够的摩擦阻尼力矩，偏航对风时必须克服此摩擦力矩，也就是说，在极限偏航载荷下，有可能机舱滑动。这种偏航系统有时会出现以下故障：
    如偏航电机过热（在冬季经常发生），减速器齿轮损坏，轴向下推力瓦损坏，轴向上推力瓦脱落和断角，偏航卡钳调整螺栓断裂，径向推力瓦脱落等。
    风电机组偏航系统采用滑动轴承的比较普遍。例如，国外VESTAS公司的V42-600kW,V52-850kW;GAMESA公司的G52-850kW;SUZLON公司的S.60-1000kW,S.66-1250kW,S.88-2MW;ZOND公司的Z-48750kW.我国华锐公司的SL1500-1.5MW（Fuhrlander技术 ）,沈鼓2MW（Windtec技术）都是采用此类偏航系统。
    采用滚动轴承带有偏航制动器的固定式偏航系统采用带有偏航制动器的偏航系统是固定型的偏航系统。该轴承处于塔架与机舱之间，滚动轴承把各种力从机舱传到塔架。安装的偏航制动系统，作用在环形制动盘上，提供多个液压制动器，1.5MW的风电机组上就有6个制动器，用来阻止在各种情况下不希望的偏航运动，制动器上的衬垫是用有机材料制成。这种材料要具有稳定的摩擦系数、低磨损率、耐高温。
    采用带有偏航制动器的固定式偏航系统的结构如图3所示。

    图中1 、偏航电动机，2、偏航减速器，3、偏航小齿轮，4、液压制动器，5、塔架，6、偏航摩擦盘，7、大齿圈，8、机舱底盘。
    偏航减速器一般为立式行星减速器，其端部的小齿轮与偏航大齿圈啮合，通过电机驱动，实现偏航对风或解缆。偏航制动器需要提供液压源和控制装置。在制动状态，工作油压较高可使机舱固定不动，当偏航对风时，制动器由制动状态转变为具有20-30bar背压的阻尼状态，所以运动是平稳的。当在规定的气候条件下，要求电缆解缆时，制动器改变为松闸状态，此时机舱整圈反转并解缆。
    滚动轴承的偏航系统优点是结构简单，对风可靠和无滑动，便于维护；偏航对风时摩擦阻尼力矩不大，对风平稳。缺点是成本较高。
这种偏航系统有时会出现密封漏油和噪声：当摩擦材料配料不均，摩擦副材料不匹配，工作时会引起振动，导致噪声；多次偏航使摩擦表面局部磨损，或制动钳安装不平行，导致局部摩擦力增大，出现噪声。密封圈受热老化，进而影响密封圈寿命，制动器密封一旦破坏，会出现漏油，影响偏航制动力，同时摩擦表面会沾上油污，偏航转动后，摩擦片表面形成釉光层，导致摩擦系数下降，制动效果变差，。选用高质量制动器，精心制造和安装偏航系统各部件，上述问题完全可以解决。目前我国安装的风机其偏航制动器大多数为国外进口，使用国内生产的偏航制动器约为20%以下，其中主要是焦作瑞塞尔盘式制动器有限公司生产，该公司与风电市场对接十余年来，已形成了规模化生产，产品经近十年的市场考验，能满足使用要求，可以替代进口。
    现代大型风电机组偏航系统采用带有制动器的滚动轴承固定式偏航非常普遍。例如，国外REpower公司的MD77-1.5MW,REpower 5M-5MW;Nordex公司的N60-1300kW;GE公司的GE-1.5s -1.5MW,GEWindenergy 3.6MW;:Dewind公司的D6-1MW, D 8 - 2MW。国产风力机中，沈工大
1.5MW、2MW及3MW（已转让20余家）,华创1.5MW、东汽1.5MW及3MW、华锐3MW都是采用此类偏航系统。
    关于偏航驱动装置的功率问题。风电机组在运行过程中，当调向对风时，偏航驱动装置的功率应能克服偏航阻力矩M。而在计算偏航阻力矩时应考虑到如下几方面：