偏航系统

偏航系统的风力涡轮机是组件负责所述风力涡轮机的方位转子朝向风。

主动偏航系统配备有某种转矩产生装置，该转矩产生装置能够基于来自风向传感器的自动信号或手动致动（控制系统优先）使风力涡轮机的机舱抵靠固定的塔架旋转。主动偏航系统被认为是所有现代中型和大型风力涡轮机的最新技术，只有少数例外证明了这一规则（例如Vergnet）。现代主动偏航系统的各个组件根据设计特性而有所不同，但是所有主动偏航系统都包括机舱和塔架之间的可旋转连接装置（偏航轴承），主动改变转子方向的装置（即偏航驱动器），限制机舱旋转的装置（偏航制动器）和控制系统，该系统处理来自风向传感器（例如风向标）的信号并向执行机构发出适当的命令。

主动偏航系统最常见的类型是：

• 滚动偏航轴承-电动偏航驱动器-制动器：机舱安装在滚动轴承上，并且通过多个强大的电驱动器实现方位角旋转。重新定向完成后，液压或电动制动器会固定机舱的位置，以避免由于反冲而对风力涡轮机部件造成磨损和高疲劳负荷。大多数风力涡轮机制造商都使用这种系统，它们被认为是可靠和有效的，但也相当庞大和昂贵。
• 滚动偏航轴承-液压偏航驱动器：机舱安装在滚动轴承上，并且通过多个强大的液压马达或棘轮 液压缸实现方位角旋转。带有液压驱动器的偏航系统的优势与液压系统的固有优势有关，例如高功率重量比和高可靠性。但不利的是，液压系统总是因液压油泄漏和高压液压阀堵塞而困扰。通常，液压偏航系统（取决于系统设计）还可以消除偏航制动机构，并用截止阀代替。
• 滑行偏航轴承-电动偏航驱动器：机舱安装在基于摩擦的滑行轴承上，并且通过多个强大的电驱动器实现方位角旋转。消除了对偏航制动器的需求，并且取决于偏航系统的尺寸（即，风力涡轮机的尺寸），滑动轴承的概念可以导致大量的成本节省。
• 滑行偏航轴承-液压偏航驱动器：机舱安装在基于摩擦的滑行轴承上，并且通过多个强大的液压马达或棘轮 液压缸实现方位角旋转。该系统结合了前述滑动轴承和液压马达系统的特性。

被动偏航系统利用风力来调节风力涡轮机转子向风的方向。这些系统以最简单的形式包括塔架和机舱之间的简单滚柱轴承连接以及安装在机舱上的尾鳍，其设计方式是通过施加“校正”转矩将风力涡轮机的转子变成风。因此，风的动力负责转子的旋转和机舱的方向。可替代地，在顺风涡轮机的情况下，不需要尾鳍，因为转子本身能够偏航机舱在风中。在偏风的情况下，扫掠区域上的“风压”会引起围绕着塔轴的偏航力矩，从而使转子定向。

尾鳍（或风向标）通常用于小型风力涡轮机，因为它提供了低成本和可靠的解决方案。然而，它不能应付偏航大型风力涡轮机的机舱所需的高力矩。然而，顺风涡轮机转子的自定向是即使对于较大的风力涡轮机也能够起作用的概念。法国风力涡轮机制造商Vergnet在生产中拥有多台中型和大型自定向顺风 风力涡轮机。

被动偏航系统的设计方式必须是，机舱不会以太快的偏航运动来跟随风向的突然变化，以避免产生高的陀螺负载。另外，由于转子旋转过程中惯性矩的变化而引起的周期性低振幅偏航，具有低偏航摩擦的无源偏航系统会承受强大的动态载荷。随着叶片数量的减少，这种影响变得更加严重。

最常见的被动偏航系统是：

• 滚子轴承（自由系统）：机舱安装在滚子轴承上，并且可以朝任何方向自由旋转。必要的力矩来自尾鳍或转子（顺风风力涡轮机）
• 滚子轴承-制动器（半主动系统）：机舱安装在滚子轴承上，并且可以朝任何方向自由旋转，但是当达到必需的方向时，主动横摆制动器会阻止机舱。这样可以防止不受控制的振动并减少陀螺和疲劳载荷。
• 滑动轴承/制动器（被动系统）：机舱安装在滑动轴承上，并且可以朝任何方向自由旋转。固有的摩擦的的滑动轴承实现操作的准活性方法。

偏航系统的主要组成部分之一是偏航轴承。它可以是滚子或滑动式的并且它用作塔架和之间的可旋转连接机舱的的风力涡轮机。该偏航轴承应该能够处理非常高的负载，从所述的重量其除了机舱和转子（其重量是在十分之几的范围吨）还包括弯曲力矩的提取期间所造成的转子风的动能。

该偏航驱动器仅在有效偏航系统存在并且是活性的旋转的装置的风力涡轮机机舱。每个偏航驱动器均由带有电动驱动器的强大电动机（通常为AC）和大型齿轮箱组成，增大了扭矩。xxx的偏航驱动器的xxx静态扭矩在200.000Nm的范围内，变速箱减速比在2000：1的范围内。因此，大型现代涡轮机的偏航相对缓慢，持续360分钟才可以旋转几分钟。

偏航叶片（或尾鳍）是偏航系统的组成部分，仅在具有被动偏航机构的小型风力涡轮机上使用。它不过是通过长梁安装在机舱上的平坦表面。鳍片的大表面积和增加的梁的长度的组合产生了相当大的扭矩，尽管转子具有稳定的陀螺效应，该扭矩仍能够使机舱旋转。然而，尾鳍能够偏航大型风力涡轮机所需的表面积是巨大的，因此使得这种装置的使用是不经济的。