偏航系統是水平軸式風力發電(diàn)機組必不可(kě)少的組成系統之一。偏航系統的主要作(zuò)用(yòng)有(yǒu)兩個。其一是與風力發電(diàn)機組的控制系統相互配合，使風力發電(diàn)機組的風輪始終處于迎風狀态，充分(fēn)利用(yòng)風能(néng)，提高風力發電(diàn)機組的發電(diàn)效率；其二是提供必要的鎖緊力矩，以保障風力發電(diàn)機組的安(ān)全運行。風力發電(diàn)機組的偏航系統一般分(fēn)為(wèi)主動偏航系統和被動偏航系統。被動偏航指的是依靠風力通過相關機構完成機組風輪對風動作(zuò)的偏航方式，常見的有(yǒu)尾舵、舵輪和下風向三種；主動偏航指的是采用(yòng)電(diàn)力或液壓拖動來完成對風動作(zuò)的偏航方式，常見的有(yǒu)齒輪驅動和滑動兩種形式。對于并網型風力發電(diàn)機組來說，通常都采用(yòng)主動偏航的齒輪驅動形式。
1．偏航系統的技(jì )術要求
1.1. 環境條件
　　在進行偏航系統的設計時，必須考慮的環境條件如下：
1). 溫度；
2). 濕度；
3). 陽光輻射；
4). 雨、冰雹、雪(xuě)和冰；
5). 化學(xué)活性物(wù)質(zhì)；
6). 機械活動微粒；
7). 鹽霧。
8). 近海環境需要考慮附加特殊條件。
　　應根據典型值或可(kě)變條件的限制，确定設計用(yòng)的氣候條件。選擇設計值時，應考慮幾種氣候條件同時出現的可(kě)能(néng)性。在與年輪周期相對應的正常限制範圍内，氣候條件的變化應不影響所設計的風力發電(diàn)機組偏航系統的正常運行。
1.2. 電(diàn)纜
　　為(wèi)保證機組懸垂部分(fēn)電(diàn)纜不至于産(chǎn)生過度的紐絞而使電(diàn)纜斷裂失效，必須使電(diàn)纜有(yǒu)足夠的懸垂量，在設計上要采用(yòng)冗餘設計。電(diàn)纜懸垂量的多(duō)少是根據電(diàn)纜所允許的扭轉角度确定的。
1.3. 阻尼
　　為(wèi)避免風力發電(diàn)機組在偏航過程中(zhōng)産(chǎn)生過大的振動而造成整機的共振，偏航系統在機組偏航時必須具(jù)有(yǒu)合适的阻尼力矩。阻尼力矩的大小(xiǎo)要根據機艙和風輪質(zhì)量總和的慣性力矩來确定。其基本的确定原則為(wèi)确保風力發電(diàn)機組在偏航時應動作(zuò)平穩順暢不産(chǎn)生振動。隻有(yǒu)在阻尼力矩的作(zuò)用(yòng)下，機組的風輪才能(néng)夠定位準确，充分(fēn)利用(yòng)風能(néng)進行發電(diàn)。
1.4. 解纜和紐纜保護
　　解纜和紐纜保護是風力發電(diàn)機組的偏航系統所必須具(jù)有(yǒu)的主要功能(néng)。偏航系統的偏航動作(zuò)會導緻機艙和塔架之間的連接電(diàn)纜發生紐絞，所以在偏航系統中(zhōng)應設置與方向有(yǒu)關的計數裝(zhuāng)置或類似的程序對電(diàn)纜的紐絞程度進行檢測。一般對于主動偏航系統來說，檢測裝(zhuāng)置或類似的程序應在電(diàn)纜達到規定的紐絞角度之前發解纜信号；對于被動偏航系統檢測裝(zhuāng)置或類似的程序應在電(diàn)纜達到危險的紐絞角度之前禁止機艙繼續同向旋轉，并進行人工(gōng)解纜。偏航系統的解纜一般分(fēn)為(wèi)初級解纜和終極解纜。初級解纜是在一定的條件下進行的，一般與偏航圈數和風速相關。紐纜保護裝(zhuāng)置是風力發電(diàn)機組偏航系統必須具(jù)有(yǒu)的裝(zhuāng)置，這個裝(zhuāng)置的控制邏輯應具(jù)有(yǒu)最高級别的權限，一旦這個裝(zhuāng)置被觸發，則風力發電(diàn)機組必須進行緊急停機。
1.5. 偏航轉速
　　對于并網型風力發電(diàn)機組的運行狀态來說，風輪軸和葉片軸在機組的正常運行時不可(kě)避免的産(chǎn)生陀螺力矩，這個力矩過大将對風力發電(diàn)機組的壽命和安(ān)全造成影響。為(wèi)減少這個力矩對風力發電(diàn)機組的影響，偏航系統的偏航轉速應根據風力發電(diàn)機組功率的大小(xiǎo)通過偏航系統力學(xué)分(fēn)析來确定。根據實際生産(chǎn)和目前國(guó)内已安(ān)裝(zhuāng)的機型的實際狀況，偏航系統的偏航轉速的推薦值見表5。

　　偏航系統是水平軸式風力發電(diàn)機組必不可(kě)少的組成系統之一。偏航系統的主要作(zuò)用(yòng)有(yǒu)兩個。其一是與風力發電(diàn)機組的控制系統相互配合，使風力發電(diàn)機組的風輪始終處于迎風狀态，充分(fēn)利用(yòng)風能(néng)，提高風力發電(diàn)機組的發電(diàn)效率；其二是提供必要的鎖緊力矩，以保障風力發電(diàn)機組的安(ān)全運行。風力發電(diàn)機組的偏航系統一般分(fēn)為(wèi)主動偏航系統和被動偏航系統。被動偏航指的是依靠風力通過相關機構完成機組風輪對風動作(zuò)的偏航方式，常見的有(yǒu)尾舵、舵輪和下風向三種；主動偏航指的是采用(yòng)電(diàn)力或液壓拖動來完成對風動作(zuò)的偏航方式，常見的有(yǒu)齒輪驅動和滑動兩種形式。對于并網型風力發電(diàn)機組來說，通常都采用(yòng)主動偏航的齒輪驅動形式。
1．偏航系統的技(jì )術要求
1.1. 環境條件
　　在進行偏航系統的設計時，必須考慮的環境條件如下：
1). 溫度；
2). 濕度；
3). 陽光輻射；
4). 雨、冰雹、雪(xuě)和冰；
5). 化學(xué)活性物(wù)質(zhì)；
6). 機械活動微粒；
7). 鹽霧。
8). 近海環境需要考慮附加特殊條件。
　　應根據典型值或可(kě)變條件的限制，确定設計用(yòng)的氣候條件。選擇設計值時，應考慮幾種氣候條件同時出現的可(kě)能(néng)性。在與年輪周期相對應的正常限制範圍内，氣候條件的變化應不影響所設計的風力發電(diàn)機組偏航系統的正常運行。
1.2. 電(diàn)纜
　　為(wèi)保證機組懸垂部分(fēn)電(diàn)纜不至于産(chǎn)生過度的紐絞而使電(diàn)纜斷裂失效，必須使電(diàn)纜有(yǒu)足夠的懸垂量，在設計上要采用(yòng)冗餘設計。電(diàn)纜懸垂量的多(duō)少是根據電(diàn)纜所允許的扭轉角度确定的。
1.3. 阻尼
　　為(wèi)避免風力發電(diàn)機組在偏航過程中(zhōng)産(chǎn)生過大的振動而造成整機的共振，偏航系統在機組偏航時必須具(jù)有(yǒu)合适的阻尼力矩。阻尼力矩的大小(xiǎo)要根據機艙和風輪質(zhì)量總和的慣性力矩來确定。其基本的确定原則為(wèi)确保風力發電(diàn)機組在偏航時應動作(zuò)平穩順暢不産(chǎn)生振動。隻有(yǒu)在阻尼力矩的作(zuò)用(yòng)下，機組的風輪才能(néng)夠定位準确，充分(fēn)利用(yòng)風能(néng)進行發電(diàn)。
1.4. 解纜和紐纜保護
　　解纜和紐纜保護是風力發電(diàn)機組的偏航系統所必須具(jù)有(yǒu)的主要功能(néng)。偏航系統的偏航動作(zuò)會導緻機艙和塔架之間的連接電(diàn)纜發生紐絞，所以在偏航系統中(zhōng)應設置與方向有(yǒu)關的計數裝(zhuāng)置或類似的程序對電(diàn)纜的紐絞程度進行檢測。一般對于主動偏航系統來說，檢測裝(zhuāng)置或類似的程序應在電(diàn)纜達到規定的紐絞角度之前發解纜信号；對于被動偏航系統檢測裝(zhuāng)置或類似的程序應在電(diàn)纜達到危險的紐絞角度之前禁止機艙繼續同向旋轉，并進行人工(gōng)解纜。偏航系統的解纜一般分(fēn)為(wèi)初級解纜和終極解纜。初級解纜是在一定的條件下進行的，一般與偏航圈數和風速相關。紐纜保護裝(zhuāng)置是風力發電(diàn)機組偏航系統必須具(jù)有(yǒu)的裝(zhuāng)置，這個裝(zhuāng)置的控制邏輯應具(jù)有(yǒu)最高級别的權限，一旦這個裝(zhuāng)置被觸發，則風力發電(diàn)機組必須進行緊急停機。
1.5. 偏航轉速
　　對于并網型風力發電(diàn)機組的運行狀态來說，風輪軸和葉片軸在機組的正常運行時不可(kě)避免的産(chǎn)生陀螺力矩，這個力矩過大将對風力發電(diàn)機組的壽命和安(ān)全造成影響。為(wèi)減少這個力矩對風力發電(diàn)機組的影響，偏航系統的偏航轉速應根據風力發電(diàn)機組功率的大小(xiǎo)通過偏航系統力學(xué)分(fēn)析來确定。根據實際生産(chǎn)和目前國(guó)内已安(ān)裝(zhuāng)的機型的實際狀況，偏航系統的偏航轉速的推薦值見表5。

表5偏航轉速推薦值

風力發電(diàn)機組功率（kw） 100～200 250～350 500～700 800～1000 1200～1500偏航轉速（r/min） ≤0.3 ≤0.18 ≤0.1 ≤0.092 ≤0.085 1.6. 偏航液壓系統　　并網型風力發電(diàn)機組的偏航系統一般都設有(yǒu)液壓裝(zhuāng)置，液壓裝(zhuāng)置的作(zuò)用(yòng)是拖動偏航制動器松開或鎖緊。一般液壓管路應采用(yòng)無縫鋼管制成，柔性管路連接部分(fēn)應采用(yòng)合适的高壓軟管。螺接管路連接組件應通過試驗保證偏航系統所要求的密封和承受工(gōng)作(zuò)中(zhōng)出現的動載荷。液壓元器件的設計、選型和布置應符合液壓裝(zhuāng)置的有(yǒu)關具(jù)體(tǐ)規定和要求。液壓管路應能(néng)夠保持清潔并具(jù)有(yǒu)良好的抗氧化性能(néng)。液壓系統在額定的工(gōng)作(zuò)壓力下不應出現滲漏現象。　　1.7. 偏航制動器　　采用(yòng)齒輪驅動的偏航系統時，為(wèi)避免振蕩的風向變化，引起偏航輪齒産(chǎn)生交變負荷，應采用(yòng)偏航制動器（或稱偏航阻尼器）來吸收微小(xiǎo)自由偏轉振蕩，防止偏航齒輪的交變應力引起輪齒過早損傷。對于由風向沖擊葉片或風輪産(chǎn)生偏航力矩的裝(zhuāng)置，應經試驗證實其有(yǒu)效性。　　1.8. 偏航計數器　　偏航系統中(zhōng)都設有(yǒu)偏航計數器，偏航計數器的作(zuò)用(yòng)是用(yòng)來記錄偏航系統所運轉的圈數，當偏航系統的偏航圈數達到計數器的設定條件時，則觸發自動解纜動作(zuò)，機組進行自動解纜并複位。計數器的設定條件是根據機組懸垂部分(fēn)電(diàn)纜的允許扭轉角度來确定的，其原則是要小(xiǎo)于電(diàn)纜所允許扭轉的角度。　　1.9. 潤滑　　偏航系統必須設置潤滑裝(zhuāng)置，以保證驅動齒輪和偏航齒圈的潤滑。目前國(guó)内的機組的偏航系統一般都采用(yòng)潤滑脂和潤滑油相結合的潤滑方式，定期更換潤滑油和潤滑脂。　　1.10. 密封　　偏航系統必須采取密封措施，以保證系統内的清結和相鄰部件之間的運動不會産(chǎn)生有(yǒu)害的影響。　　1.11. 表面防腐處理(lǐ)　　偏航系統各組成部件的表面處理(lǐ)必須适應風力發電(diàn)機組的工(gōng)作(zuò)環境。風力發電(diàn)機組比較典型的工(gōng)作(zuò)環境除風況之外，其他(tā)環境（氣候）條件如熱、光、腐蝕、機械、電(diàn)或其他(tā)物(wù)理(lǐ)作(zuò)用(yòng)應加以考慮。　　2．偏航系統的組成　　偏航系統一般由偏航軸承、偏航驅動裝(zhuāng)置、偏航制動器、偏航計數器、紐纜保護裝(zhuāng)置、偏航液壓回路等幾個部分(fēn)組成。偏航系統的一般組成結構見圖5。

　　風力發電(diàn)機組的偏航系統一般有(yǒu)外齒形式和内齒形式兩種。偏航驅動裝(zhuāng)置可(kě)以采用(yòng)電(diàn)機驅動或液壓馬達驅動，制動器可(kě)以是常閉式或常開式。常開式制動器一般是指有(yǒu)液壓力或電(diàn)磁力拖動時，制動器處于鎖緊狀态的制動器；常閉式制動器一般是指有(yǒu)液壓力或電(diàn)磁力拖動時，制動器處于松開狀态的制動器。采用(yòng)常開式制動器時，偏航系統必須具(jù)有(yǒu)偏航定位鎖緊裝(zhuāng)置或防逆傳動裝(zhuāng)置。
2.1. 偏航軸承
　　偏航軸承的軸承内外圈分(fēn)别與機組的機艙和塔體(tǐ)用(yòng)螺栓連接。輪齒可(kě)采用(yòng)内齒或外齒形式。外齒形式是輪齒位于偏航軸承的外圈上，加工(gōng)相對來說比較簡單；内齒形式是輪齒位于偏航軸承的内圈上，齧合受力效果較好，結構緊湊。具(jù)體(tǐ)采用(yòng)内齒形式或外齒形式應根據機組的具(jù)體(tǐ)結構和總體(tǐ)布置進行選擇。偏航齒圈的結構簡圖見圖6。

　　圖6偏航齒圈結構簡圖
(1)、偏航齒圈的輪齒強度計算方法參照DIN3990和GB3480《漸開線(xiàn)園柱齒輪承載能(néng)力計算方法》及GB6413《漸開線(xiàn)園柱齒輪膠合承載能(néng)力計算方法》進行計算。
(2)、偏航軸承部分(fēn)的計算方法參照DIN281或JB/T2300《回轉支承》來進行計算，偏航軸承的潤滑應使用(yòng)制造商(shāng)推薦的潤滑劑和潤滑油，軸承必須進行密封。

2.2.驅動裝(zhuāng)置
　　驅動裝(zhuāng)置一般由驅動電(diàn)機或驅動馬達、減速器、傳動齒輪、輪齒間隙調整機構等組成。驅動裝(zhuāng)置的減速器一般可(kě)采用(yòng)行星減速器或蝸輪蝸杆與行星減速器串聯；傳動齒輪一般采用(yòng)漸開線(xiàn)圓柱齒輪。傳動齒輪的齒面和齒根應采取淬火處理(lǐ)，一般硬度值應達到HRC55~62。驅動裝(zhuāng)置的結構簡圖見圖7

圖7 偏航驅動裝(zhuāng)置結構簡圖

2.3.偏航制動器
　　偏航制動器一般采用(yòng)液壓拖動的鉗盤式制動器，其結構簡圖見圖8。
(1)、偏航制動器是偏航系統中(zhōng)的重要部件，制動器應在額定負載下，制動力矩穩定，其值應不小(xiǎo)于設計值。在機組偏航過程中(zhōng)，制動器提供的阻尼力矩應保持平穩，與設計值的偏差應小(xiǎo)于5％，制動過程不得有(yǒu)異常噪聲。制動器在額定負載下閉合時，制動襯墊和制動盤的貼合面積應不小(xiǎo)于設計面積的50％；制動襯墊周邊與制動鉗體(tǐ)的配合間隙任一處應不大于0.5mm。制動器應設有(yǒu)自動補償機構，以便在制動襯塊磨損時進行自動補償，保證制動力矩和偏航阻尼力矩的穩定。在偏航系統中(zhōng)，制動器可(kě)以采用(yòng)常閉式和常開式兩種結構形式，常閉式制動器是在有(yǒu)動力的條件下處于松開狀态，常開式制動器則是處于鎖緊狀态。兩種形式相比較并考慮失效保護，一般采用(yòng)常閉式制動器。
(2)、制動盤通常位于塔架或塔架與機艙的适配器上，一般為(wèi)環狀，制動盤的材質(zhì)應具(jù)有(yǒu)足夠的強度和韌性，如果采用(yòng)焊接連接，材質(zhì)還應具(jù)有(yǒu)比較好的可(kě)焊性，此外，在機組壽命期内制動盤不應出現疲勞損壞。制動盤的連接、固定必須可(kě)靠牢固，表面粗糙度應達到Ra3.2。
(3)、制動鉗由制動鉗體(tǐ)和制動襯塊組成。制動鉗體(tǐ)一般采用(yòng)高強度螺栓連接用(yòng)經過計算的足夠的力矩固定于機艙的機架上。制動襯塊應由專用(yòng)的摩擦材料制成，一般推薦用(yòng)銅基或鐵基粉末冶金材料制成，銅基粉末冶金材料多(duō)用(yòng)于濕式制動器，而鐵基粉末冶金材料多(duō)用(yòng)于幹式制動器。—般每台風機的偏航制動器都備有(yǒu)2個可(kě)以更換的制動襯塊。

2.4.偏航計數器

　　偏航計數器是記錄偏航系統旋轉圈數的裝(zhuāng)置，當偏航系統旋轉的圈數達到設計所規定的初級解纜和終極解纜圈數時，計數器則給控制系統發信号使機組自動進行解纜。計數器一般是一個帶控制開關的蝸輪蝸杆裝(zhuāng)置或是與其相類似的程序。
　　五、紐纜保護裝(zhuāng)置
　　紐纜保護裝(zhuāng)置是偏航系統必須具(jù)有(yǒu)的裝(zhuāng)置，它是出于失效保護的目的而安(ān)裝(zhuāng)在偏航系統中(zhōng)的。它的作(zuò)用(yòng)是在偏航系統的偏航動作(zuò)失效後，電(diàn)纜的紐絞達到威脅機組安(ān)全運行的程度而觸發該裝(zhuāng)置，使機組進行緊急停機。一般情況下，這個裝(zhuāng)置是獨立于控制系統的，一旦這個裝(zhuāng)置被觸發，則機組必須進行緊急停機。
3．偏航系統的維護
3.1. 偏航系統零部件的維護
　　（1）、偏航制動器
　　（2）、偏航軸承
　　（3）、偏航驅動裝(zhuāng)置
3.2. 偏航系統的維修和保養
4．偏航系統的常見故障
4.1. 齒圈齒面磨損
　　原因：
　　齒輪副的長(cháng)期齧合運轉；
　　相互齧合的齒輪副齒側間隙中(zhōng)滲入雜質(zhì)；
　　潤滑油或潤滑脂嚴重缺失使齒輪副處于幹摩擦狀态。
4.2. 液壓管路滲漏
　　原因：
　　管路接頭松動或損壞；
　　密封件損壞。
4.3. 偏航壓力不穩
　　原因：
　　液壓管路出現滲漏；
　　液壓系統的保壓蓄能(néng)裝(zhuāng)置出現故障；
　　液壓系統元器件損壞。
4.4. 異常噪聲
　　原因：
　　潤滑油或潤滑脂嚴重缺失；
　　偏航阻尼力矩過大；
　　齒輪副輪齒損壞；
　　偏航驅動裝(zhuāng)置中(zhōng)油位過低。
4.5. 偏航定位不準确
　　原因：
　　風向标信号不準确；
　　偏航系統的阻尼力矩過大或過小(xiǎo)；
　　偏航制動力矩達不到機組的設計值；
　　偏航系統的偏航齒圈與偏航驅動裝(zhuāng)置的齒輪之間的齒側間隙過大。
4.6. 偏航計數器故障
　　原因：
　　連接螺栓松動；
　　異物(wù)侵入；
　　連接電(diàn)纜損壞；
　　磨損。