為了風(fēng)力機(jī)在安裝與檢修時(shí)鎖定主軸不讓轉(zhuǎn)動(dòng)。在在主軸軸承座或機(jī)座上安裝有鎖定裝置，鎖定裝置有鎖定銷，把鎖定銷插入主軸鎖定盤的鎖定孔，就鎖定了主軸。大型風(fēng)力機(jī)的主軸前端都安裝有風(fēng)輪鎖定盤，圖2是有鎖定盤主軸二個(gè)方向的視圖。

超大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主軸采用大直徑空心結(jié)構(gòu)，參見半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)課件。

主軸通過軸承安裝在機(jī)艙底座上，圖3是風(fēng)力機(jī)軸承的外觀圖。

圖3左邊是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主軸軸承外觀圖，主軸軸承由軸承座與安裝在內(nèi)部的調(diào)心滾子軸承組成。軸承座安裝在機(jī)座上，主軸從軸承中穿過，主軸與滾子軸承內(nèi)圈緊固聯(lián)結(jié)。軸承與軸的安裝見水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈總成裝配課件。

前面介紹了有鎖定盤主軸，鎖定盤要用鎖定銷鎖定，鎖定銷安裝在主軸軸承座上或機(jī)座上，圖3右邊是帶鎖定銷座的主軸軸承。

超大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主軸軸承采用“TRB+TRB”軸承布置結(jié)構(gòu)，參見半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)課件。

一般機(jī)組的主軸布置有三種形式，見圖4。

（a) 主軸由兩個(gè)軸承支承,一般稱為兩點(diǎn)式支撐，稱為挑臂梁結(jié)構(gòu)。?

（b) 主軸使用一個(gè)軸承支承，后軸承置于齒輪箱內(nèi)，為懸臂梁結(jié)構(gòu)。

（c）齒輪箱軸直接輪轂，在半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)常用，小微型風(fēng)力發(fā)電機(jī)也用。

圖1中的圓錐形主軸多屬于懸吊支承主軸，是風(fēng)力發(fā)電機(jī)用得最多布置方式。在超大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中采用兩點(diǎn)式支承主軸。?

由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速高，二極三相交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速約每分鐘3000轉(zhuǎn)，四極三相交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速約每分鐘1500轉(zhuǎn)，六極三相交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速約每分鐘1000轉(zhuǎn)，而風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速低，小型風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速每分鐘最多幾百轉(zhuǎn)，大中型風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速約每分鐘幾十轉(zhuǎn)甚至十幾轉(zhuǎn)。這么大的轉(zhuǎn)速差別，風(fēng)輪只有通過齒輪箱增速才能使發(fā)電機(jī)以額定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，增速比一般為幾十倍至一百多倍。

齒輪變速主要有兩種形式，一種是圓柱齒輪變速，一種是行星齒輪變速，風(fēng)力機(jī)的齒輪增速箱增速比較大，多采用二級(jí)行星齒輪增速或一級(jí)行星齒輪加一級(jí)圓柱齒輪增速，大增速比的采用二級(jí)行星齒輪增速加一級(jí)圓柱齒輪增速。圓柱齒輪增速箱的輸入輸出軸不在同一軸線上，行星齒輪增速箱的輸入輸出軸則在同一軸線上。行星齒輪增速箱變比大、體積較小，故行星齒輪增速在風(fēng)力機(jī)中是用得最多的增速方式。圖5是一級(jí)行星齒輪與一級(jí)圓柱齒輪結(jié)合的增速裝置模型。

圖6是一個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的齒輪箱外觀圖，齒輪箱低速軸端是連接風(fēng)力機(jī)主軸（風(fēng)輪軸），增速后由高速軸輸出，聯(lián)接到發(fā)電機(jī)。

齒輪箱由2級(jí)行星齒輪傳動(dòng)加一級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)，低速軸是第一級(jí)的行星架的軸，風(fēng)輪主軸將插入低速軸的內(nèi)孔進(jìn)行聯(lián)結(jié)。圓柱齒輪的輸出軸是齒輪箱的高速軸。多數(shù)風(fēng)力機(jī)增速箱的低速軸是管狀的，直通齒輪箱后部，軸中部通孔用于向輪轂傳輸變槳信號(hào)與動(dòng)力的管線通過。扭力臂用來支撐齒輪箱，扭力臂穿有支撐軸，通過齒輪箱支撐座安裝在風(fēng)力機(jī)機(jī)架上。

由于風(fēng)力機(jī)的工作環(huán)境惡劣，對(duì)制作齒輪箱的材料與工藝要求很高，同時(shí)對(duì)對(duì)齒輪箱的潤滑系統(tǒng)要求也很高。關(guān)于齒輪箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)參見風(fēng)力發(fā)電機(jī)的齒輪箱課件。

圖7是齒輪箱側(cè)后面圖，在高速軸上有制動(dòng)盤（剎車盤），在齒輪箱機(jī)殼上有制動(dòng)器（剎車鉗），當(dāng)制動(dòng)器夾緊制動(dòng)盤時(shí)，高速軸被制動(dòng)，風(fēng)力機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

齒輪箱運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于摩擦?xí)a(chǎn)生熱量，高溫會(huì)損壞齒輪。在齒輪箱內(nèi)注上潤滑油，潤滑油可減小齒輪間的摩擦，提高齒輪箱運(yùn)轉(zhuǎn)效率，還可以對(duì)齒輪進(jìn)行蔣溫。齒輪箱配有潤滑油站與熱交換器，相互間有油管連接。潤滑油站由油泵，過濾器，控制閥門組成。在油泵推動(dòng)下，齒輪箱內(nèi)的高溫油經(jīng)過濾器后到油熱交換器散熱，然后回到齒輪箱。齒輪箱的潤滑系統(tǒng)參見風(fēng)力發(fā)電機(jī)的齒輪箱課件風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱的潤滑。

      脹緊套的主要優(yōu)點(diǎn)是在嚴(yán)重超載時(shí)，會(huì)失去緊固的聯(lián)結(jié)作用，保護(hù)設(shè)備不受損害。另外脹緊套聯(lián)接松卸方便，方便風(fēng)力機(jī)的維修；脹緊套具有良好的互換性。

大多數(shù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用三相交流發(fā)電機(jī)，因其有效率高體積小的優(yōu)點(diǎn)，在微型、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)中也有些采用爪極發(fā)電機(jī)。根據(jù)不同的運(yùn)行模式，有用同步發(fā)電機(jī)的也有用感應(yīng)發(fā)電機(jī)的。目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要運(yùn)行模式有以下幾種:

定漿變速 ?風(fēng)輪葉片是固定的，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速而變，只要能發(fā)出電即可，在小型離網(wǎng)運(yùn)行（不并網(wǎng)）的風(fēng)力發(fā)電機(jī)用得較多，多采用永磁同步發(fā)電機(jī)，多數(shù)情況下將發(fā)出的電整流后給蓄電池充電，或逆變成穩(wěn)定的交流電供電器使用。

變漿定速??大中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)多工作在并網(wǎng)狀態(tài)，要求發(fā)出的交流電頻率穩(wěn)定為50Hz，電壓要也要與電網(wǎng)相同，由于風(fēng)速變化頻繁，采用變漿距角的方法控制風(fēng)輪轉(zhuǎn)速盡量穩(wěn)定（只在較小的范圍內(nèi)波動(dòng)），采用籠型感應(yīng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化不大時(shí)可輸出穩(wěn)定的50Hz交流電，達(dá)到直接并網(wǎng)目的。但變槳對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制效果并不理想，定槳運(yùn)行時(shí)使風(fēng)力機(jī)經(jīng)常運(yùn)行在效率不高的狀態(tài)。

變速變漿??近些年來由于電力電子與電腦控制飛速發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電廣泛采用“變速/恒頻”的工作方式，風(fēng)輪不再限制在固定轉(zhuǎn)速，可在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運(yùn)行，由同步發(fā)電機(jī)發(fā)出的電經(jīng)整流后再逆變成頻率穩(wěn)定的交流電輸送到電網(wǎng)，這樣可使風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作在最高效率，變漿主要是為了在超出額定風(fēng)速時(shí)對(duì)電機(jī)功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，這就是變速恒頻方式。

目前流行的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是運(yùn)行在變速恒頻方式。雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)發(fā)電機(jī)，參見雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)。直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用多極永磁發(fā)電機(jī)，參見外轉(zhuǎn)子直驅(qū)式發(fā)電機(jī)。

發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)型式有多種，其內(nèi)容超出本節(jié)范圍，有關(guān)發(fā)電機(jī)的原理與結(jié)構(gòu)知識(shí)請(qǐng)到發(fā)電機(jī)原理與構(gòu)造欄目與直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)欄目觀看。

齒輪箱高速軸與發(fā)電機(jī)軸聯(lián)結(jié)，由于二軸最簡的軸線不可能穩(wěn)定的對(duì)齊，兩者間采用柔性聯(lián)結(jié)，通常采用膜片聯(lián)軸器聯(lián)結(jié)，有關(guān)膜片聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)與工作原理請(qǐng)見風(fēng)力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)與輪轂課件聯(lián)軸器與制動(dòng)器。圖9是用膜片聯(lián)軸器聯(lián)結(jié)齒輪箱與發(fā)電機(jī)。

輪轂是固定葉片的基座，葉片安裝在輪轂上組成風(fēng)輪，葉片通過輪轂與主軸固定聯(lián)結(jié)，葉片的變槳機(jī)構(gòu)安裝在輪轂上。圖10是球形輪轂，輪轂上的三個(gè)變槳軸承法蘭可以安裝3個(gè)變槳軸承與3個(gè)葉片，左圖是球形輪轂外形圖，右圖是安裝在主軸上的輪轂。球形輪轂的結(jié)構(gòu)見風(fēng)力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)與輪轂課件輪轂的結(jié)構(gòu)。

內(nèi)齒輪電動(dòng)變槳距系統(tǒng)的變槳驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在球形輪轂內(nèi)，參見水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輪轂變槳總成裝配。

圖11是三圓柱形輪轂，也稱三叉形輪轂，可以安裝3個(gè)葉片，右圖是三圓柱形輪轂外形圖，左圖是安裝在主軸上的輪轂。葉片的變槳軸承固定在軸承法蘭上，用來安裝3個(gè)葉片。三叉形輪轂結(jié)構(gòu)見風(fēng)力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)與輪轂課件輪轂的結(jié)構(gòu)。

液壓變槳距系統(tǒng)與外齒輪電動(dòng)變槳距系統(tǒng)多采用三圓柱形輪轂，參見風(fēng)力機(jī)的獨(dú)立變槳距系統(tǒng)的輪轂的結(jié)構(gòu)。

在輪轂內(nèi)安裝變槳驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參見《水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輪轂變槳總成裝配》課件。

圖10中的球形輪轂安裝了3個(gè)葉片,構(gòu)成3葉風(fēng)輪，見圖12。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的底座也稱為機(jī)架、底盤，底座作為風(fēng)力機(jī)機(jī)艙內(nèi)最重要的支撐部件，在結(jié)構(gòu)上風(fēng)力機(jī)底座分為主機(jī)架（前機(jī)架）與后機(jī)架。主機(jī)架前端通過軸承座，軸承，主軸連接著輪轂和葉片，后端支撐著齒輪箱。后機(jī)架安裝發(fā)電機(jī)，電器控制柜，冷卻系統(tǒng)等，液壓站等。底座側(cè)方安裝偏航驅(qū)動(dòng)器與機(jī)艙罩的支撐架。整個(gè)機(jī)艙系統(tǒng)是通過底座下方的偏航軸承，剎車盤固定在塔架之上。

在實(shí)際工作中底座不僅要承受齒輪箱，主軸，風(fēng)輪，發(fā)電機(jī)等核心部件的重力，還時(shí)刻受到外界產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)載荷，齒輪箱扭力臂載荷，發(fā)電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的不平衡載荷等。因此底座結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度直接影響的著核心部件的安全運(yùn)行。

底座分為鑄造底座與焊接底座，小的底座可以整體鑄造，或鋼板焊接；大型的多采用分體結(jié)構(gòu)，主機(jī)架采用鑄造件，后機(jī)架采用鋼板焊接件，然后采用螺栓等方式聯(lián)結(jié)。鑄造采用球墨鑄鐵作為主要材料。下面介紹一種用鋼板焊接的底座，主機(jī)架與后機(jī)架為一整體，見圖13。

主機(jī)架前方兩側(cè)有安裝主軸軸承的平面，上有螺栓孔，主機(jī)架后方兩側(cè)有安裝齒輪箱支撐座的平面，上有螺栓孔。下方兩側(cè)有安裝偏航驅(qū)動(dòng)電機(jī)的安裝孔，每側(cè)2個(gè)，可安裝4臺(tái)偏航驅(qū)動(dòng)電機(jī)。底板有大通孔，有安裝偏航軸承的一圈螺栓孔。后方是后機(jī)架，用來安裝發(fā)電機(jī)、控制柜、液壓站等設(shè)備。

圖14是風(fēng)力機(jī)底座的底部圖（底部向上圖）。

下面介紹該風(fēng)力機(jī)模型的基本組成，是具有代表性的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組組成。

風(fēng)力機(jī)主軸通過主軸軸承安裝在機(jī)架上，主軸軸承在機(jī)架前端，主軸軸承要承受來自風(fēng)輪的巨大力量，主要是風(fēng)輪的重量、推力、各種扭轉(zhuǎn)力矩，主軸軸承采用球面滾子軸承，有良好的調(diào)心性能。靠輪轂的軸承稱為前軸承，在主軸尾端的是后軸承（本模型沒有外置后軸承），圖15是一種常用的布置方式，沒有后軸承，主軸尾端通過聯(lián)軸裝置（脹緊連接套）直接與齒輪箱低速軸聯(lián)接。

風(fēng)輪主軸軸線向前仰起，與水平線有一個(gè)不大的夾角，目的是防止葉片碰到塔架，同時(shí)縮短風(fēng)力機(jī)主軸的延伸長度。見風(fēng)力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)與輪轂課件主軸的仰角

齒輪箱后側(cè)高速軸通過膜片聯(lián)軸器連接發(fā)電機(jī)。為了在大風(fēng)、故障與檢修時(shí)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，在聯(lián)軸器上裝有剎車盤，由剎車卡鉗（制動(dòng)器）進(jìn)行剎車。

風(fēng)力機(jī)的主軸通孔與齒輪箱低速軸通孔相通，風(fēng)力機(jī)變槳用的信號(hào)、動(dòng)力（電或液壓介質(zhì)）從齒輪箱后部通過滑環(huán)（變槳信號(hào)轉(zhuǎn)接裝置）輸送到輪轂變槳系統(tǒng)。或使用連桿直接操縱變槳。

為保證齒輪箱的潤滑，在齒輪箱內(nèi)裝有潤滑油，潤滑油即可保證齒輪的潤滑，又可以對(duì)齒輪降溫。在機(jī)艙里有潤滑油系統(tǒng)，主要有潤滑油泵、過濾器、控制閥門、風(fēng)冷散熱器，連接管路組成。潤滑油泵驅(qū)動(dòng)潤滑油循環(huán)，把齒輪箱中的油降溫冷卻，過濾，再送入齒輪箱。有關(guān)齒輪箱潤滑油系統(tǒng)見風(fēng)力發(fā)電機(jī)的齒輪箱課件中風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱的潤滑。

風(fēng)力機(jī)的高速軸制動(dòng)裝置，偏航制動(dòng)裝置等需要液壓驅(qū)動(dòng)，機(jī)艙設(shè)有液壓站。采用液壓變槳的風(fēng)力機(jī)，需要功率大的液壓站。

在機(jī)艙底盤下方有偏航系統(tǒng)，機(jī)艙頂部后方裝有風(fēng)向標(biāo)與風(fēng)速儀，輸出信號(hào)傳給控制柜，偏航裝置按控制柜的信號(hào)推動(dòng)風(fēng)力機(jī)對(duì)風(fēng)。控制柜還要根據(jù)風(fēng)速變化來控制漿距角，以工作在最佳轉(zhuǎn)速。圖16是水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)艙內(nèi)主要設(shè)備布置圖。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈裝配參見水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈總成裝配課件，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組整個(gè)機(jī)艙布置見風(fēng)力發(fā)電機(jī)組整機(jī)圖課件。

葉輪要在一定的高度上才能獲得較大較穩(wěn)定的風(fēng)力，在空中的風(fēng)輪與機(jī)艙要靠塔架支撐，塔架的高度約為葉輪直徑的1至1.5倍，小型微型風(fēng)力機(jī)的塔架相對(duì)風(fēng)輪會(huì)更高些。塔架需要高強(qiáng)度也要考慮造價(jià)，微型風(fēng)力機(jī)是鐵管加拉線，中小型風(fēng)力機(jī)有采用桁架型的也有采用管柱型的，桁架即用角鐵等型材搭建而成，簡單、造價(jià)低，但不美觀，人員上下也不安全，大型風(fēng)力機(jī)采用管筒型結(jié)構(gòu)，見圖17。

塔架要支撐在空中的機(jī)艙與風(fēng)輪的重量，要抵御風(fēng)力對(duì)風(fēng)輪的推力，扭力等，要求塔架有足夠的強(qiáng)度。管筒形的塔架通常是底部直徑大的圓錐形，稱為錐筒式塔架，在當(dāng)前大中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中大量應(yīng)用。其優(yōu)點(diǎn)是美觀大方，在塔架內(nèi)可安裝多種設(shè)備。

錐筒式塔架早期采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土強(qiáng)度較差，較笨重。后來大批量生產(chǎn)采用鋼結(jié)構(gòu)，由鋼板卷成，焊成圓筒，強(qiáng)度大，便于運(yùn)輸與吊裝。不過在一些運(yùn)輸困難的地方，仍要采用現(xiàn)場(chǎng)混凝土制作。

錐筒式塔架多分為2段3段或4段制作，方便運(yùn)輸與吊裝，在每段圓筒兩端焊有連接法蘭，用來連接塔筒，現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)用螺栓聯(lián)結(jié)起來。塔架的設(shè)計(jì)與制造要避開塔筒與機(jī)組的共振。近年由于大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與超高塔架的發(fā)展，為了降低成本，鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)塔架開始流行。塔架下部分用混凝土塔筒，上部分用鋼塔筒。

塔架內(nèi)敷設(shè)有發(fā)電機(jī)的動(dòng)力電纜、控制信號(hào)電纜、安全繩、擺式減震器、照明裝置等部件。圓筒塔架底部有塔門，塔架內(nèi)用橫隔板分若干層，是安裝人員工作與休息平臺(tái)，層間有直梯供人員上下。

雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有變頻機(jī)柜與電器柜，直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變頻機(jī)柜與電器柜更大， 需安裝在塔架底部，圖19是安裝示意圖。

大型機(jī)組塔架內(nèi)設(shè)置有升降裝置，便于維護(hù)人員登塔。小型簡易的僅站一人，無外箱：大的可站2至3人，見圖20，（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）。