偏航系统的功能是驱动风轮跟踪风向的变化，使其扫掠面始终与风向垂直，以最大限度地提升风轮对风能的捕获能力。偏航系统位于塔架和主机架之间，一般由偏航轴承、偏航驱动装置、偏航制动器、偏航计数器、纽缆保护装置、偏航液压装置等几个部分组成，结构简图如图2-17所示，包含外齿驱动[图2-17（a）]和内齿驱动[图2-17（b）]两种形式。
当风向改变时，风向仪将信号传输到控制装置，控制驱动装置工作，小齿轮在大齿圈上旋转，从而带动机舱旋转使得风轮对准风向。
机舱可以两个方向旋转，旋转方向由接近开关进行检测。当机舱向同一方向偏航的角度达到700°（根据机型设定）时，限位开关将信号传输到控制装置后，控制机组快速停机，并反转解缆。
偏航驱动装置可以采用电动机驱动或液压马达驱动，制动器可以是常闭式或常开式。常开式制动器一般是指有液压力或电磁力拖动时，制动器处于锁紧状态；常闭式制动器一般是指有液压力或电磁力拖动时，制动器处于松开状态。采用常开式制动器时，偏航系统必须具有偏航定位锁紧装置或防逆传动装置。
图2-17 偏航系统结构简图
1.偏航轴承
偏航轴承的轴承内、外圈分别与机组的机舱和塔体用螺栓连接。轮齿可采用内齿或外齿形式。内齿形式是轮齿位于偏航轴承的内圈上，啮合受力效果较好，结构紧凑；外齿形式是轮齿位于偏航轴承的外圈上，加工相对来说比较简单。具体采用哪种形式应根据机组的具体结构和总体布置进行选择。偏航齿圈结构简图如图2-18所示。
（1）偏航齿圈的轮齿强度计算方法参照DIN3990—1970《圆柱齿轮和圆锥齿轮承载能力的计算》和GB 3480—1997《渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法》及GB/Z 6413.2—2003《圆柱齿轮、锥齿轮和准双曲面齿轮胶合承载能力计算方法：第2部分》进行计算。在齿轮的设计上，轮齿齿根和齿表面的强度分析，应使用以下系数：
图2-18 偏航齿圈结构简图
1）静强度分析。对齿表面接触强度，安全系数SH＞1.0；对轮齿齿根断裂强度，安全系数SF＞1.2。
2）疲劳强度分析。对齿表面接触强度，安全系数SH＞0.6；对轮齿齿根断裂强度，安全系数SF＞1.0；一般情况下，对于偏航齿轮，其疲劳强度计算用的使用系数KA=1.3。
（2）偏航轴承部分的计算方法。参照DINISO281—2010或JB/T2300—2011《回转支承》进行计算，偏航轴承的润滑应使用制造商推荐的润滑剂和润滑油，轴承必须进行密封。轴承的强度分析应考虑两个主要方面：①在静态计算时，轴承的极端载荷应大于静态载荷的1.1倍；②轴承的寿命应按风力发电机组的实际运行载荷计算。此外，制造偏航齿圈的材料还应在-3℃条件下进行V形切口冲击能量试验，要求3次试验平均值不小于27J。
2.偏航驱动装置
驱动装置一般由驱动电动机或驱动电机、减速器、传动齿轮、轮齿间隙调整机构等组成。驱动装置的减速器一般可采用行星减速器或蜗轮蜗杆与行星减速器串联；传动齿轮一般采用渐开线圆柱齿轮。传动齿轮的齿面和齿根应采取淬火处理，一般硬度值应达到HRC5562。传动齿轮的强度分析和计算方法与偏航齿圈的分析和计算方法基本相同；轴静态计算应采用最大载荷，安全系数应大于材料屈服强度的1倍；轴的动态计算应采用等效载荷并同时考虑使用系数KA=1.3的影响，安全系数应大于材料屈服强度的1倍。偏航驱动装置要求启动平稳，转速均匀无振动现象。驱动装置结构简图如图2-19所示。
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图2-19 驱动装置结构简图
3.偏航制动器
偏航制动器一般采用液压拖动的钳盘式制动器，其结构简图如图2-20所示。
（1）偏航制动器是偏航系统中的重要部件，制动器应在额定负载下，制动力矩稳定，其值应不小于设计值。在机组偏航过程中，制动器提供的阻尼力矩应保持平稳，与设计值的偏差应小于5%，制动过程不得有异常噪声。制动器在额定负载下闭合时，制动衬垫和制动盘的贴合面积应不小于设计面积的50%；制动衬垫周边与制动钳体的配合间隙任一处应不大于0.5mm。制动器应设有自动补偿机构，以便在制动衬块磨损时进行自动补偿，保证制动力矩和偏航阻尼力矩的稳定。在偏航系统中，制动器可以采用常闭式和常开式两种结构型式：常闭式制动器是在有动力的条件下处于松开状态；常开式制动器则是处于锁紧状态。比较两种结构型式并考虑失效保护，一般采用常闭式制动器。
图2-20 偏航制动器结构简图
1—弹簧；2—制动钳体；3—活塞；4—活塞杆；5—制动盘；6—制动衬块；7—接头；8—螺栓
（2）制动盘通常位于塔架或塔架与机舱的适配器上，一般为环状，制动盘的材质应具有足够的强度和韧性，如果采用焊接连接，材质还应具有比较好的可焊性，此外，在机组寿命期内制动盘不应出现疲劳损坏。制动盘的连接、固定必须可靠牢固，表面粗糙度应达到Ra3.2。
（3）制动钳。由制动钳体和制动衬块组成。制动钳体一般采用高强度螺栓连接，用经过计算的足够的力矩固定于机舱的机架上。制动衬块应由专用的摩擦材料制成，一般推荐用铜基或铁基粉末冶金材料制成，铜基粉末冶金材料多用于湿式制动器，而铁基粉末冶金材料多用于干式制动器。一般每台风力发电机组的偏航制动器都备有两个可以更换的制动衬块。
4.偏航计数器
偏航计数器是记录偏航系统旋转圈数的装置，当偏航系统旋转的圈数达到设计所规定的初级解缆和终极解缆圈数时，计数器则给控制系统发信号使机组自动进行解缆。计数器一般是一个带控制开关的蜗轮蜗杆装置或是与其相类似的程序。
5.纽缆保护装置
纽缆保护装置是偏航系统必须具有的装置，它是出于失效保护的目的而安装在偏航系统中的。它的作用是在偏航系统的偏航动作失效后，电缆的纽绞达到威胁机组安全运行的程度而触发该装置，使机组进行紧急停机。一般情况下，这个装置独立于控制系统，一旦这个装置被触发，则机组必须进行紧急停机。纽缆保护装置一般由控制开关和触点机构组成，控制开关一般安装于机组的塔架内壁的支架上，触点机构一般安装于机组悬垂部分的电缆上。当机组悬垂部分的电缆纽绞到一定程度后，触点机构被提升或被松开而触发控制开关。
大型风力发电机组的偏航系统一般均采取如图2-21所示的结构，风力发电机组的机舱安装在旋转支撑上，而旋转支撑的内齿环与风力发电机组塔架用螺栓紧固相连，外齿环与机舱固定。调向通过两台与调向内齿环相啮合的调向减速器驱动。在机舱底板上装有盘式刹车装置，以塔架顶部法兰为刹车盘。
图2-21 偏航系统结构
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