風(fēng)力發(fā)電機設(shè)計與制造課程設(shè)計

1、一總體參數(shù)設(shè)計總體參數(shù)是設(shè)計風(fēng)力發(fā)電機組總體結(jié)構(gòu)和功能的基本參數(shù)，主要包括額定功率、發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、設(shè)計壽命等。1. 額定功率、設(shè)計壽命根據(jù)設(shè)計任務(wù)書選定額定功率Pr =3.5MW；一般風(fēng)力機組設(shè)計壽命至少為20 年，這里選 20 年設(shè)計壽命。2. 切出風(fēng)速、切入風(fēng)速、額定風(fēng)速切入風(fēng)速 取 V in = 3m/s切出風(fēng)速取 V out = 25m/s額定風(fēng)速 V r = 12m/s （對于一般變槳距風(fēng)力發(fā)電機組（選3.5MW）的額定風(fēng)速與平均風(fēng)速之比為 1.70 左右 ,V r =1.70Vave=1.70 ×7.0 12m/s）3. 重要幾何尺寸(1) 風(fēng)輪直徑和掃掠面積

2、由風(fēng)力發(fā)電機組輸出功率得葉片直徑：D8Pr8 350000031.225 123104mVrC p 1 2 30.45 0.95 0.96 0.95其中：Pr風(fēng)力發(fā)電機組額定輸出功率，取3.5MW ；錯誤 !未找到引用源。 空氣密度（一般取標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)），取1.225kg/m3；V r額定風(fēng)速，取12m/s；D風(fēng)輪直徑；1 傳動系統(tǒng)效率，取0.95；2 發(fā)電機效率，取0.96；錯誤 !未找到引用源。3 變流器效率，取0.95；Cp額定功率下風(fēng)能利用系數(shù),取 0.45。由直徑計算可得掃掠面積：AD 210428482m2錯誤 !未找到引用源。錯誤 ! 未找到引用源。44綜上可得風(fēng)輪直徑D=104

3、m，掃掠面積 A=8482 m2精選文庫4. 功率曲線自然界風(fēng)速的變化是隨機的, 符合馬爾可夫過程的特征, 下一時刻的風(fēng)速和上一時刻的結(jié)果沒什么可預(yù)測的規(guī)律。由于風(fēng)速的這種特性, 可以把風(fēng)力發(fā)電機組的功率隨風(fēng)速的變化用如下的模型來表示：P ( t )P sta t ( t )P ( t )P(t ) 在真實湍流風(fēng)作用下每一時刻產(chǎn)生的功率, 它由 t 時刻的 V(t)決定 ;Pstat (t ) 在給定時間段內(nèi)V(t)的平均值所對應(yīng)的功率；P (t) 表示 t 時刻由于風(fēng)湍流引起的功率波動。對功率曲線的繪制 , 主要在于對風(fēng)速模型的處理。 若假定上式表示的風(fēng)模型中Pstat(t)的始終為零 ,

4、即視風(fēng)速為不隨時間變化的穩(wěn)定值 , 在切入風(fēng)速到切出風(fēng)速的范圍內(nèi)按照設(shè)定的風(fēng)速步長, 得到對應(yīng)風(fēng)速下的最佳葉尖速比和功率系數(shù) ,帶入式：P132C P V r D12381 傳動系統(tǒng)效率，取0.95；2 發(fā)電機效率，取0.96；錯誤 !未找到引用源。3 變流器效率，取0.95；錯誤 !未找到引用源。 空氣密度（一般取標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)），取1.225kg/m3；V r額定風(fēng)速，取12m/s；D風(fēng)輪直徑；Cp額定功率下風(fēng)能利用系數(shù),取 0.45。2精選文庫由以上公式，使用excel 計算出不同風(fēng)速對應(yīng)的功率值,見表 1表 1 風(fēng)速功率關(guān)系風(fēng)速（ m/s）34567891011功率（ w）5474412

5、97632534444379526954521038109147809020275582698680風(fēng)速（ m/s）121314151617181920功率（ w）350000035000003500000350000035000003500000350000035000003500000風(fēng)速（ m/s）2122232425功率（ w）35000003500000350000035000003500000將得到的數(shù)據(jù)對繪制成靜態(tài)風(fēng)功率曲線，如圖一圖 1Pv 靜態(tài)功率曲線3精選文庫5. 風(fēng)輪額定轉(zhuǎn)速三葉片風(fēng)力發(fā)電機組的風(fēng)輪葉尖速比0 一般在 6 至 8 之間，不同攻角下的風(fēng)能利用系數(shù)隨葉尖速比的

6、變化曲線即CP0 曲線如圖 。圖C P0曲線由 Cp0 曲線可得出0 =7.5，則風(fēng)輪額定轉(zhuǎn)速可由下式計算得到：Rnr30Vrnr600Vr60 7.5 12 16.5r / minD1046. 葉片數(shù)現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機的實度比較小，一般需要1-3 個葉片。選擇風(fēng)輪葉片數(shù)時考慮風(fēng)電機組性能和載荷、風(fēng)輪和傳動成本、風(fēng)力機氣動噪聲及景觀影響等因素。3 葉片較 1、2 葉片風(fēng)輪有如下優(yōu)點：平衡簡單、動態(tài)載荷小?；鞠讼到y(tǒng)的周期載荷，輸出較穩(wěn)定轉(zhuǎn)矩；能提供較佳的效率；更加美觀；噪聲較小；4精選文庫輪轂較簡單等。綜上所述，葉片數(shù)選擇3。7、功率控制方式、制動系統(tǒng)形式功率控制方式選擇主動變槳距控制；制動系

7、統(tǒng)形式為第一制動采用氣動剎車，第二制動采用高速軸機械剎車。8 、風(fēng)力機等級由 IEC 標(biāo)準(zhǔn)，如 表 2，選擇風(fēng)力機等級為 IECIIIA 。WTGS 等級IIIIIISvref (m / s)5042.537.5AI ref0.16設(shè)計值由設(shè)計者選定BI ref0.14CI ref0.12表 2風(fēng)機等級規(guī)范表注：表中數(shù)據(jù)為輪轂高度處值，其中：A 表示較高湍流特性級；參考風(fēng)速Vref 為 10min 平均風(fēng)速； B 表示中等湍流特性級；I 15 風(fēng)速為 15m/s 時的湍流強度特性值。 C 表示較低湍流特性級；除表基本參數(shù)外，在風(fēng)力發(fā)電機組設(shè)計中，還需要某些更重要的參數(shù)來規(guī)定外部條件。對風(fēng)力發(fā)電

8、機組 IA IIIC 級，統(tǒng)稱為風(fēng)力發(fā)電機組的標(biāo)準(zhǔn)等級。階段性總結(jié)表總體參數(shù)設(shè)計值總體參數(shù)設(shè)計值葉片數(shù)B=3風(fēng)輪直徑D=104m額定輸出功率P=3.5MW輪轂高度Zhub=106.25m設(shè)計壽命20 年風(fēng)能利用系數(shù)Cp=0.45切入風(fēng)速V in=3m/s葉尖速比7.5切出風(fēng)速V out功率控制方式主動變槳距控制=25m/s額定風(fēng)速V r=12m/s制動形式氣動剎車、機械剎車風(fēng)輪額定轉(zhuǎn)速nr=16.5r/min傳動系統(tǒng)高傳動比齒輪箱傳動風(fēng)力機等級IECIIIA電氣系統(tǒng)雙饋發(fā)電機 +變流器5精選文庫二葉片設(shè)計1. 葉片材料選擇葉片選用 T-700 碳纖維，相比玻璃纖維，葉片密度較小，發(fā)電效率更高，

9、密度為 1800 kg / m3 。2. 計算各剖面的葉尖速比將葉片分為 20 個葉素，每個葉素間隔 0.05R，其中 5%半徑處葉片是筒狀， 10%-60%半徑處采用鈍后緣葉片， 65%-100%半徑處 采用通用風(fēng)電機組葉片翼型。葉片內(nèi)圈采用鈍后緣翼型，外圈采用 63415 翼型。 根據(jù)下式求各葉素的葉尖速比 。r0 R葉素位置和葉尖速比數(shù)值見下表 2：表 2不同葉素位置的葉尖速比葉素位置 /%5101520253035404550葉尖速比0.3750.7501.1251.5001.8752.2502.6253.0003.3753.750葉素位置 /%55606570758085909510

10、0葉尖速比4.1254.5004.8755.2505.6256.0006.3756.7507.12575003. 根據(jù)翼型確定葉片最佳攻角，升力系數(shù) Cl，Cd風(fēng)力機翼型為 NACA63-415 ，圖 3圖 3 NACA63-415 翼型圖計算雷諾數(shù) Re在 20 ，壓強為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓101.325kPa 時，空氣的動力粘度17.910 66VL iR e精選文庫1.22512526.28 10717 .9106根據(jù)所得雷諾數(shù)查得Cl/Cd 、Cl/alpha ，見圖 4圖 4Cl-C d 曲線和 Cl-alpha 曲線圖 5 C l/C d alpha 圖從圖中可以得出翼型取得最大升阻比時，最

11、佳攻角5.25，此時升力系數(shù) Cl=0.9461，Cd=0.00791，最佳升阻比 C l / Cd118.7,本次設(shè)計選取最佳攻角5.25 錯誤 ! 未找到引用源。，則升力系數(shù)和阻力系數(shù)分別為Cl， d。葉片每個截面的升力系數(shù)相同，為=0.9461 C =0.00791Cl=0.9461。4. 葉片弦長計算步驟7精選文庫通過下面的計算，可以得到沿葉片各徑向位置r 上的弦長 C 和葉素槳距角，即可完成葉片的初步設(shè)計，但要是想對葉片進(jìn)一步優(yōu)化，還需對翼型、葉根、葉尖風(fēng)進(jìn)行氣動優(yōu)化設(shè)計和工藝優(yōu)化設(shè)計，在本次設(shè)計報告中，只對葉片作了初步設(shè)計。如下：（1）求利用公式1 arctan33（2）求軸向干擾

12、因子 k 利用公式k21 cos（3）求切向干擾因子 h 利用公式12hk12(4）求入流角利用公式1harc cot()（5）求葉素槳距角（6）計算葉片弦長C8 r (h1) cosCBCl (h1)8精選文庫葉片氣動特性通過excel 計算，得到葉片各個截面氣動特性參數(shù)，如表 3：表 3葉片氣動特性參數(shù)位置 (%)半徑 r(m)葉尖速比khC(修正)52.60.3751.1670.4202.6190.8080.7167.116105.20.751.2620.3801.5880.6180.5278.522157.81.1251.3290.3611.2990.4840.3937.9472010

13、.41.51.3750.3511.1790.3920.3006.98525131.8751.4070.3461.1180.3270.2356.0863015.62.251.4310.3421.0840.2790.1875.3353518.22.6251.4490.3401.0620.2430.1514.7214020.831.4640.3391.0480.2150.1234.2214523.43.3751.4750.3371.0380.1920.1003.80950263.751.4840.3371.0310.1740.0823.4665528.64.1251.4920.3361.0260.1

14、590.0673.1776031.24.51.4980.3361.0220.1460.0542.9306533.84.8751.5030.3351.0190.1350.0432.7187036.45.251.5080.3351.0160.1250.0342.53475395.6251.5120.3351.0140.1170.0262.3738041.661.5160.3351.0120.1100.0182.2308544.26.3751.5190.3351.0110.1040.0122.1049046.86.751.5220.3341.0100.0980.0061.9919549.47.125

15、1.5240.3341.0090.0930.0011.889100527.51.5270.3341.0080.088-0.0031.7975. 葉片根部載荷計算與材料選擇葉片根部處理方式：距葉根0 5m 處制作成直徑為3m 的圓柱結(jié)構(gòu)處理，且根部采用金屬法蘭連接。見圖69精選文庫圖 6 金屬法蘭連接表 4 增強材料力學(xué)性能根據(jù)表 4 材料選擇為 T700 碳纖維，抗拉強度為4.9Gpa取0.3 4.9 109 pa 1.47 109 pa32(T r m ) 2M 232( 66386034 .912 ) 230186002343941 .07 md min(1)1 .47 10(1 0.96

16、 )取 d1 c11 7.11 3.555m dmin22所以風(fēng)輪根部直徑選擇3.6m10精選文庫三 . 確定主要部件1發(fā)電機發(fā)電機類型：雙饋異步變速恒頻發(fā)電機；額定功率： 3.5MW ；額定轉(zhuǎn)速： 1500r/min；發(fā)電機極對數(shù)為2，發(fā)電機主軸轉(zhuǎn)矩 T發(fā)電機主軸 為：T發(fā)電機主軸 9550Pr955035002.443 104 N mn231500 0.960.95選擇剛軸推薦最大扭剪應(yīng)力：fs55MPa則發(fā)電機的主軸直徑D 發(fā)電機為：D發(fā)電機22T發(fā)電機主軸232 2.4431040.1313m73f s5.510取發(fā)電機主軸直徑D 為 0.15m.2變流器變流器功率通常為風(fēng)力發(fā)電機組的

17、 1/21/3，為保證機組可靠性，通常為額定功率的 1/2, 所以變流器功率為 1500kW。3齒輪箱方式：行星齒輪傳動兩級NGW ；低速軸轉(zhuǎn)速： nl=16.5r/min11精選文庫高速軸轉(zhuǎn)速： nh =1500r/min傳動比： i = 90齒輪箱效率：330.95 0.9831齒輪箱功率：PGBPr35000006210.950.9633.9 10 W10.9534聯(lián)軸器低速軸聯(lián)軸器功率PmPr35000003.9 106W2223 310.960.953 0.95錯誤 !未找到引用源。高速軸聯(lián)軸器功率：Pr35000006Pt0.963.8410 W230.955主軸低速軸角速度為：2

18、 n1 216.5m1.727rad / s6060高速軸角速度為：2 nh 21500t157rad / s6060低速軸功率為：PmPr35000003.9 106W320.960.953210.9523高速軸功率為：Pr3500000106WPt0.963.84230.9512精選文庫低速軸轉(zhuǎn)矩為：Pm3900000T m2258251 .3N mm1.727高速軸轉(zhuǎn)矩為：Pt3840000T t24458.6 N mt157低速軸直徑：D L22 T3fm232 2258251 .30 .59 ms55000000高速軸直徑：D H22T t23 2 2.44510 40.1314 m

19、35.57fs10綜上可得，低速軸直徑取0.7m，高速軸直徑取 0.18m。6偏航系統(tǒng)類型：主動偏航，并選用強制外置6 電機偏航；偏航范圍：800o 800o偏航角速度： 0.6o / s偏航軸承： 4 點接觸球軸承；偏航驅(qū)動： 6 個 3kW 偏航電機；偏航制動：液壓控制摩擦制動；大齒輪齒數(shù)： 135；小齒輪齒數(shù)： 16減速箱傳動比： i=140結(jié)構(gòu)簡圖見圖 713精選文庫圖 7 偏航機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡圖7變槳系統(tǒng)根據(jù)調(diào)整槳距角調(diào)整風(fēng)能利用系數(shù)，槳距角與風(fēng)能利用系數(shù)曲線見圖8圖 8 風(fēng)能利用系數(shù)與槳距角關(guān)系曲線變槳類型： 3 葉片獨立變槳控制，采用電動驅(qū)動裝置。供電方式：超級電容供電發(fā)電機轉(zhuǎn)速：永磁

20、電動機1500r/min，電機功率： 310kw變槳范圍： 0 90 o （主要變槳范圍 030 o ）變槳速度： 7 o /s14精選文庫傳動方式：齒形帶傳動變槳機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖見圖990 度限位開關(guān)0度接近開關(guān)變槳電機 1變槳柜 1滑環(huán)旋轉(zhuǎn)編碼器電磁剎車動力電源線連接器90 度限位開關(guān)0度接近開關(guān)變槳電機 2變槳柜 1旋轉(zhuǎn)編碼器電磁剎車動力電源線90 度限位開關(guān)0度接近開關(guān)變槳電機 3旋轉(zhuǎn)編碼器變槳柜 1電磁剎車動力電源線圖 9 變槳機構(gòu)結(jié)四風(fēng)機載荷計算1葉片載荷計算（1） 作用在葉片上的離心力Fc葉片繞風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時，有離心力作用在葉片上。方向是自旋轉(zhuǎn)中心沿半徑想外。在半徑r處，從葉片上取長為dr

21、 的一個葉素，該葉素上的離心力為dFc ，則葉片上的離心力為：錯誤 ! 未找到引用源。其中： 風(fēng)輪角速度；r0 葉片起始處旋轉(zhuǎn)半徑，約為R 的 1/20,即為 1.75m；y 葉片的密度，葉片內(nèi)部為空心梁結(jié)構(gòu)， 查得碳纖維密度為，1800kg/m3取 900kg/m3；Ar 葉素處的葉片截面積；翼型為NACA63-415, 取 Ar 0.1c22 nr216.5601.727rad / s60用 matlab 計算得：Fc4139100N15精選文庫（2） 葉輪轉(zhuǎn)動時的風(fēng)壓力Fv：風(fēng)壓力是作用在葉片上沿風(fēng)速方向的氣動力。12R(12)(CL cos CD sin ) cdrFVvr0cot2其

22、中：c 葉素的弦長，單位為m； 來流角；設(shè) Fv 作用點距葉輪軸的距離為rm ，則有：Rcot2)(CL cosC D sin)c rdr(1r mr 0R(1cot2C D sin)cdrr)(CL cos0用 matlab 計算得：Fv494560Nrm34.912m（3）作用在葉片上的氣動力矩MbMb 是使風(fēng)輪轉(zhuǎn)動的力矩，可由下式求出12 R2M b2v r 0(1cot)(CL cos CD sin ) c rdrM b195330 N m（4）作用在葉片上的陀螺力矩M kM k 是風(fēng)輪對風(fēng)調(diào)向時產(chǎn)生的慣性力矩。當(dāng)風(fēng)向改變時， 風(fēng)輪除以角速度繞水平主軸轉(zhuǎn)動外，還以角速度w 垂直于水平主

23、軸并通過塔筒的軸線轉(zhuǎn)動。整個葉片的轉(zhuǎn)動慣量為：JR2dryAr rr 0其中：y 葉片的密度，為900kg/m3；Ar 葉素處的葉片截面積，根據(jù)翼型圖得Ar0.1c2 ，單位為 m2；設(shè)科氏加速度為：16精選文庫ak20x v sinrR其中：x 慣性半徑，值為J / m ；r Vr 與w 的夾角， Vr =0x v ；R由動量矩定理知，葉片受到慣性力矩M k 的作用，這個力矩稱為陀螺力矩。用 matlab 計算得：J = 31994000 m4M kJ ak191680000 N m2風(fēng)輪載荷計算（1）軸向誘導(dǎo)因子 錯誤 !未找到引用源。 ，周向誘導(dǎo)因子 錯誤 !未找到引用源。則作用在風(fēng)輪上

24、的軸向推力T 可表示為：T42 Ra)rdr2R2v 0 a(1v 0 (1k )rdr用 matlab 計算得：T663860Nm（2）作用在整個風(fēng)輪上的轉(zhuǎn)矩M 可表示為：M 4vR3 drvR(h - 1（)k1）3 dr0b(1 a)0rr用 matlab 計算得：M3018600N m階段性總結(jié)表葉片上離心力 Fc4139100NFv 作用點距軸心距離34.912m葉片轉(zhuǎn)動風(fēng)壓力 Fv494560N17精選文庫氣動力矩 Mb195330m4轉(zhuǎn)動慣量 J31994000m4慣性力矩 Mk191680000N m風(fēng)輪軸向推力 T663860 N m風(fēng)輪上轉(zhuǎn)矩 M3018600N m五塔架設(shè)

25、計1塔架高度塔架高度參數(shù)的選擇與地形和地貌有關(guān)，陸地和海上風(fēng)機組會有所不同，陸地地表相對粗糙，風(fēng)速隨高度變化緩慢，需要高的塔架，相反海平面較光滑，風(fēng)速沿高度變化梯度大。此外，隨著風(fēng)輪直徑的增大，塔架高度逐漸減小，對于風(fēng)輪直徑25m 以上的機組，輪轂中心高與風(fēng)輪直徑為1:1，所以選取塔架高度為90m。輪轂高度是從地面到風(fēng)輪掃掠面中心的高度，用Zhub 表示zhubztH2.259092.25mzt 塔頂平面到風(fēng)輪掃掠面中心的高度；H 塔架高度。2. 塔架的基本結(jié)構(gòu)形式塔架形式主要分為鋼筋混凝土、桁架、鋼筒三種結(jié)構(gòu)，目前大型風(fēng)機組主要采用鋼筒結(jié)構(gòu)，鋼筒結(jié)構(gòu)中又分為直通和錐筒，在滿足相同的要求的前提

26、下，錐筒可以減少材料消耗，降低成本，所以本設(shè)計選取錐形鋼筒結(jié)構(gòu)。同時采用柔性塔，可以降低塔架質(zhì)量和成本，柔塔即塔架固有頻率在風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)與葉片通過頻率之間。18精選文庫3塔架的結(jié)構(gòu)尺寸、重量和材料連接方式：法蘭連接；材料： Q460c，屈服強度是 460MPa；機組質(zhì)量： m1 =220t；塔筒質(zhì)量： m2 = 200t；塔筒壁厚：從根部到頂部選用壁厚由30-20mm 過渡；塔筒根部外徑： D1 = 6000mm；塔筒頂部外徑： d1 = 4000mm；塔筒根部內(nèi)徑： D2 = 5940mm;塔筒頂部內(nèi)徑： d2= 3960mm；參照上海電氣風(fēng)電設(shè)備有限公司研發(fā)的3.6MW的風(fēng)機，額定風(fēng)速 12m

27、/s，風(fēng)輪直徑 116m，機艙重 150t ，塔筒分為三段，上塔筒重約48.7t ，中塔筒重約 90.4t ，下塔筒重約 86.3t ，葉片 54t ，輪轂 38t ，機組重量 467.475t 。塔筒根部外徑 5056mm，頂部外徑 3815mm。，4. 塔架載荷分析作用在塔架上的載荷有以下幾類：（1） 風(fēng)輪等構(gòu)件承受的空氣動力載荷；（2） 重力和慣性載荷：由重力、振動、旋轉(zhuǎn)以及地震等引起的靜態(tài)和動態(tài)載荷；（3） 操作載荷：在機組運行和控制過程中產(chǎn)生的載荷。如功率變化、偏航、變槳以及制動過程產(chǎn)生的載荷等；（4） 其它載荷：諸如尾跡載荷、沖擊載荷、覆冰載荷等；（5） 下面只討論與塔架結(jié)構(gòu)強度計

28、算有關(guān)的兩種載荷，即由風(fēng)輪作用的最大氣動推力以及塔架本身所承受最大風(fēng)壓產(chǎn)生的載荷；5. 塔架強度校核塔架根部為最危險截面，接下來將對根部進(jìn)行受力分析和強度校核。為了確保在暴風(fēng)作用條件下塔架不傾倒，校核強度時均要按照暴風(fēng)工況考慮風(fēng)輪的氣動推力和塔架的風(fēng)壓力。暴風(fēng)工況下最大風(fēng)速 V s 和年平均風(fēng)速 V ave 有關(guān)。如下表 5：表 5 年平均風(fēng)速和最大風(fēng)速關(guān)系V ave<=5.5m/s5.5m/s< Vave<7m/sV ave>=7m/sV s =40m/sV s=50m/sV s=60m/s本次設(shè)計中， V ave=7.0m/s>7m/s，所以選取 V s=60

29、m/s。19精選文庫（1） 塔架的受力分析如下圖10：圖 10塔架受力塔架根部截面應(yīng)力可表示為：F as (h1H ) F tsH2(G1 G2)W 22 A2其中：Fas 塔架風(fēng)壓力，單位 N；Fts 塔架氣動推力 ,單位 N ；W2 塔架根部抗彎截面系數(shù) ,單位為 m3；A2 塔架根部截面積，單位為m2 ；G2 塔架自重，單位為 N ；G1 機艙總成質(zhì)量，單位為N；2 變截面塔架的長度折減系數(shù)，可根據(jù)2H 從圖 11得到220精選文庫圖 112- 2關(guān)系曲線 與塔架截面變化有關(guān)的折算長度修正系數(shù)，可根據(jù)Jmin 錯誤 ! 未找到引用源。 之比J max由表 6 的選擇參考設(shè)計值， J mi

30、n 為塔架頂部截面慣性矩， 單位為 m4， Jmax 為塔架根部截面慣性矩，單位為 m4；J min0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0J max1.651.451.331.241.181.141.101.061.031.00表 6-Jmin關(guān)系表J max2 塔架根部的截面慣性半徑，單位為m，Jmax ；A2H 是塔架高度，即H=90m， h1 是輪轂高度，由前面知道為h1=2.25m；21精選文庫（2）塔架風(fēng)壓力 Fas ，有以下幾種計算方式: 前蘇聯(lián)的法捷耶夫公式:Fas0.784Ab vs2B其中：A b 葉片的投影面積，單位m2。 AbA，其中為風(fēng)輪實度，風(fēng)輪

31、實度與葉尖速比B有關(guān)，0 =7.5 錯誤 ! 未找到引用源。時，近似認(rèn)為=0.05；V s 風(fēng)輪中心處的暴風(fēng)風(fēng)速,單位為 m/s； 荷蘭 ECN 的公式FasCt qAb BS其中：Ct 推力系數(shù)，取 Ct1.5；q 動態(tài)風(fēng)壓 ,單位為 N / m ， q 隨高度變化，風(fēng)輪中心高度Zhub=92.25m 處對應(yīng)的q=1410N/m2。錯誤 !未找到引用源。 動態(tài)系數(shù)，取 =1.2；S安全系數(shù)，取 S 1.5 ； 丹麥 RIS 公式FasPl A其中：Pl 風(fēng)輪單位掃掠面積上的平均風(fēng)壓，通常取 Pl =300N/m2； A 風(fēng)輪的掃掠面積。單位為 m2；（3）塔架氣動推力FtsF1v2 Ats2

32、s t其中： 空氣密度， 1.225kg/m3；At 氣動推力作用于塔筒的面積，單位為m2 ；22精選文庫 取 0.7；V s 風(fēng)輪中心處的暴風(fēng)風(fēng)速,單位為 m/s；（4）計算過程氣動推力作用于塔筒的面積AtD1d1H6490450m 222葉片的投影面積AbA10420.05141.51m2B4334634抗彎截面系數(shù)W2D1 1D215.940.8353232D16塔架根部截面積A2D12D 22625.9420.5623m2444d24443.964塔架頂部截面慣性矩J min114d1640.495m64d1444644塔架根部截面慣性矩J maxD11D215.942.506m464

33、64D16J0.424min0.197查表 6得=1.45，Jmax2.5062.114 ,則H1.45 90,材料為低合A20.5603261.7322.114金鋼，根據(jù)圖5 得變截面塔架的長度折減系數(shù)2 =0.75機組的總重量為G1=2200000N ，塔架的總重量為G2=2000000N蘇聯(lián)的法捷耶夫公式：Fas10.784 Ab vs2 B0.784141.51602 31198193 N荷蘭 ECN 的公式：FasCqA B S1.51410141.5131.2Ntb1.5 16161857丹麥 RIS 公式： Fasp1 Ad3005222547168N選取丹麥 RIS 公式得出的

34、 Fas = 2547.168KN塔架氣動推力 : Fts1vs2 At11.2256020.7 396611226 N22代入計算得：23精選文庫Fas (1 H )FtsH(G1 G2)2547168 92.25 611226 90( 22000002000000)h22W 22 A20.8350.75324MPa0.5623強度校核：s460MPa324MPa所以塔架最危險截面，即根部滿足要求。六風(fēng)電機組布局見附錄整機工程圖七設(shè)計總結(jié)1總體參數(shù)風(fēng)機總體設(shè)計參數(shù)總結(jié)，如表7表 7總體參數(shù)表葉片數(shù)B=3風(fēng)輪直徑額定輸出功率P=3.5MW掃掠面積設(shè)計壽命20 年風(fēng)能利用系數(shù)切入風(fēng)速V in=3

35、m/s葉尖速比切出風(fēng)速V out功率控制方式=25m/s額定風(fēng)速V r=12m/s制動形式風(fēng)輪額定轉(zhuǎn)速nr=16.5r/min傳動系統(tǒng)D=104mA=8482m2Cp=0.450 7.5主動變槳距控制氣動剎車、機械剎車高傳動比齒輪箱傳動24精選文庫風(fēng)力機等級IECIIIA電氣系統(tǒng)雙饋發(fā)電機 +變流器葉片數(shù)B=3風(fēng)輪直徑D=70m2功率、氣動特性和載荷計算總結(jié)風(fēng)機的功率、葉片氣動特性和載荷總結(jié)，如表8表 8 風(fēng)機的功率、葉片氣動特性和載荷攻角5.25°氣動特性升力系數(shù)0.9461阻力系數(shù)0.00791發(fā)電機額定功率3.5MW發(fā)電機發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速1500r/min發(fā)電機軸直徑0.18m形

36、式行星齒輪傳動兩級 NGW齒輪箱傳動比90齒輪箱低速軸轉(zhuǎn)速16.5r/min高速軸轉(zhuǎn)速1500r/min齒輪箱功率3.9MW聯(lián)軸器低速軸聯(lián)軸器功率3.9MW高速軸聯(lián)軸器功率3.84MW變流器變流器功率1.5MW變槳電機數(shù)量 變槳電機功率3 10KW偏航電機數(shù)量 錯誤 ! 未找到引用源。6 3KW偏航電機功率離心力4139.1KN葉片載荷風(fēng)壓力494.56N氣動力矩195330N·m風(fēng)壓力作用點距葉輪軸距離34.912m風(fēng)輪載荷軸向推力663860N轉(zhuǎn)矩3018600N· m主軸載荷低速軸轉(zhuǎn)矩2258251.3N·m25精選文庫高速軸轉(zhuǎn)矩24458.6N·m低速軸直徑0.7m高速軸直徑0.18m作用在塔架上載荷Fas=2547168N塔架載荷作用在在塔架上風(fēng)壓力Fts=611226N塔架根部截面應(yīng)力325MPa3其余部分設(shè)計總結(jié)整機部分設(shè)計總結(jié)，如表9圖 9 整機部分設(shè)計形式機組運行環(huán)境溫度-30°45°生存環(huán)境溫度-45°45