《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)與制造》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書

1、 課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（綜合實(shí)驗(yàn)綜合實(shí)驗(yàn)）報(bào)告報(bào)告 （2012-2013年度第二學(xué)期） 名稱： 題目： 院系： 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 設(shè)計(jì)周數(shù)： 成績(jī)： 日期：2013年月日風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)與制造課程設(shè)計(jì)任務(wù)書風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)與制造課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 一、設(shè)計(jì)內(nèi)容一、設(shè)計(jì)內(nèi)容 風(fēng)電機(jī)組總體技術(shù)設(shè)計(jì) 二、目的與任務(wù)二、目的與任務(wù) 主要目的： 1. 以大型水平軸風(fēng)力機(jī)為研究對(duì)象，掌握系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方法； 2. 熟悉相關(guān)的工程設(shè)計(jì)軟件； 3. 掌握科研報(bào)告的撰寫方法。 主要任務(wù)： 1. 確定風(fēng)電機(jī)組的總體技術(shù)參數(shù)； 2. 關(guān)鍵零部件（齒輪箱、發(fā)電機(jī)和變流器）技術(shù)參數(shù)； 3. 計(jì)算關(guān)鍵零部件

2、（葉片、風(fēng)輪、主軸、連軸器和塔架等）載荷和技術(shù)參數(shù)； 4. 完成葉片設(shè)計(jì)任務(wù)； 5. 確定塔架的設(shè)計(jì)方案。 ! 6. 撰寫一份課程設(shè)計(jì)報(bào)告。 三、主要內(nèi)容三、主要內(nèi)容 選擇功率范圍在至6MW之間的風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行設(shè)計(jì)。 1）原始參數(shù)：風(fēng)力機(jī)的安裝場(chǎng)地50米髙度年平均風(fēng)速為s,60米髙度年平均風(fēng)速為s,70米髙度年平均風(fēng)速為m/s，當(dāng)?shù)貧v史最大風(fēng)速為49m/s，用戶希望安裝MW至6MW之間的風(fēng)力機(jī)。采用63418翼型，63418翼型的升力系數(shù)、阻力系數(shù)數(shù)據(jù)如表1所示。空氣密度設(shè)定為m3。 2）設(shè)計(jì)內(nèi)容 （1）確定整機(jī)設(shè)計(jì)的技術(shù)參數(shù)。設(shè)定幾種風(fēng)力機(jī)的C曲線和C曲線，風(fēng)力機(jī)基本參數(shù)包括葉片 pt 數(shù)、風(fēng)

3、輪直徑、額定風(fēng)速、切入風(fēng)速、切出風(fēng)速、功率控制方式、傳動(dòng)系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)形式和塔架髙度等，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)確定風(fēng)力機(jī)等級(jí)； （2）關(guān)鍵部件氣動(dòng)載荷的計(jì)算。設(shè)定幾種風(fēng)輪的C曲線和C曲線，計(jì)算幾種關(guān)鍵零部件的載荷 pt （葉片載荷、風(fēng)輪載荷、主軸載荷、連軸器載荷和塔架載荷等）；根據(jù)載荷和功率確定所選定機(jī)型主要部件的技術(shù)參數(shù)（齒輪箱、發(fā)電機(jī)、變流器、連軸器、偏航和變槳距電機(jī)等）和型式。以上內(nèi)容建議用計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)，確定整機(jī)和各部件（系統(tǒng)）的主要技術(shù)參數(shù)。 （3）塔架根部截面應(yīng)力計(jì)算。計(jì)算暴風(fēng)工況下風(fēng)輪的氣動(dòng)推力，參考風(fēng)電機(jī)組的整體設(shè)計(jì)參數(shù)，計(jì)算塔架根部截面的應(yīng)力。最后提交有關(guān)的分析計(jì)算報(bào)告。 四、進(jìn)

4、度計(jì)劃四、進(jìn)度計(jì)劃 序號(hào)序號(hào) 設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）內(nèi)容設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）內(nèi)容 完成時(shí)間完成時(shí)間 備注備注 1 風(fēng)電機(jī)組整體參數(shù)設(shè)計(jì) 天 2 風(fēng)電機(jī)組氣動(dòng)特性初步計(jì)算 2天 3 機(jī)組及部件載荷計(jì)算 | 2天 4 齒輪箱、發(fā)電機(jī)、變流器技術(shù)參數(shù) 天 4 塔架根部截面應(yīng)力計(jì)算 * 1天 5 報(bào)告撰寫 天 6 課程設(shè)計(jì)答辯 天 五、設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）成果要求五、設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）成果要求 1提供設(shè)計(jì)的風(fēng)電機(jī)組的性能計(jì)算結(jié)果； 2繪制整機(jī)總體布局工程圖。 六、考核方式六、考核方式 提交一份課程設(shè)計(jì)報(bào)告；準(zhǔn)備課程設(shè)計(jì)PPT，答辯。 風(fēng)電機(jī)組總體技術(shù)設(shè)計(jì)風(fēng)電機(jī)組總體技術(shù)設(shè)計(jì) 一、確定風(fēng)電機(jī)組的總體技術(shù)參數(shù)一、確定風(fēng)電機(jī)組的總體技術(shù)參

5、數(shù) 1、葉片數(shù)、葉片數(shù)B=3 ！ 風(fēng)輪的葉片數(shù)取決于風(fēng)輪尖速比，一般來說，要得到很大的輸出扭矩就需要較大的葉片實(shí)度；現(xiàn) 代風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實(shí)度較少，一般只需要13個(gè)葉片。葉片數(shù)多的風(fēng)力機(jī)在低尖速比運(yùn)行時(shí)有較高的風(fēng)能利用系數(shù)，既有較大的轉(zhuǎn)矩，而且啟動(dòng)風(fēng)速低，適用于提水。而葉片數(shù)少的風(fēng)力機(jī)則在高尖速比運(yùn)行時(shí)有較高的風(fēng)能利用系數(shù)，但啟動(dòng)風(fēng)速高，因此適用于風(fēng)力發(fā)電。 3葉片風(fēng)輪有以下優(yōu)點(diǎn)：平衡簡(jiǎn)單，動(dòng)載荷?。?葉片使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，基本消除了系統(tǒng)的周期載荷，輸出較穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩；3葉片風(fēng)輪通常能提供較佳的效率；3葉片風(fēng)輪從審美的角度來說更令人滿意；3葉片風(fēng)輪的受力平衡好，輪轂可以簡(jiǎn)單些；噪聲相對(duì)較小

6、。 綜上所述，葉片數(shù)B選取3。 2、機(jī)組額定功率及種類、機(jī)組額定功率及種類 選取3MW級(jí)別的雙饋?zhàn)兯俸泐l式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 3、切入風(fēng)速、切入風(fēng)速 取切入風(fēng)速Vin=3m/s。 4、切出風(fēng)速、切出風(fēng)速 取切出風(fēng)速Vout=25m/s。 5、額定風(fēng)速、額定風(fēng)速 取額定風(fēng)速Vr=13m/s。 6、各部分效率、各部分效率 傳動(dòng)系統(tǒng)效率ni取 發(fā)電機(jī)效率n2取 變流器效率n3取 7、風(fēng)能利用系數(shù)風(fēng)能利用系數(shù)C p 額定功率下風(fēng)能利用系數(shù)Cp取 8、風(fēng)輪直徑風(fēng)輪直徑 由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出功率得葉片直徑： 其中： P風(fēng)力發(fā)電機(jī)組額定輸出功率，取3000kW；r 空氣密度(一般取標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài))，取m3； V-額定

7、風(fēng)速，取13m/s；r ( D風(fēng)輪直徑； n1-傳動(dòng)系統(tǒng)效率，??； n2發(fā)電機(jī)效率，取； n3-變流器效率，??； Cp-額定功率下風(fēng)能利用系數(shù),取。 p 9、功率、功率Pw曲線，風(fēng)能利用系數(shù)曲線，風(fēng)能利用系數(shù)C和推力系數(shù)和推力系數(shù)C曲線的確定曲線的確定 PT 風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)需要給出功率輸出特性曲線。如果確定了風(fēng)電機(jī)組的切入風(fēng)速，額定風(fēng)速和切出 風(fēng)速，可以利用下面的方程計(jì)算輸出功率，查閱相關(guān)資料，得到其風(fēng)能利用系數(shù)隨著風(fēng)速的變化值， 得到下表。(其中所用公式為:Cp=4a(l-a)2Ct=4a(l-a) 8P 風(fēng)速 功率PwkW 風(fēng)能利用系數(shù) 軸向誘導(dǎo)因 推力系數(shù)CT葉尖速比 vm/s Cp 子

8、a 3 22. 4 ！ 16. 5 13. 6 11. 】 7 8 9 10 11 12 5. r pV3兀Cqqq rp123 利用上述的公式，由excel的函數(shù)運(yùn)算，計(jì)算得到隨著風(fēng)速的變化，Cp、和Ct的值得變化 13 5. 8P =92m D= r pV3兀C耳qq rp123 D= 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的氣動(dòng)噪聲正比于葉尖速度的5次方。通常將路基風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉尖速度限 制在65m/s左右。這里取葉尖速V=65m/s。 由v=60得到n=60v/，將V=65m/s帶入得，r/min。 11、葉尖速比入、葉尖速比入 由公

9、式，帶入額定轉(zhuǎn)速n=min可以得到 參考CP-入曲線，當(dāng)Cp=時(shí)對(duì)應(yīng)的入的值約為5,因此所選數(shù)值合理。 12、功率控制方式、功率控制方式 功率控制方式選取當(dāng)今應(yīng)用較為廣泛的變漿距控制。這種機(jī)組當(dāng)風(fēng)速過高時(shí)，通過減小葉片翼型上合成氣流與翼型幾何弦的夾角（攻角），改變風(fēng)力發(fā)電機(jī)組獲得的空氣動(dòng)力轉(zhuǎn)矩，能使功率輸出保持穩(wěn)定。同時(shí)，風(fēng)機(jī)在起動(dòng)過程也需要通過變漿距來獲得足夠的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。采用變漿距技術(shù)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組還可以使葉片和整機(jī)的受力狀況大為改善，這對(duì)于大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組十分的有利。 13、傳動(dòng)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng) 傳動(dòng)系統(tǒng)選定由以下四部分組成：主軸系統(tǒng)、增速傳動(dòng)系統(tǒng)（齒輪箱）、軸系的支撐與連接（如軸承和聯(lián)軸器

10、）、制動(dòng)裝置。 14、制動(dòng)系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng) 制動(dòng)系統(tǒng)的形式以空氣動(dòng)力制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)為主。 15、電氣系統(tǒng)、電氣系統(tǒng) 風(fēng)電機(jī)組的電氣系統(tǒng)包括以下四個(gè)主要部分：變漿距驅(qū)動(dòng)，偏航驅(qū)動(dòng)，發(fā)電機(jī)部分，控制和監(jiān)控部分 16、塔架高度、塔架高度 由于風(fēng)速與距地面高度有關(guān)，增加塔架高度可使風(fēng)輪獲取更多的風(fēng)能，但制造更高的塔架也需要 更多的材料，使其造價(jià)相應(yīng)增加。大型機(jī)組的塔架高度H可以按下式初步確定：式中D為風(fēng)輪直徑，單位為 m。 塔架的高度參數(shù)的選擇與地形和地貌有關(guān)，如陸地與海上風(fēng)電機(jī)組會(huì)有所不同。陸地的地表性對(duì)粗糙且風(fēng)速隨高度變化緩慢，可能需要較高的塔架；而海平面較光滑，風(fēng)速沿著高度方向變化梯度大。一般而論

11、，即使相同容量的機(jī)組，在近海安裝的機(jī)組塔架高度相對(duì)較低。考慮地貌因素的塔架最低設(shè)計(jì)高度一般可用下式估算： H=h+C+R 式中：h機(jī)組附近的障礙物髙度，單位m； C障礙物最髙點(diǎn)到風(fēng)輪掃掠面最低點(diǎn)的距離(最小取)，單位m。 綜上考慮，塔架髙度H取90m 17、設(shè)計(jì)壽命、設(shè)計(jì)壽命 按照慣例，設(shè)計(jì)壽命取20年。 18、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為IEC61400-1 19、風(fēng)力機(jī)等級(jí)、風(fēng)力機(jī)等級(jí) 70m年平均風(fēng)速為s。去IECIIIA,參考下表: 風(fēng)電機(jī)組等級(jí) 第I級(jí) 第II級(jí) 第III級(jí) ) 第W級(jí) 參考風(fēng)速Vr=5Va(m/s) 50 30 年平均風(fēng)速Va(m/s) 10 6 湍流強(qiáng)度等級(jí) A

12、 e15 a 2 2 2 2 B e15 b 3 3 3 3 階段性總結(jié)階段性總結(jié) 葉片數(shù) 3 葉尖速比 5 切入風(fēng)速 3m/s 功率控制 變漿距控制 切出風(fēng)速 25m/s 制動(dòng)系統(tǒng)形式 ) 空氣動(dòng)力制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng) 額定風(fēng)速 13m/s 塔架髙度 90m 額定功率 3MW 設(shè)計(jì)壽命 20年 風(fēng)能利用系數(shù) 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) IEC61400 ！ 風(fēng)輪轉(zhuǎn)速 min 風(fēng)力機(jī)等級(jí) IECIIIA 風(fēng)輪直徑 92m / 、關(guān)鍵部件氣動(dòng)載荷的計(jì)算、關(guān)鍵部件氣動(dòng)載荷的計(jì)算 包括設(shè)定幾種風(fēng)輪的Cp曲線和Ct曲線，計(jì)算幾種關(guān)鍵零部件的載荷（葉片載荷、風(fēng)輪載荷、主軸載荷、連軸器載荷和塔架載荷等）；根據(jù)載荷和功率確定所選定

13、機(jī)型主要部件的技術(shù)參數(shù)（齒輪箱、發(fā)電機(jī)、變流器、連軸器、偏航和變槳距電機(jī)等）和型式。以上內(nèi)容建議用計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)，確定整機(jī)和各部件（系統(tǒng)）的主要技術(shù)參數(shù)。最后提交有關(guān)的分析報(bào)告。 根據(jù)所提供的63418翼型的升力系數(shù)、阻力系數(shù)數(shù)據(jù)，得到攻角與升力系數(shù)、阻力系數(shù)的關(guān)系曲 線。 由圖可以觀察出，攻角約等于13時(shí)升力系數(shù)最大，大約為左右。攻角約等于9時(shí)，升力系數(shù)約為最大升力系數(shù)的倍，為，此時(shí)的阻力系數(shù)為。當(dāng)攻角為5時(shí)升阻比最大，此時(shí)升力系數(shù)為。 在葉片處選擇10段截面，分別在10%R,20%R,30%R90%R,100%R。由以下公式: “16兀R/r N= 9 a、給出r,攻角i已知，C已知; 攻

14、角與升力系數(shù)攻角與升力系數(shù)攻角與阻力系數(shù)攻角與阻力系數(shù) S（R）2+9 b、由式叫3c如壬求得角; c、由式 k=：(九2+1)COS屮得到k; d、 I1-k2 由式h=,1+得到h； e、九2 1+h f、由式I=arcctg(九)得到I； 1+k g、a=I-i,C=8nr(h-1)cosI/BC(h+1)； L h、將a-g編程進(jìn)行運(yùn)算得到數(shù)據(jù)-表2。（程序見附錄） 通過excel計(jì)算得到以上各個(gè)參數(shù)的數(shù)值： ！ 1、主要部件功率計(jì)算、主要部件功率計(jì)算 1 1）發(fā)電機(jī)）發(fā)電機(jī) 發(fā)電機(jī)類型：雙饋異步變速恒頻式發(fā)電機(jī) 額定功率：P=P/n*=3000/*=3402kW(預(yù)留10%的裕度)

15、發(fā)電機(jī)r3 極對(duì)數(shù)：2 由公式60f=np可以得到發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為1650m/min(預(yù)留10%的裕度) 2)2) 齒輪箱齒輪箱 齒輪箱類型：增速，2級(jí)行星齒輪+1級(jí)平行齒輪 齒輪箱效率 傳動(dòng)比：120 低速軸轉(zhuǎn)速：r/min； 高速軸轉(zhuǎn)速：1650r/min 齒輪箱功率：P=3581kw GB 3)3) 聯(lián)軸器聯(lián)軸器 ! 低速軸聯(lián)軸器動(dòng)率：3400kW 髙速軸聯(lián)軸器動(dòng)率：3500kW 4)4) 變流器變流器變流器的功率通常為風(fēng)電機(jī)組的額定功率的1/21/3，考慮到風(fēng)電機(jī)組的可靠性，通常為風(fēng)電機(jī)組額定功率的1/2，即變流器的功率為1500kW。 5)5) 偏航電機(jī)偏航電機(jī) 偏航電機(jī)的功率由最

16、大偏航扭矩確定。在此先初步選定4臺(tái)4kW的偏航電機(jī)。 2、主要部件的載荷計(jì)算、主要部件的載荷計(jì)算 葉片繞風(fēng)輪軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，有離心力作用在葉片上。離心力的方向是自旋轉(zhuǎn)中心沿半徑向外。作用在 葉片上的離心力F可按照下式求解: c P葉片的密度，單位是kg/m3，取m3 y A葉素處的葉片截面面積，單位是m2 r Q風(fēng)輪的角速度，單位是rad/s r葉片起始處的旋轉(zhuǎn)半徑 0 R葉片結(jié)束處的旋轉(zhuǎn)半徑 其中：Q二rad/s 1)1) 2)2) 葉片的載荷計(jì)算葉片的載荷計(jì)算 由matlab計(jì)算的：F=00N。 c 3)3) 作用在葉片上的風(fēng)壓力作用在葉片上的風(fēng)壓力 風(fēng)壓力是作用在葉片上沿風(fēng)速方向的氣動(dòng)力。風(fēng)輪

17、轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的風(fēng)壓力： 設(shè)F的作用點(diǎn)幾粒風(fēng)輪軸的距離為r,則：Vm & 由matlab計(jì)算得：Fv二755580N,rm=。 4)4) 作用在葉片上的氣動(dòng)力矩作用在葉片上的氣動(dòng)力矩 M Mb b b M是使風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩，由matlab計(jì)算得：M=144250Nm。bb 5)5) 作用在葉片上的陀螺力矩作用在葉片上的陀螺力矩 M是風(fēng)輪對(duì)風(fēng)調(diào)向時(shí)產(chǎn)生的慣性力矩。當(dāng)風(fēng)向改變時(shí)，風(fēng)輪除以角速度Q繞0X軸轉(zhuǎn)動(dòng)外，還要以k 角速度3繞0Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)。 整個(gè)葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： 由matlab計(jì)算得，J=0kgm2 對(duì)風(fēng)調(diào)向時(shí)，葉片可看成以角速度3繞0Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的牽連運(yùn)動(dòng)、以Q繞0X軸轉(zhuǎn)動(dòng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的復(fù) 合運(yùn)動(dòng)

18、，這時(shí)要產(chǎn)生柯式加速度a：=2w*v k 這里是慣性半徑，B是V與3的夾角。當(dāng)葉片旋轉(zhuǎn)到鉛垂位置時(shí)，B=0。，柯式加速度達(dá)到最大r 值： 由于柯式加速度，就產(chǎn)生了柯式角加速度 由動(dòng)量矩定理知，葉片受到的慣性力矩M的作用，這個(gè)力矩稱為陀螺力矩： k ) 由matlab計(jì)算得，M二00Nm k 3、風(fēng)輪載荷計(jì)算、風(fēng)輪載荷計(jì)算 軸向誘導(dǎo)因子，周向誘導(dǎo)因子 作用在整個(gè)風(fēng)輪上的軸向推力 作用在整個(gè)風(fēng)輪上的轉(zhuǎn)矩由matlab計(jì)算得，T=718370N，M=4613600Nm。 4、 ( ( 主軸載荷計(jì)算主軸載荷計(jì)算 5 5、 低速軸角速度為：s 髙速軸角速度為：s 低速軸功率為： 髙速軸功率為： 低速軸轉(zhuǎn)

19、矩為：m 髙速軸轉(zhuǎn)矩為：m 假設(shè)所選擇的實(shí)心鋼軸的推薦最大應(yīng)力為55MPa，則： 低速軸的直徑： 髙速軸的直徑： 6、塔架載荷計(jì)算、塔架載荷計(jì)算 除了風(fēng)載荷外，風(fēng)電機(jī)組的幾乎所有的載荷也都將傳給塔架，按風(fēng)電機(jī)組的載荷源分類又要有：風(fēng)輪等構(gòu)件承受的空氣動(dòng)力載荷 重力和慣性載荷：由重力、振蕩、旋轉(zhuǎn)以及地震等引起的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)載荷 操作載荷：在機(jī)組運(yùn)行和控制過程中產(chǎn)生的載荷。如功率變化、偏航、變漿以及制動(dòng)過程產(chǎn)生的載荷等 其他載荷：諸如尾跡載荷、沖擊載荷、覆冰載荷等、 下面只討論與塔架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算有關(guān)的兩種載荷：即由風(fēng)輪作用的最大氣動(dòng)推力以及塔架本身所承受最大風(fēng)壓產(chǎn)生的載荷。 1)1) 暴風(fēng)工況的風(fēng)輪

20、氣動(dòng)推力計(jì)算暴風(fēng)工況的風(fēng)輪氣動(dòng)推力計(jì)算 暴風(fēng)工況所對(duì)應(yīng)的最大風(fēng)速v與當(dāng)?shù)氐哪昶骄L(fēng)速v有關(guān)。由于當(dāng)?shù)氐哪昶骄L(fēng)速為s,所以 save v取60m/s。 s 前蘇聯(lián)的法捷耶夫公式： F= as 式中：A葉片的投影面積，單位為m2 S V風(fēng)輪中心處的暴風(fēng)風(fēng)速，單位為m/s s B風(fēng)輪葉片數(shù) 葉片的投影面積 其中。為風(fēng)輪的實(shí)度，風(fēng)輪實(shí)度與葉尖速比有關(guān)，當(dāng)入=5時(shí)，可以近似的認(rèn)為。=由matlab計(jì)算得，F(xiàn)二1108400N。 as 荷蘭ECN的公式 式中：C推力系數(shù)，取C= tt q動(dòng)態(tài)風(fēng)壓，單位是N/m2 動(dòng)態(tài)系數(shù)，取二 S安全系數(shù)，取s=其中的q是隨著髙度變化，這里q的值為1390N/m2 由m

21、atlab計(jì)算得，F(xiàn)二1473800N as 德國(guó)DFVLR公式 式中：C推力系數(shù)，取C= tt v風(fēng)輪中心處的暴風(fēng)風(fēng)速，取v=60m/s ss 由matlab計(jì)算得，F(xiàn)二1905000N as ！ 丹麥RIS公式 式中：P風(fēng)輪單位掃掠面積上的平均風(fēng)壓，通常取P=300N/m2 A風(fēng)輪的掃掠面積，單位m2 s 由matlab計(jì)算得，F(xiàn)二2356200N as 2）歐美國(guó)家塔架靜態(tài)強(qiáng)度設(shè)計(jì)的一般載荷條件歐美國(guó)家塔架靜態(tài)強(qiáng)度設(shè)計(jì)的一般載荷條件 風(fēng)載條件：風(fēng)速65m/s，（2s,平均）風(fēng)輪停轉(zhuǎn)，葉片順漿，風(fēng)向沿機(jī)艙橫向作用在塔架上。 正常運(yùn)行工況條件的地震載荷：考慮額定風(fēng)速時(shí)產(chǎn)生的風(fēng)輪最大軸向力，同

22、時(shí)根據(jù)均勻建筑物由地震產(chǎn)生的水平載荷因子，將其產(chǎn)生的慣性力附加在風(fēng)輪軸向推力上。 【 機(jī)組的最大運(yùn)行載荷：一般為額定風(fēng)速下正常運(yùn)行載荷的2倍。 3 3）確定塔架設(shè)計(jì)載荷的要求）確定塔架設(shè)計(jì)載荷的要求 設(shè)計(jì)載荷需要正確的分析塔架承受的載荷及其作用，大致可分為三種類型設(shè)計(jì)載荷： 最大極限載荷：指塔架可能承受的最大載荷。 疲勞載荷：指塔架結(jié)構(gòu)能夠承受交變載荷次數(shù)的能力。 共振激勵(lì)載荷：塔架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的共振響應(yīng)。 7、聯(lián)軸器載荷計(jì)算、聯(lián)軸器載荷計(jì)算 聯(lián)軸器所承受的載荷以轉(zhuǎn)矩為主，所以可以利用公式來計(jì)算。 低速軸聯(lián)軸器載荷：=2250630Nm 髙速軸聯(lián)軸器載荷：18454Nm 階段性總結(jié)階段性總結(jié) 氣動(dòng)

23、特性 攻角 5 升力系數(shù) 】 阻力系數(shù) 發(fā)電機(jī) 額定功率 3402kW 1650r/min 額定轉(zhuǎn)速 齒輪箱 齒輪箱傳動(dòng)比 120 低速軸轉(zhuǎn)速 min 髙速軸轉(zhuǎn)速 1650r/min 齒輪箱功率 3244kW 聯(lián)軸器 低速軸功率 3400kW 低速軸載荷 2250630Nm 髙速軸功率 3500kW 髙速軸載荷 18454Nm 變流器 變流器功率 1500kW 偏航電機(jī) 偏航電機(jī)功率 4kW & 葉片載荷 作用在葉片上的離心力 00N 作用在葉片上的風(fēng)壓力 755580N 作用在葉片上的氣動(dòng)力矩 & 144250Nm 作用在葉片上的陀螺力矩 00Nm 風(fēng)輪載荷 作用在整個(gè)風(fēng)輪上

24、的軸向推力 718370N 】 作用在整個(gè)風(fēng)輪上的轉(zhuǎn)矩 4613600Nm 主軸 低速軸轉(zhuǎn)矩 m 低速軸直徑 m 髙速軸轉(zhuǎn)矩 髙速軸直徑 塔架載荷 作用在塔架上的載荷 前蘇聯(lián)法捷耶夫公式 1108400N 荷蘭ECN的公式 1473800N 德國(guó)DFVLR公式 1905000N 丹麥RIS公式 2356200N 三、塔架根部截面應(yīng)力計(jì)算三、塔架根部截面應(yīng)力計(jì)算 塔架通常采用等強(qiáng)度變截面的設(shè)計(jì)，危險(xiǎn)截面一般位于塔架的根部。塔筒根部的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析是確定塔架整體結(jié)構(gòu)尺寸的基本設(shè)計(jì)依據(jù)。 下面考慮塔架高度折減系數(shù)的強(qiáng)度計(jì)算： 塔架根部的截面應(yīng)力可以表示為： 其中：W2塔架根部抗彎截面模數(shù)，單位是cm2

25、 A2塔根部截面積，單位cm2 G2塔架本身所受重力，單位為N 變截面塔架的長(zhǎng)度折減系數(shù)，這里取 式中：卩與塔架截面變化有關(guān)的折算長(zhǎng)度修正系數(shù)，可以根據(jù)之比確定 J塔架頂部截面慣性矩，單位cm4 min J塔架根部截面慣性矩，單位cm4 max H塔架髙度，單位為cm Y2塔架根部截面的慣性半徑，單位是cm F取1905000Nas h=1/20*R= H=90m=9000cm 塔架上部直徑取D=40m，下部直徑取D=50m，壁厚取45/20mm 其中D=50m，a=()/=代入數(shù)值，計(jì)算的W2= A= 2 G+G2為塔頂質(zhì)量與塔架本身重量之和，取400tJ= min J= max 因此，=，

26、所以卩取值為 即， 塔架的根部截面應(yīng)力為：40Mpa 四、課程設(shè)計(jì)結(jié)論四、課程設(shè)計(jì)結(jié)論 所設(shè)計(jì)的風(fēng)電機(jī)組的技術(shù)參數(shù)見下表： 機(jī)組 風(fēng)力機(jī)等級(jí) IECIIIA 額定功率 3MW 切入風(fēng)速 ? 3m/s 切出風(fēng)速 25m/s 額定風(fēng)速 13m/s 設(shè)計(jì)壽命 20年 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) IEC61400 運(yùn)行溫度 -1545 ! 葉輪 葉輪直徑 92m 葉片長(zhǎng)度 葉片數(shù)量 3 額定轉(zhuǎn)速 min 齒輪箱 結(jié)構(gòu)形式 2級(jí)行星+1級(jí)平行軸 傳動(dòng)比 120 發(fā)電機(jī) 型式 雙饋異步感應(yīng)電機(jī) 額定輸出電壓 690V 額定功率 3402kW 頻率 50Hz 功率因數(shù) 容性感性 額定轉(zhuǎn)速/范圍 1650/(10002000)

27、rpm 變漿系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)控制 電機(jī) 偏航系統(tǒng) 型式 主動(dòng)式對(duì)風(fēng)式 控制方式 電機(jī)+減速機(jī) 控制系統(tǒng) 控制方式 遠(yuǎn)程監(jiān)控 塔筒 型式 鋼制錐形塔筒 塔筒髙 90m 五、參考文獻(xiàn)五、參考文獻(xiàn) 【1】姚興佳、田德，宋俊、萵曉明，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)與制造，華北電力大學(xué)，校內(nèi)試用教材 【2】徐大平、柳亦兵、呂躍剛，風(fēng)力發(fā)電原理，機(jī)械工業(yè)出版社 【3】朱永強(qiáng)、張旭，風(fēng)電場(chǎng)電氣系統(tǒng)，機(jī)械工業(yè)出版社 【4】敬照亮，MATLAB教程與應(yīng)用清華大學(xué)出版社北京交通大學(xué)出版社 六、附錄六、附錄 葉片設(shè)計(jì)和各部分載荷計(jì)算的MATLAB程序： D二ceil(sqrt(8*1000000/pi/(133)； n=14; lamda=5