風(fēng)力發(fā)電機組設(shè)計與制造課程設(shè)計報告書

1、課程設(shè)計（綜合實驗）報告名稱：風(fēng)力發(fā)電機設(shè)計制造題目：風(fēng)力發(fā)電機組整體技術(shù)設(shè)計目錄TOC o 1-3 t h z u HYPERLINK l _Toc25775 課程設(shè)計任務(wù)書 PAGEREF _Toc25775 1 HYPERLINK l _Toc24727 第一章 風(fēng)力發(fā)電機組總體參數(shù)設(shè)計 PAGEREF _Toc24727 5 HYPERLINK l _Toc14105 1.1 額定 PAGEREF _Toc14105 功率5 HYPERLINK l _Toc10258 1.2 設(shè)計 PAGEREF _Toc10258 壽命5 HYPERLINK l _Toc15899 1.3 切出風(fēng)速

2、、切入風(fēng)速、額定風(fēng)速 PAGEREF _Toc15899 5 HYPERLINK l _Toc11734 1.4 發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)速范圍 PAGEREF _Toc11734 5 HYPERLINK l _Toc17170 1.5 重要的幾何尺寸 PAGEREF _Toc17170 6 HYPERLINK l _Toc10307 1.5.1 轉(zhuǎn)子直徑和掃過面積 PAGEREF _Toc10307 6 HYPERLINK l _Toc21363 1.5.2 輪轂 PAGEREF _Toc21363 高度7 HYPERLINK l _Toc9540 1.6 刀片數(shù)量 PAGEREF _Toc954

3、0 7 HYPERLINK l _Toc19105 1.7 風(fēng)輪轉(zhuǎn)速 PAGEREF _Toc19105 8 HYPERLINK l _Toc2894 1.8功率曲線、Cp曲線、Ct曲線、攻角8 PAGEREF _Toc2894 HYPERLINK l _Toc29547 1.9 功率控制方式 PAGEREF _Toc29547 14 HYPERLINK l _Toc18266 1.10 制動系統(tǒng)形式 PAGEREF _Toc18266 14 HYPERLINK l _Toc18088 1.11 風(fēng)力發(fā)電機類 PAGEREF _Toc18088 14 HYPERLINK l _Toc14237

4、 第2章風(fēng)力發(fā)電機氣動特性初步計算 PAGEREF _Toc14237 14 HYPERLINK l _Toc14219 2.1 葉片設(shè)計原理 PAGEREF _Toc14219 14 HYPERLINK l _Toc8461 2.1.1 動量理論 PAGEREF _Toc8461 14 HYPERLINK l _Toc17306 2.1.2 葉元理論 PAGEREF _Toc17306 15 HYPERLINK l _Toc11756 2.2 葉片設(shè)計 PAGEREF _Toc11756 16 HYPERLINK l _Toc27511 第 3 章單元和部件的載荷計算 PAGEREF _To

5、c27511 18 HYPERLINK l _Toc9727 3.1 葉片載荷計算 PAGEREF _Toc9727 18 HYPERLINK l _Toc8925 3.1.1 葉片上的離心力 F C PAGEREF _Toc8925 18 HYPERLINK l _Toc21779 V PAGEREF _Toc21779 19作用在刀片上 HYPERLINK l _Toc31091 b PAGEREF _Toc31091 19作用于刀片 HYPERLINK l _Toc31479 K PAGEREF _Toc31479 19作用于刀片 HYPERLINK l _Toc2930 20載荷計算

6、PAGEREF _Toc2930 HYPERLINK l _Toc14368 3.3 主軸載荷計算 PAGEREF _Toc14368 20 HYPERLINK l _Toc38 3.5 塔載計算 PAGEREF _Toc38 21 HYPERLINK l _Toc17551 3.5.1 風(fēng)暴條件下風(fēng)輪氣動推力的計算 PAGEREF _Toc17551 21 HYPERLINK l _Toc19927 3.5.2 歐美國家鐵塔靜強度設(shè)計的一般荷載條件 PAGEREF _Toc19927 22 HYPERLINK l _Toc27305 3.5.3 確定塔架設(shè)計載荷的要求 PAGEREF _To

7、c27305 23 HYPERLINK l _Toc30110 3.6 耦合載荷計算 PAGEREF _Toc30110 23 HYPERLINK l _Toc20012 第四章主要部件技術(shù)參數(shù) PAGEREF _Toc20012 23 HYPERLINK l _Toc16172 4.1 變速箱 PAGEREF _Toc16172 23 HYPERLINK l _Toc1889 4.2 生成器 PAGEREF _Toc1889 24 HYPERLINK l _Toc31637 4.3 轉(zhuǎn)換器 PAGEREF _Toc31637 24 HYPERLINK l _Toc7475 4.4 聯(lián)軸器 P

8、AGEREF _Toc7475 25 HYPERLINK l _Toc20374 4.5 偏航執(zhí)行器 PAGEREF _Toc20374 25 HYPERLINK l _Toc31976 4.6 變槳執(zhí)行器 PAGEREF _Toc31976 26 HYPERLINK l _Toc18675 4.7 塔根截面應(yīng)力計算 PAGEREF _Toc18675 26 HYPERLINK l _Toc17530 風(fēng)機總布置： PAGEREF _Toc17530 28臺 HYPERLINK l _Toc24545 參考文獻： PAGEREF _Toc24545 28課程設(shè)計作業(yè)書一、設(shè)計內(nèi)容風(fēng)機整體技術(shù)設(shè)

9、計二、宗旨與任務(wù)主要目的：1、以大型水平軸風(fēng)力發(fā)電機組為研究對象，掌握系統(tǒng)整體設(shè)計方法；2、熟悉相關(guān)工程設(shè)計軟件；3.掌握撰寫研究報告的方法。主要任務(wù)：每個學(xué)生獨立完成風(fēng)機的整體技術(shù)設(shè)計，包括：1、確定風(fēng)機整體技術(shù)參數(shù)；2、關(guān)鍵部件（齒輪箱、發(fā)電機、變流器）的技術(shù)參數(shù)；3、計算關(guān)鍵部件（葉片、轉(zhuǎn)子、主軸、聯(lián)軸器、塔架等）的載荷及技術(shù)參數(shù)；4、完成葉片設(shè)計任務(wù)；5. 確定塔的設(shè)計。6. 每個人寫一份課程設(shè)計報告。三、主要內(nèi)容每個人選擇功率范圍在 1.5MW 到 6MW 之間的風(fēng)力渦輪機進行設(shè)計。1）原始參數(shù)：風(fēng)機安裝地點50米高處年平均風(fēng)速為7.0m/s，60米處年平均風(fēng)速為7.3m/s，60米

10、處年平均風(fēng)速為7.3m/s， 70米為7.6m/s，當(dāng)?shù)貧v史最大風(fēng)速為49m/s，用戶想安裝1.5-6MW的風(fēng)機。使用63418翼型，63418翼型的升力系數(shù)和阻力系數(shù)數(shù)據(jù)如表1所示?？諝饷芏仍O(shè)置為1.225 kg/m 3 。2) 設(shè)計內(nèi)容(1) 該參數(shù)包括葉片數(shù)、風(fēng)輪直徑、額定風(fēng)速、切入風(fēng)速、切出風(fēng)速、功率控制方式、傳動系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、制動系統(tǒng)形式和塔筒高度等。風(fēng)機等級按標(biāo)準(zhǔn)確定；(2) 關(guān)鍵部件氣動載荷計算。設(shè)置多臺風(fēng)機的C p曲線和C t曲線，計算幾個關(guān)鍵部件的載荷（葉片載荷、轉(zhuǎn)子載荷、主軸載荷、聯(lián)軸器載荷和塔架載荷等）；根據(jù)負(fù)載和功率確定所選型號的主要部件的技術(shù)參數(shù)（齒輪箱、發(fā)電機、變

11、流器、聯(lián)軸器、偏航和變槳電機等）和類型。以上內(nèi)容建議通過計算機編程實現(xiàn)，確定整機及各部件（系統(tǒng)）的主要技術(shù)參數(shù)。(3) 塔根截面應(yīng)力計算。計算暴風(fēng)雨條件下風(fēng)輪的氣動推力，參考風(fēng)機整體設(shè)計參數(shù)計算塔筒根部截面應(yīng)力。最后提交相關(guān)分析計算報告。4. 進度計劃序列號設(shè)計（實驗）內(nèi)容完成時間評論1風(fēng)機整體參數(shù)設(shè)計2.5天2風(fēng)力機氣動特性初步計算2天3單位和組件載荷計算2天4齒輪箱、發(fā)電機、變流器技術(shù)參數(shù)1.5天4塔根截面應(yīng)力計算1天5報告寫作1.5天6課程設(shè)計防御1.5天五、設(shè)計（實驗）結(jié)果要求提供設(shè)計風(fēng)機的性能計算結(jié)果；繪制整機總體布置工程圖。六、考試方式每個人提交一份課程設(shè)計報告；準(zhǔn)備課程設(shè)計PPT

12、，并進行答辯。 63418翼型的升力系數(shù)和阻力系數(shù)攻角升力系數(shù)阻力系數(shù)扭矩系數(shù)-11.04-0.770.0310-9-0.7450.0120-8-0.6260.010-7-0.5080.010-6-0.390.0090-5-0.2630.0080-4-0.1380.0070-3-0.030.0060-20.0790.0060-10.1750.006000.3130.006010.4460.006020.5510.006030.6660.007040.7770.007050.9040.007060.9840.008071.0740.01081.170.013091.2440.0150101.30

13、70.0180121.3950.0250141.3950.0320161.370.03902010.1850251.040.3150301.020.4420400.950.680450.90.780500.820.891055.540.6971.022060.670.6261.095066.930.4951.144071.070.4011.179075.50.3031.235080.750.1991.2680攻角升力系數(shù)阻力系數(shù)扭矩系數(shù)-180-0.4750.0280-179.9-0.4750.0280-177.790.0830.0390-172.180.7010.070-168.550.91

14、70.1720-165.10.6610.2680-159.590.4770.3440-154.910.6120.4260-150.610.6970.5360-145.490.7570.6810-141.270.7160.7720-134.540.6430.8290-127.580.5720.8860-124.170.5370.9380-120.560.46610-115.240.3611.0690-109.230.2871.1080-104.330.1791.1450-100.650.0941.1670-96.720.0231.1830-88.29-0.0991.180-82.73-0.192

15、1.1660-78.79-0.2611.1480-74.68-0.3321.1120-68.72-0.4371.0440-62.9-0.5381.0030-58.21-0.5970.9650-53.67-0.6560.9020-50.77-0.6730.8250-44.08-0.680.7020-38.09-0.6980.6020-32.99-0.6550.5080-29.64-0.5350.4290-24.44-0.3860.280-19-0.3540.1910-12.78-0.4630.0920-11.58-0.80.0360攻角升力系數(shù)阻力系數(shù)扭矩系數(shù)86.90.0991.272091.

16、87-0.0141.265095.79-0.1121.26099.84-0.2141.2540104.93-0.3171.2050110.44-0.4271.1270115.85-0.5391.0940124.05-0.6290.9780129.73-0.6950.8720136.34-0.7960.8050140.53-0.770.7320144.46-0.7290.6330145.07-0.7210.6160150.54-0.6740.4660155.32-0.5970.3080160.62-0.8430.2710163.66-1.1240.1830168.46-0.880.0730175

17、.01-0.4750.0280179.90.0830.03901800.0830.0390第一章 風(fēng)力機總體參數(shù)設(shè)計1.1 額定功率根據(jù)設(shè)計任務(wù)書，額定功率選為3MW。1.2 設(shè)計壽命I到 = 3 * ROMAN * MERGEFORMAT III的風(fēng)力渦輪機 = 1 * ROMAN * MERGEFORMAT 至少可以使用 20 年。這里選擇20年的設(shè)計壽命。1.3 切出風(fēng)速、切入風(fēng)速、額定風(fēng)速切入風(fēng)速為v in =3m/s；切出風(fēng)速為v out =25m/s；額定風(fēng)速v r =13m/s；對于一般的變槳風(fēng)機（選擇3MW），額定風(fēng)速羽流與平均風(fēng)速之比約為1.70。1.4 發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)速

18、范圍使用高速發(fā)電機的風(fēng)力渦輪機大多是異步發(fā)電機。根據(jù)電機理論，當(dāng)異步發(fā)電機以恒定頻率并入電網(wǎng)時，定子三相繞組中電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的同步速度取決于電機的額定頻率。電網(wǎng)與發(fā)電機繞組的極對數(shù)，三者關(guān)系為，在：n 1 同步轉(zhuǎn)速，單位為r/min；f 1 電網(wǎng)頻率，Hz；P發(fā)電機繞組的極對數(shù)。異步發(fā)電機中旋轉(zhuǎn)場與轉(zhuǎn)子之間的相對轉(zhuǎn)速為，相對轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速的比值稱為異步發(fā)電機的轉(zhuǎn)差率，用s表示，即。當(dāng)異步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子由風(fēng)力發(fā)電機驅(qū)動并以高于同步轉(zhuǎn)速的速度旋轉(zhuǎn)時，發(fā)電機處于發(fā)電狀態(tài)，發(fā)電機中的電磁轉(zhuǎn)矩為制動轉(zhuǎn)矩，阻礙了旋轉(zhuǎn)發(fā)電機，并在這個時候發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電機需要吸收外界的無功電流來建立磁場（如無功電流由電容器

19、提供），從風(fēng)力發(fā)電機獲得的機械能轉(zhuǎn)化為電能并供給電網(wǎng)。喜事發(fā)生器的滑差率為負(fù)，其絕對值一般在2%5%之間。并網(wǎng)運行的大容量異步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速一般在（11.05）n 1之間。應(yīng)用雙饋發(fā)電機，轉(zhuǎn)子速度一般在（1 30%）n 1之間變化。1.5 重要的幾何尺寸1.5.1 轉(zhuǎn)子直徑和掃過面積葉片直徑由風(fēng)力渦輪機的輸出功率獲得：在：P r風(fēng)機額定輸出功率，取3000kW；- 空氣密度（一般取標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)），取1.225kg/m 3 ；V r額定風(fēng)速，取13m/s；D風(fēng)輪直徑，額定風(fēng)速為13m/s時，風(fēng)輪直徑為97m；- 傳動系統(tǒng)效率，取0.96；- 發(fā)電系統(tǒng)效率，取0.94（發(fā)電機效率0.97，變流器

20、效率0.97）；C p額定功率下的風(fēng)能利用系數(shù)，取0.33。掃過的面積可以從直徑計算：由大型風(fēng)機風(fēng)輪掃掠面積與額定功率關(guān)系的經(jīng)驗曲線圖可知，每平方米風(fēng)輪掃掠面積產(chǎn)生的額定功率為405W/m 2 ，風(fēng)輪掃過面積與額定功率關(guān)系的經(jīng)驗曲線綜上所述，轉(zhuǎn)子直徑D=97m，掃掠面積S=7390m 2 。1.5.2 輪轂高度輪轂高度是從地面到風(fēng)輪掃掠面中心的高度，用Z hub表示，單位為m。Z輪轂=Z t +H，在：H塔的高度，單位為m；Z t塔頂平面到風(fēng)輪掃掠面中心的高度，m。對于轉(zhuǎn)子直徑大于25m的機組，輪轂中心高度與轉(zhuǎn)子直徑之比基本為1：1。取 Z輪轂= 97m。1. 6片刀片現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機的堅固度比

21、較小，一般需要1-3個葉片。在選擇風(fēng)力渦輪機葉片數(shù)量時，要考慮風(fēng)力渦輪機性能和負(fù)載、風(fēng)力轉(zhuǎn)子和傳輸成本、風(fēng)力渦輪機氣動噪聲和景觀影響等因素。與1葉片和2葉片相比，3葉片轉(zhuǎn)子具有以下優(yōu)點：平衡簡單，動態(tài)負(fù)載小。系統(tǒng)周期性負(fù)載基本消除，輸出扭矩比較穩(wěn)定；可以提供更好的效率；更美麗;噪音小；輪子更簡單。綜上所述，葉子的數(shù)量是B=3。1.7 風(fēng)輪轉(zhuǎn)速風(fēng)輪的輸出功率與其扭矩和轉(zhuǎn)速有關(guān)。 It can be known from the rotor torque M=9550P S /n that when the rated power P S (kW) has been selected, the r

22、otor speed n (r/min) is inversely proportional to the torque (N m).為了減小轉(zhuǎn)矩M，應(yīng)提高轉(zhuǎn)子速度。但轉(zhuǎn)速太高對風(fēng)輪不利，應(yīng)選擇合適的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速。陸上風(fēng)力發(fā)電機的葉尖速度通常限制在65m/s左右，三葉片風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)子葉尖速比一般在6.08.0之間。在這里取 6.5。因此，風(fēng)輪的額定轉(zhuǎn)速為17r/min。1.8 功率曲線、Cp曲線、Ct曲線、攻角在： 是 Weibull 分布的形狀參數(shù)。根據(jù)大量觀察，我國的k值通常在1.02.6之間。這里取 k=2.5。風(fēng)能利用系數(shù)Cp的計算公式如下：推力系數(shù) C T 的計算公式如下：表格 SEQ

23、 表格 * ARABIC 1風(fēng)速 v (m/s)額定功率Pr (kw)輸出功率Pw(千瓦)CP一個CT330000.00000.00000.00000.000043000114.93520.43990.19200.620553000234.37640.45930.29910.838663000395.68510.44870.26670.782373000602.86930.43050.22020.686883000859.61220.41130.18580.6052930001169.34090.39290.16100.54041030001535.27350.37610.14190.4869

24、1130001960.45310.36080.12670.44251230002447.77360.34700.11440.40511330003000.00000.33450.10420.37341430003000.00000.26780.07890.29071530003000.00000.21770.06170.23171630003000.00000.17940.04960.18861730003000.00000.14960.04060.15581830003000.00000.12600.03370.13031930003000.00000.10710.02840.1102203

25、0003000.00000.09190.02410.09412130003000.00000.07930.02070.08102230003000.00000.06900.01790.07032330003000.00000.06040.01560.06142430003000.00000.05320.01370.05392530003000.00000.04700.01200.0476表格 SEQ 表格 * ARABIC 2攻角升力系數(shù)好的升阻比攻角升力系數(shù)好的升阻比-180-0.4750.028-16.96400.3130.00652.167-179.9-0.4750.028-16.964

26、10.4460.00674.333-177.790.0830.0392.12820.5510.00691.833-172.180.7010.0710.01430.6660.00795.143-168.550.9170.1725.33140.7770.007111.000-165.10.6610.2682.46650.9040.007129.143-159.590.4770.3441.38760.9840.008123.000-154.910.6120.4261.43771.0740.01107.400-150.610.6970.5361.30081.170.01390.000-145.490.

27、7570.6811.11291.2440.01582.933-141.270.7160.7720.927101.3070.01872.611-134.540.6430.8290.776121.3950.02555.800-127.580.5720.8860.646141.3950.03243.594-124.170.5370.9380.572161.370.03935.128-120.560.46610.4662010.1855.405-115.240.3611.0690.338251.040.3153.302-109.230.2871.1080.259301.020.4422.308-104

28、.330.1791.1450.156400.950.681.397-100.650.0941.1670.081450.90.781.154-96.720.0231.1830.019500.820.8910.920-88.29-0.0991.18-0.08455.540.6971.0220.682-82.73-0.1921.166-0.16560.670.6261.0950.572-78.79-0.2611.148-0.22766.930.4951.1440.433-74.68-0.3321.112-0.29971.070.4011.1790.340-68.72-0.4371.044-0.419

29、75.50.3031.2350.245-62.9-0.5381.003-0.53680.750.1991.2680.157-58.21-0.5970.965-0.61986.90.0991.2720.078-53.67-0.6560.902-0.72791.87-0.0141.265-0.011-50.77-0.6730.825-0.81695.79-0.1121.26-0.089-44.08-0.680.702-0.96999.84-0.2141.254-0.171-38.09-0.6980.602-1.159104.93-0.3171.205-0.263-32.99-0.6550.508-

30、1.289110.44-0.4271.127-0.379-29.64-0.5350.429-1.247115.85-0.5391.094-0.493-24.44-0.3860.28-1.379124.05-0.6290.978-0.643-19-0.3540.191-1.853129.73-0.6950.872-0.797-12.78-0.4630.092-5.033136.34-0.7960.805-0.989-11.58-0.80.036-22.222140.53-0.770.732-1.052-11.04-0.770.031-24.839144.46-0.7290.633-1.152-9

31、-0.7450.012-62.083145.07-0.7210.616-1.170-8-0.6260.01-62.600150.54-0.6740.466-1.446-7-0.5080.01-50.800155.32-0.5970.308-1.938-6-0.390.009-43.333160.62-0.8430.271-3.111-5-0.2630.008-32.875163.66-1.1240.183-6.142-4-0.1380.007-19.714168.46-0.880.073-12.055-3-0.030.006-5.000175.01-0.4750.028-16.964-20.0

32、790.00613.167179.90.0830.0392.128-10.1750.00629.1671800.0830.0392.128 從圖表可以看出，當(dāng)攻角為5度左右時，升阻比最多為129.143。此時升力系數(shù)Cl=0.904，阻力系數(shù)Cd=0.007。本設(shè)計攻角為9度，升力系數(shù)Cl=1.244。阻力系數(shù)Cd=0.015 ，升阻比為82.933。1.9 電源控制方式采用主動俯仰控制。1.10 制動系統(tǒng)類型第一剎車采用氣動剎車，第二剎車采用高速軸機械剎車。1.11 風(fēng)力發(fā)電機類根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)，如下表所示，風(fēng)機的等級選擇為IECIIA。WTGS級 = 1 * ROMAN * MERGEFOR

33、MAT 我 = 2 * ROMAN * MERGEFORMAT 二 = 3 * ROMAN * MERGEFORMAT 三小號v參考m/s5042.537.5參數(shù)由設(shè)計者指定A I參考(-)0.16B I參考(-)0.14C I參考(-)0.12風(fēng)力機氣動特性初步計算2.1葉片設(shè)計原理2.1.1 動量理論如圖4所示，轉(zhuǎn)子采用動量理論計算：風(fēng)輪 r r+dr，作用在環(huán)形域上軸向推力為： (2-1)軸向推力可表示為： (2-2)使用伯努利方程，將這兩個公式相減并帶入（2-2）得到： （2-3）結(jié)合 (2-1) 和 (2-3) 得到： (2-4)引入軸向感應(yīng)系數(shù)，則(2-5)(2-6) 氣流流過風(fēng)輪

34、后，還產(chǎn)生一個與風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)方向相反的角速度，所以作用在環(huán)形域上的力矩為： (2-7)引入切向感應(yīng)系數(shù)，扭矩表示為：(2-8)可以看出，作用在環(huán)面上的氣流提供的動量為：(2-9)2.1.2 葉元理論如上圖，設(shè)，則(2-10)因此，升力和阻力可以表示為：假設(shè)，則：那么，作用在轉(zhuǎn)子 r - r+dr 的環(huán)形域上的推理和轉(zhuǎn)矩為：(2-11)(2-12)2.2 葉片設(shè)計給定r，攻角i已知，C L = 0.904已知；;從公式中，得到角度；由公式得到k；從公式中，得到h；由式，得；;在 excel 中編輯公式 1) 到 8) 來計算相應(yīng)的數(shù)據(jù)。在：B - 葉子的數(shù)量（這里是 3）；k軸向干涉系數(shù)；h切向干涉

35、系數(shù)；C葉片的弦長；i - 攻角；- 流入角；- 俯仰角。表格 SEQ 表格 * ARABIC 3葉元素位置/%51015202530354045506.56.56.56.56.56.56.56.56.56.5尖速比0.3250.650.9751.31.6251.952.2752.62.9253.25葉元素位置/%5560657075808590951006.56.56.56.56.56.56.56.56.56.5尖速比3.5753.94.2254.554.8755.25.5255.856.1756.5表格 SEQ 表格 * ARABIC 4r地點/尖速比HC2.42556.50.3251.1

36、520.4282.9560.83839.0385.3994.85106.50.651.2390.3881.7350.66329.0066.9147.275156.50.9751.3050.3671.3820.53221.4976.7689.7206.51.31.3520.3561.2320.43716.0516.14912.125256.51.6251.3870.3491.1540.36812.0965.44414.55306.51.951.4130.3451.1100.3169.1154.85316.975356.52.2751.4330.3421.0820.2766.8224.33019.

37、4406.52.61.4480.3401.0630.2455.0453.86921.825456.52.9251.4610.3391.0500.2203.6113.49724.25506.53.251.4710.3381.0410.1992.4083.21426.675556.53.5751.4800.3371.0340.1821.4332.95229.1606.53.91.4870.3361.0290.1670.5732.76131.525656.54.2251.4930.3361.0250.155-0.1152.58833.95706.54.551.4990.3361.0210.144-0

38、.7452.35036.375756.54.8751.5030.3351.0190.135-1.2612.28338.8806.55.21.5070.3351.0160.127-1.7202.05641.225856.55.5251.5110.3351.0140.119-2.1781.91543.65906.55.851.5140.3351.0130.113-2.5221.88546.075956.56.1751.5170.3351.0120.107-2.8661.83948.51006.56.51.5200.3341.0100.102-3.1531.616單位和組件載荷計算3.1 葉片載荷計

39、算F C作用在刀片上當(dāng)葉片圍繞轉(zhuǎn)子軸旋轉(zhuǎn)時，離心力作用在葉片上。離心力的方向從旋轉(zhuǎn)中心徑向向外。那么葉片的離心力為：在：- 葉片密度，單位為 kg/m 3 ，本設(shè)計為 530 kg/m 3 ；葉片元件處的葉片橫截面積，m 2 ；風(fēng)輪的角速度，rad/s；- 葉片開始處的旋轉(zhuǎn)半徑； 葉片末端的旋轉(zhuǎn)半徑。用gambit軟件粗略計算，用excel表格計算出每個截面的面積，然后用matlab軟件擬合半徑和葉元截面面積的函數(shù)，計算積分，得到39786kN。r2.4254.857.2759.712.12514.5516.97519.421.82524.25C5.3996.9146.7686.1495.44

40、44.8534.3303.8693.4973.214氬2.433.983.813.152.471.961.561.251.020.86r26.67529.131.52533.9536.37538.841.22543.6546.07548.5C2.9522.7612.5882.3502.2832.0561.9151.8851.8391.616氬0.730.630.560.460.430.350.310.300.280.22F V作用在刀片上風(fēng)壓是沿風(fēng)速方向作用在葉片上的氣動力。當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止和旋轉(zhuǎn)時，風(fēng)壓不相等。當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時，風(fēng)壓為：F V的作用點與風(fēng)輪軸的距離為：風(fēng)輪轉(zhuǎn)動時的風(fēng)壓為：用Matlab

41、計算，F(xiàn) V1 =289.3962N，r m1 =14.01m； F V2 =1969.4952kN，r m2 =33.95m。M b作用在刀片上M b是使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的力矩，由下式求得：用matlab計算：Mb = 3 568.7628kNmM K作用在刀片上M k是風(fēng)輪在調(diào)整風(fēng)向時產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動慣量。當(dāng)風(fēng)向改變時，風(fēng)輪除了以角速度繞Ox軸旋轉(zhuǎn)外，還以角速度繞Oz軸旋轉(zhuǎn)。整個葉片的轉(zhuǎn)動慣量為調(diào)整風(fēng)向時產(chǎn)生的最大科里奧利加速度為：由于科里奧利加速度而產(chǎn)生科里奧利角加速度。根據(jù)動量定理，葉片受到慣性力矩 Mk 的作用，稱為陀螺力矩，M k = 。用matlab計算 J=512.47Mkg*m 2 ； ,

42、 M k =23.3686MNm3.2 風(fēng)輪轂載荷計算作用在整個轉(zhuǎn)子上的軸向推力可以表示為。作用在整個轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩可以表示為： .用matlab計算T=627.4529kN； M = 3274.2981kNm3.3 主軸負(fù)載計算傳動軸選用實心鋼軸，最大應(yīng)力fs=55MPa低速軸角速度為高速軸的角速度為高速軸功率為低速軸功率為低速軸扭矩高速軸扭矩低速軸徑高速軸徑3.5 塔載計算本機組塔架采用等強度設(shè)計理論的錐形鋼筒結(jié)構(gòu)塔架。它由5個部分組成。這些部分通過法蘭連接。底部最大直徑為6m，頂部最小直徑為4m。圓柱體的壁厚從底部的 30mm 過渡到頂部的 12mm。塔的總質(zhì)量約為 180 噸。作用在塔上

43、的載荷分為以下幾類：風(fēng)力渦輪機等部件上的空氣動力載荷1、重力和慣性載荷：由重力、振動、旋轉(zhuǎn)和地震引起的靜態(tài)和動態(tài)載荷。2、運行負(fù)荷：機組運行和控制過程中產(chǎn)生的負(fù)荷。如制動過程中產(chǎn)生的功率變化、偏航、俯仰和負(fù)載。3、其他載荷：如尾流載荷、沖擊載荷、結(jié)冰載荷等。下面只討論與塔架結(jié)構(gòu)強度計算相關(guān)的兩種載荷，即風(fēng)輪作用的最大氣動推力產(chǎn)生的載荷和塔架自身承受的最大風(fēng)壓。3.5.1 風(fēng)暴條件下風(fēng)輪氣動推力計算因為，所以取 vs = 60m/s。1.前端鏈接的Fadeev公式在：Ab 葉片的投影面積（葉尖速比為 6.5 時，轉(zhuǎn)子的實心度為 0.05，其中 Ab=0.05A/3=， A 為轉(zhuǎn)子的掃掠面積），m

44、2；Vs旋翼中心風(fēng)暴風(fēng)速，m/s。計算： 。2. 荷蘭ECN的公式在：Ct推力系數(shù)，取Ct =1.5；q動態(tài)風(fēng)壓，單位為：N/m2； 動態(tài)系數(shù)，取= 1.2S安全系數(shù)，取S = 1.5q隨高度變化，在風(fēng)輪中心高度H=97m處對應(yīng)的q約為1420，單位為：N/m2。計算： 。3.德國DFVLR公式在：Ct推力系數(shù)，取 Ct = 2.2。計算： 。4.丹麥RIS公式在：P1風(fēng)輪單位掃掠面積上的平均風(fēng)壓，通常P1=300N/m2；As風(fēng)輪的掃掠面積，單位為m2。計算： 。3.5.2 歐美國家鐵塔靜強度設(shè)計的一般荷載條件1）風(fēng)載荷工況：風(fēng)速65m/s，（平均2s）轉(zhuǎn)子停止，葉片順槳，風(fēng)向沿機艙橫向作用

45、于塔架。2）正常運行條件下的地震載荷：考慮額定風(fēng)速下風(fēng)輪產(chǎn)生的最大軸向力，同時將其產(chǎn)生的慣性力按水平載荷加到風(fēng)輪的軸向推力上地震引起的統(tǒng)一建筑物因素。3）機組最大運行負(fù)荷：一般為額定風(fēng)速正常運行負(fù)荷的2倍。3.5.3 確定塔架設(shè)計載荷的要求設(shè)計載荷需要正確分析各種載荷及其對塔架的影響，大致可分為三類設(shè)計載荷：1）最大極限載荷：指塔架所能承受的最大載荷。2）疲勞載荷：指塔架構(gòu)件承受交變載荷次數(shù)的能力。3）共振激勵載荷：塔架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的共振響應(yīng)。3.6 耦合載荷計算聯(lián)軸器上的負(fù)載主要是扭矩低速聯(lián)軸器負(fù)載高速聯(lián)軸器負(fù)載主要部件技術(shù)參數(shù)4.1 變速箱一、基本參數(shù)：傳動形式：二級行星齒輪系、一級平行齒輪系速比：88輸入轉(zhuǎn)速：17rpm輸出轉(zhuǎn)速：1500rpm設(shè)計功率：3.4MW潤滑方式：油潤滑質(zhì)量：變速箱結(jié)構(gòu)圖：4.2 生成器基本參數(shù)：發(fā)電機類型：雙饋異步變速恒頻發(fā)電機額定功率：