水平軸風(fēng)力機(jī)課程設(shè)計(jì)

沈陽航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書題目水平軸風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)班級(jí)學(xué)號(hào)一學(xué)生姓信指導(dǎo)教師沈陽航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程名稱風(fēng)能利用技術(shù)院（系）專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)姓名課程設(shè)計(jì)題目課程設(shè)計(jì)時(shí)間:年—月—日至年月—日一、課程設(shè)計(jì)的目的及任務(wù)1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)的總體技術(shù)參數(shù)計(jì)算方法；（2）熟悉水平軸風(fēng)力機(jī)的總體設(shè)計(jì)方法；（3）掌握科研報(bào)告的撰寫方法。2主要任務(wù)：（1）確定風(fēng)力機(jī)的總體技術(shù)參數(shù)；（2）計(jì)算關(guān)鍵零部件（葉片、風(fēng)輪）載荷和技術(shù)參數(shù)；（3）完成葉片設(shè)計(jì)任務(wù)；（4）確定總體設(shè)計(jì)方案；（5）撰寫一份課程設(shè)計(jì)報(bào)告。二、課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容選擇功率范圍在1.5MW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米高度年平均風(fēng)速為7.0m/s，60米高度年平均風(fēng)速為7.3m/s，70米高度年平均風(fēng)速為7.6m/s，當(dāng)?shù)貧v史最大風(fēng)速為49m/s，用戶希望安裝1.5MW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?？諝饷芏仍O(shè)定為1.225kg/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Cp曲線和ct曲線，風(fēng)力機(jī)基本參數(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(dòng)系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)形式和塔架高度等，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Cp曲線和Ct曲線，計(jì)算幾種關(guān)鍵零部件的載荷（葉片、風(fēng)輪）；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)。以上內(nèi)容建議用計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)，確定風(fēng)力機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)。（3）最后提交有關(guān)的分析計(jì)算報(bào)告。_年—_月__日_年__月__日_年—_月__日指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)教師學(xué)生簽字沈陽航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)成績?cè)u(píng)定單課程名稱風(fēng)能利用技術(shù)院/系能源與環(huán)境學(xué)院專業(yè)新能源科學(xué)與工程課程設(shè)計(jì)題目水平軸風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)學(xué)號(hào)姓名答辯日期年—月—日指導(dǎo)教師（答辯組）評(píng)語：課程設(shè)計(jì)成績：指導(dǎo)教師（答辯組）簽字：年—月—日目錄TOC\o"1-5"\h\z一、設(shè)計(jì)概述.1\o"CurrentDocument"1我國發(fā)展風(fēng)能的趨勢(shì)及優(yōu)勢(shì)1\o"CurrentDocument"2風(fēng)力機(jī)概述12.1風(fēng)力機(jī)類型12.2風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)和組成1\o"CurrentDocument"3大功率水平軸風(fēng)力機(jī)發(fā)展的意義2\o"CurrentDocument"4國內(nèi)外風(fēng)力機(jī)技術(shù)的現(xiàn)狀24.1國內(nèi)風(fēng)力機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀24.2國外風(fēng)力機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀3\o"CurrentDocument"5風(fēng)力機(jī)葉片設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)35.1簡化葉素理論設(shè)計(jì)方法35.2Glauert理論設(shè)計(jì)方法4\o"CurrentDocument"二、設(shè)計(jì)內(nèi)容5\o"CurrentDocument"1風(fēng)力機(jī)額定功率、壽命、相關(guān)速度參數(shù)及葉片數(shù)等的確定51.1額定功率51.2設(shè)計(jì)壽命51.3切入風(fēng)速、切出風(fēng)速、額定風(fēng)速51.4葉片數(shù)51.5各部分效率5\o"CurrentDocument"2風(fēng)力機(jī)幾何參數(shù)的確定62.1葉輪直徑和掃掠面積62.2葉輪掃掠面積6\o"CurrentDocument"3風(fēng)力機(jī)葉尖速比、轉(zhuǎn)速的確定63.1葉尖速比的確定63.2轉(zhuǎn)速的確定7\o"CurrentDocument"4功率曲線，風(fēng)能利用系數(shù)CF曲線，推力系數(shù)CT曲線7\o"CurrentDocument"5功率控制方式，傳動(dòng)系統(tǒng)，制動(dòng)系統(tǒng)的選擇105.1功率控制方式105.2傳動(dòng)系統(tǒng)115.3制動(dòng)系統(tǒng)11\o"CurrentDocument"6塔架高度11\o"CurrentDocument"7設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及風(fēng)力機(jī)等級(jí)127.1設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)127.2風(fēng)力機(jī)等級(jí)12\o"CurrentDocument"8關(guān)鍵部件氣動(dòng)載荷計(jì)算12\o"CurrentDocument"8.1利用Glauert理論設(shè)計(jì)14\o"CurrentDocument"三、設(shè)計(jì)結(jié)果.16\o"CurrentDocument"四、相關(guān)圖片及設(shè)計(jì)程序.17\o"CurrentDocument"1相關(guān)圖片17\o"CurrentDocument"2Glauert理論程序18\o"CurrentDocument"五、結(jié)論20\o"CurrentDocument"1設(shè)計(jì)命題的合理性20\o"CurrentDocument"2設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)20\o"CurrentDocument"3設(shè)計(jì)運(yùn)用的工具20\o"CurrentDocument"4設(shè)計(jì)中的不足與展望20參考文獻(xiàn)22一、設(shè)計(jì)概述1我國發(fā)展風(fēng)能的趨勢(shì)及優(yōu)勢(shì)1973年發(fā)生的石油危機(jī)，特別是世界范圍內(nèi)化石燃料能源的大量消耗產(chǎn)生一系列的環(huán)境問題，給人類生存環(huán)境造成的危害日趨明顯，風(fēng)力發(fā)電才逐漸被重視起來，尤其到90年代，由于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，風(fēng)力發(fā)電從新能源中脫穎而出，成為一種最具工業(yè)開發(fā)規(guī)模的新能源。風(fēng)能是一種可再生能源，它資源豐富，是一種永久性的本地資源，可為人類提供長期穩(wěn)定的能源供應(yīng)；它安全、清潔，沒有燃料燃燒所產(chǎn)生的危害，更不會(huì)在使用過程中污染環(huán)境。因此，世界各國都在加快風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究，以緩解越來越重的能源與環(huán)境壓力。中國具有豐富的風(fēng)能資源，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有良好的資源基礎(chǔ)。據(jù)估計(jì)，內(nèi)地及近海風(fēng)資源可開發(fā)量約為10億千瓦，主要分布在東南沿海及附近島嶼、內(nèi)蒙古、新疆和甘肅河西走廊，以及華北和青藏高原的部分地區(qū)。中國政府將風(fēng)力發(fā)電作為改善能源結(jié)構(gòu)、應(yīng)對(duì)氣候變化和能源安全問題主要能源替代技術(shù)之一，給予有力的扶持。確定了2010年和2020年風(fēng)電裝機(jī)容量分別達(dá)到1000萬千瓦和1億?1.2億千瓦的目標(biāo)，制定了風(fēng)電設(shè)備國產(chǎn)化相關(guān)政策，并輔以“風(fēng)電特許權(quán)招標(biāo)”等措施，推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新、市場(chǎng)培育和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。2風(fēng)力機(jī)概述2.1風(fēng)力機(jī)類型目前用于風(fēng)力發(fā)電的風(fēng)力機(jī)按風(fēng)輪結(jié)構(gòu)和在氣流中的位置主要分為兩種：一種是水平軸風(fēng)力機(jī)，一種是垂直軸風(fēng)力機(jī)，兩種風(fēng)力機(jī)相比各有各的特點(diǎn)。2.2風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)和組成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要由葉輪、傳動(dòng)系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、機(jī)艙、塔架與基礎(chǔ)組成。葉輪是由葉片和輪轂組成，其功能是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。其中，葉片是風(fēng)力機(jī)的關(guān)鍵部件之一，其主要作用是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，其良好的設(shè)計(jì)、可靠的質(zhì)量和優(yōu)越的性能是保證風(fēng)力機(jī)正常穩(wěn)定運(yùn)行的決定因素。傳動(dòng)系統(tǒng)一般包括低速軸、高速軸、增速齒輪箱、聯(lián)軸節(jié)和制動(dòng)器等。偏航系統(tǒng)的功能是跟蹤風(fēng)向變化，驅(qū)動(dòng)機(jī)艙圍繞塔架中心線旋轉(zhuǎn)，使風(fēng)輪掃掠面與風(fēng)向保持垂直?？刂葡到y(tǒng)是風(fēng)力機(jī)在各種自然條件與工況下正常運(yùn)行的保障，包括調(diào)速、調(diào)向和安全控制。發(fā)電機(jī)是將風(fēng)輪的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。機(jī)艙由底盤和機(jī)艙罩組成，底盤上安裝除了控制器以外的主要部件。塔架支撐葉輪達(dá)到所需要的高度，它除了要承受風(fēng)力機(jī)的重力外，還要承受吹向風(fēng)力機(jī)和塔架的風(fēng)壓，以及風(fēng)力機(jī)運(yùn)行的動(dòng)載荷。基礎(chǔ)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其中心位置與塔架連接在一起，保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組牢牢固定在基礎(chǔ)上。3大功率水平軸風(fēng)力機(jī)發(fā)展的意義大型水平軸風(fēng)力機(jī)因其技術(shù)特點(diǎn)突出，特別是具有風(fēng)能利用率高、機(jī)構(gòu)緊湊等方面的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為當(dāng)前風(fēng)力機(jī)發(fā)展的主要方向。因?yàn)閭鹘y(tǒng)垂直軸風(fēng)機(jī)自啟動(dòng)性能差、主軸易引起諧振、剎車制動(dòng)難度大、效率低、并網(wǎng)困難等缺點(diǎn)，相較于垂直軸風(fēng)力機(jī)而言，水平軸風(fēng)力機(jī)的技術(shù)相對(duì)成熟，所以，水平軸風(fēng)力機(jī)已經(jīng)形成了大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)。4國內(nèi)外風(fēng)力機(jī)技術(shù)的現(xiàn)狀4.1國內(nèi)風(fēng)力機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀2005年之前，國內(nèi)只能制造600千瓦以下風(fēng)電設(shè)備，零部件配套能力也很差，關(guān)鍵部件依賴進(jìn)口，750千瓦以上風(fēng)機(jī)全部依賴進(jìn)口。2005年《可再生能源法》頒布之后，在政策激勵(lì)和市場(chǎng)拉動(dòng)的雙重作用下，風(fēng)電設(shè)備制造和設(shè)計(jì)技術(shù)加速發(fā)展，開始形成自主制造能力，2005年750千瓦的國產(chǎn)風(fēng)力機(jī)問世，成為2006年、2007年的主流機(jī)型。2006年1.5兆瓦的國產(chǎn)風(fēng)機(jī)問世，2007年開始大批量供應(yīng)國內(nèi)市場(chǎng)，2007年底，2兆瓦的風(fēng)電設(shè)備開始下線調(diào)試，2008年開始批量供應(yīng)市場(chǎng)。目前，我國雖然制造出兆瓦級(jí)的風(fēng)力機(jī)，但是從根本上來說我們還沒有自主設(shè)計(jì)開發(fā)的能力。而自主設(shè)計(jì)開發(fā)對(duì)我國風(fēng)電事業(yè)的長期發(fā)展是非常重要的，它不僅可以使我們擺脫從國外進(jìn)口風(fēng)力機(jī)的局面，而且可以從根本上解決我國的風(fēng)機(jī)行業(yè)的“瓶頸”問題，促進(jìn)我國風(fēng)電行業(yè)快速發(fā)展。4.2國外風(fēng)力機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀國外風(fēng)電企業(yè)起步較早，上世紀(jì)末，風(fēng)電機(jī)組主流機(jī)型是750千瓦，到2002年主流機(jī)型已經(jīng)達(dá)到1.5兆瓦以上。2003年全球安裝的風(fēng)電機(jī)組平均單機(jī)容量達(dá)到1.2兆瓦，美國已經(jīng)研制成功7兆瓦風(fēng)力機(jī)，而英國正在研制10兆瓦的巨型風(fēng)力機(jī)。隨著機(jī)組大型化的發(fā)展，兆瓦級(jí)以上的機(jī)組技術(shù)普遍采用了變槳距和變速恒頻的先進(jìn)技術(shù)。歐洲是全世界風(fēng)力發(fā)電發(fā)展速度最快、裝機(jī)容量最多的地區(qū)。國外建立了完善的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)、制造和監(jiān)控體系，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行、維護(hù)和管理方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組質(zhì)量、運(yùn)行可靠性和效率都處于領(lǐng)先地位。5風(fēng)力機(jī)葉片設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)5.1簡化葉素理論設(shè)計(jì)方法根據(jù)貝茨理論的葉輪最大功率條件下，不考慮葉片渦流的分布和影響，經(jīng)推倒，葉素r處有:"t8n1~=~X~9AJA+1e=coti(1.54)又有:一般取沖角a是在升阻比Cl/Cd最大值附近，稱為最佳沖角。從而可以分別推到求出葉素r出的弦長t和葉素安裝角6。

5.2Glauert理論設(shè)計(jì)方法Glauert設(shè)計(jì)方法考慮了風(fēng)輪后渦流流動(dòng)的葉素理論（即考慮了軸向誘導(dǎo)因子a和切向誘導(dǎo)因子b），但在另一方面，該方法忽略了葉片翼型阻力和翼梢損失的影響，因?yàn)檫@兩者對(duì)葉片外形設(shè)計(jì)的影響較小，但對(duì)風(fēng)能利用系數(shù)&的影響較大。經(jīng)公式推到，葉素r處有：Czt8“（1—k）1i+k九黑ei±^)i+k九黑ei±^)2+i

r1+k\kr1+R1+九0=COt—1*4|3=0—a便可分別推到求出Glauert理論下葉素r出的弦長t和葉素安裝角6。二、設(shè)計(jì)內(nèi)容1風(fēng)力機(jī)額定功率、壽命、相關(guān)速度參數(shù)及葉片數(shù)等的確定1.1額定功率根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書取額定功率：Pr=2.0MW1.2設(shè)計(jì)壽命一般風(fēng)力機(jī)組的設(shè)計(jì)壽命至少為20年，這里選20年設(shè)計(jì)壽命。1.3切入風(fēng)速、切出風(fēng)速、額定風(fēng)速切入風(fēng)速取vin=3m/s切出風(fēng)速取vout=25m/s額定風(fēng)速?。?12m/s1.4葉片數(shù)一般風(fēng)輪葉片數(shù)取決于風(fēng)輪的尖速比入。目前用于風(fēng)力發(fā)電一般屬于高風(fēng)速發(fā)電機(jī)組，即入=4-7左右，葉片數(shù)一般取2—3。此外，葉片數(shù)目的確定應(yīng)與實(shí)度一起考慮，既要考慮風(fēng)能利用系數(shù)，也要考慮啟動(dòng)性能，總之要達(dá)到最多的發(fā)電量為目的。由于三葉片的風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行和輸出功率較平穩(wěn)，目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用三葉片較多。所以葉片數(shù)?。築=31.5各部分效率傳動(dòng)系統(tǒng)效率缶取0.95

2風(fēng)力機(jī)幾何參數(shù)的確定2.1葉輪直徑和掃掠面積風(fēng)力機(jī)額定功率：P「=2魅叫3町1掃掠面積：f=m4其中：Pr——風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的額定輸出功率，取2.0MW，^眨.0X106W；Cp——額定功率下風(fēng)能利用系數(shù)，取0.35；p——空氣密度，取1.225Kg/m3；F——葉輪掃掠面積；D——葉輪直徑；匕額定風(fēng)速，取12m/s；幻——傳動(dòng)系統(tǒng)效率，取0.95。由以上公式，可以計(jì)算出:葉輪直徑:I叫=[-\兀Cppu‘3^]N兀x0.35x1.225x123x0.958X2.0X106就85.06m為了便于計(jì)算，取D=85m。2.2葉輪掃掠面積掃掠面積：F=四2=些42=5674.5m2443風(fēng)力機(jī)葉尖速比、轉(zhuǎn)速的確定3.1葉尖速比的確定對(duì)于三葉片風(fēng)力機(jī)，葉尖速比選在6左右，風(fēng)電機(jī)組具有較高的風(fēng)能利用技術(shù)。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的氣動(dòng)噪聲正比于K，通常將陸基風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉尖速度限制在65m/s左右，近海74m/s左右。所以，本設(shè)計(jì)取入=5.5。3.2轉(zhuǎn)速的確定根據(jù)葉尖速比公式：入K=*vr60%所以，轉(zhuǎn)速為：n=60四=60x5.5x12=i4.83rpm2兀R2X兀X8524功率曲線，風(fēng)能利用系數(shù)。^曲線，推力系數(shù)&曲線風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)需給出功率輸出特性曲線，在給定風(fēng)力機(jī)的切入風(fēng)速、切出風(fēng)速和額定風(fēng)速后，可以用下式計(jì)算輸出功率。PX竺一^^II(v<V<V)%=」iTWiWiII<i<Iii)IIIIIIII(〃曲iiiiiii<u或u>u：屈其中k為威布爾分布形狀參數(shù)1<k<3,此處取k=2風(fēng)能利用系數(shù)&的計(jì)算公式為：&="囂叢據(jù)查閱相關(guān)資料，還需使用的公式如下：Cp=4q(1-Q)2IIIIIJ=4L(1I-Q)其中，a為軸向誘導(dǎo)因子。利用上述公式，由EXCEL的函數(shù)運(yùn)算，計(jì)算得到隨著風(fēng)速的變化％、q和&的值的變化。

表格1風(fēng)力機(jī)基本參數(shù)風(fēng)速v(m/s)輸出功率Pw（kW）風(fēng)能利用系數(shù)Cp軸向誘導(dǎo)因子a推力系數(shù)Ct葉尖速比30.000000.000000.000000.0000021.989594444103.703700.491000.183990.6005516.492195835237.037040.574600.266780.7824413.193756676400.000000.561140.248040.7460610.994797227592.592590.523510.208870.660969.4241119058814.814810.482230.178680.587008.24609791791066.666670.443370.155400.524997.329864815101348.148150.408510.137580.474626.596878333111659.259260.377750.122710.430605.997162121122000.000000.350710.111050.394875.497398611132000.000000.275840.081840.300575.074521795142000.000000.220860.062910.235804.712055952152000.000000.179560.050010.190034.397918889162000.000000.147960.040260.154544.123048958172000.000000.123350.033020.127733.880516667182000.000000.103910.027490.106933.664932407192000.000000.088360.023160.090493.472041228202000.000000.075750.019710.077303.298439167212000.000000.065440.016690.065663.141370635222000.000000.056910.014490.057142.998581061232000.000000.049810.012650.049962.868207971242000.000000.043840.011110.043962.748699306252000.000000.038790.009820.038882.638751333ooO

ODO505221

輸出功率靜態(tài)功率曲線ooOoOO51輸出功率Pw(Kw)1113151719212325風(fēng)速v(m/s)圖一靜態(tài)功率曲線風(fēng)能利用系數(shù)Cp隨風(fēng)速的變化風(fēng)能利用系數(shù)210■■■o風(fēng)能利用系數(shù)210■■■ooO風(fēng)能利用系數(shù)Cp1113151719212325風(fēng)速v(m/s)圖二風(fēng)能利用系數(shù)隨風(fēng)速變化曲線推力系數(shù)Ct隨風(fēng)速的變化圖三推力系數(shù)隨風(fēng)速變化曲線推力系數(shù)Ct圖四風(fēng)能利用系數(shù)隨葉尖速比變化曲線風(fēng)能利用系數(shù)推力系數(shù)Ct葉尖速比8.255.073.662.879921-90076543210■■■■■■■■■■OOOOOOOOOO推力系數(shù)風(fēng)能利用系數(shù)Cp隨葉尖速比的變化圖四風(fēng)能利用系數(shù)隨葉尖速比變化曲線風(fēng)能利用系數(shù)推力系數(shù)Ct葉尖速比8.255.073.662.879921-90076543210■■■■■■■■■■OOOOOOOOOO推力系數(shù)推力系數(shù)Ct隨葉尖速比的變化圖五推力系數(shù)隨葉尖速比變化曲線此時(shí)，從表格或風(fēng)能利用系數(shù)隨葉尖速比的變化曲線中可以看出，當(dāng)在額定風(fēng)速％=12m/s時(shí)，即功率系數(shù)約為0.351時(shí)的葉尖速比約為5.50，則切向速度為66m/s，設(shè)計(jì)合理。5功率控制方式，傳動(dòng)系統(tǒng)，制動(dòng)系統(tǒng)的選擇5.1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。5.2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）、制動(dòng)裝置。5.3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。6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可以按公式計(jì)算初步確定。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，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)組附近的障礙物高度，單位m；C障礙物最高點(diǎn)到葉輪掃掠面的距離（最小取1.5—2.0m），單位m；R葉輪半徑。單位m。綜上考慮，塔架高度H取70m。7設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及風(fēng)力機(jī)等級(jí)7.1設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為IEC61400-1。7.2風(fēng)力機(jī)等級(jí)50m高度處的年平均風(fēng)速為7m/s。取IECIIIA，參考下表:表格2風(fēng)力機(jī)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)力機(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％-5匕逾(m/s)5042.537.530年平均風(fēng)速％(m/s)108.57.56湍流強(qiáng)度等級(jí)A￡150.180.180.180.18a2222B￡150.160.160.160.16b33338關(guān)鍵部件氣動(dòng)載荷計(jì)算這部分關(guān)鍵是進(jìn)行葉輪葉片的氣動(dòng)設(shè)計(jì)。翼型采用NACA63418翼型。數(shù)據(jù)如下：

圖六翼型的升阻比隨沖角變化曲線攻角與升阻力系數(shù)之間的關(guān)系攻角與升力系數(shù)

攻角七阻力條敷圖七攻角與升阻力系數(shù)曲線圖六翼型的升阻比隨沖角變化曲線攻角與升阻力系數(shù)之間的關(guān)系攻角與升力系數(shù)

攻角七阻力條敷從圖中可以看出，攻角約等于13°時(shí)升力系數(shù)最大，大約為1.400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0.9倍，為1.244,此時(shí)的阻力系數(shù)為0.015。當(dāng)攻角為5°時(shí)升阻比最大，此時(shí)升力系數(shù)為0.904。在葉片處選擇10段截面，位置x分別在10%R、20%R、30%R……90%R、100%R處。為減小輪轂附近葉素的弦長，這10個(gè)葉素的設(shè)計(jì)沖角o分別為：9°、8°、7°、6°、5°……5°，查圖，其分別對(duì)應(yīng)的升力系數(shù)為：9°—1.244,8°—1.135，7°—1.013，6°—0.943，5°—0.904。8.1利用Glauert理論設(shè)計(jì)由相關(guān)公式可分別計(jì)算出各葉素處的半徑r、葉素葉尖速比久、系數(shù)6,速率倍數(shù)k、轉(zhuǎn)率倍數(shù)h、葉素傾角e，葉素安裝角6、并根據(jù)系數(shù)匹分別計(jì)算出最佳r弦長和設(shè)計(jì)弦長、各葉素處的氣流相對(duì)速度w、推力參數(shù)啟、轉(zhuǎn)矩參數(shù)血,、功率系數(shù)參數(shù)P,等等。所需公式如下：(1)r=xR0=1tani^r+-k=cos?J42+1h=J1+%N外2e=coti(a或vr1+P6=ea突=弒1*)x1r1+fc11+^Z1+^)2_mfM1+J+1w="r(1+"2sin6H=冬九+1E1以片Kmr=(1+k)2Hcot^(r)2p,=(1+k)3Hcot仞檢將以上公式進(jìn)行編程計(jì)算。計(jì)算結(jié)果如下:

表格3設(shè)計(jì)風(fēng)力機(jī)的Glauert理論計(jì)算結(jié)果1位置葉素安裝角6葉素傾角e最佳弦長設(shè)計(jì)弦長七2氣流相對(duì)速度w/(m/s)4.2531.7928140.792819.567706.9527312.836628.520.1824628.182469.338517.4379017.3024912.7513.8122720.812277.709806.8802222.771731710.2959716.295976.329286.0675228.7065721.258.3220713.322075.299325.2993234.8770725.56.2389311.238934.531824.5318241.1794029.754.706859.706853.947113.9471147.56186343.536188.536183.490423.4904253.9963038.252.614137.614133.125413.1254160.4662742.51.869906.869902.827772.8277766.96153表格4設(shè)計(jì)風(fēng)力機(jī)的Glauert理論計(jì)算結(jié)果II推力參數(shù)轉(zhuǎn)矩參數(shù)位置參數(shù)k參數(shù)hfrmr功率參數(shù)Pr4.250.397751.944940.084180.007260.039958.50.361941.310790.173800.018620.1024312.750.348491.150090.263570.030060.16530170.342511.087370.353080.041290.2270821.250.339421.056880.442400.052380.2880825.50.337651.039880.531600.063380.3485929.750.336551.029480.620720.074320.40878340.335811.022660.709780.085230.4687538.250.335301.017950.798810.096110.5285942.50.334941.014570.887820.106970.58831

三、設(shè)計(jì)結(jié)果表格5主要設(shè)計(jì)結(jié)果葉片數(shù)3葉尖速比5.5切入風(fēng)速3m/s功率控制變槳距控制切出風(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12m/s塔架高度70m額定功率2.0MW設(shè)計(jì)壽命20年風(fēng)能利用系數(shù)0.35設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)IEC61400葉輪轉(zhuǎn)速14.83rpm風(fēng)力機(jī)等級(jí)IECIIIA葉輪直徑85m四、相關(guān)圖片及設(shè)計(jì)程序1相關(guān)圖片圖八總體布置參考圖

2Glauert理論程序#include<stdio.h>#include<math.h>voidmain()(floatX,r,v,i1,i2,i3,t1,t2,w,a1,a2,a3,pi=3.1415926;inti;FILE*p;p=fopen("D:\\123.txt","w+");for(i=0;i<10;i++)(printf("輸入葉素位置x(0.1-1.0)：");scanf("%f",&x);r=x*42.5;v=x*5.5;i1=atan((double)(1/(1.5*v)))*(180/pi);a1=sqrt((double)(2.25*v*v+1));a2=(8*pi)/(3*v*a1);/*a2=(cl*z*t)/r*/t1=(a2*r)/(0.904*3);a3=sin((double)(i1*pi/180));w=(2*12)/(3*a3);if(x<0.2)(i2=9;i3=i1-i2;t2=(a2*r)/(1.244*3);}elseif(x<0.3)(i2=8;/*輸入葉素位置*//*此處葉素半徑*//*此處葉素葉尖速比*//*葉素傾角seita*//*最佳弦長*//*切向氣流速度*//*葉素安裝角beita*//*設(shè)計(jì)弦長*/i3=i1-i2;t2=(a2*r)/(1.135*3);}elseif(x<0.4)(i2=7;i3=i1-i2;t2=(a2*r)/(1.013*3);}elseif(x<0.5)(i2=6;i3=i1-i2;t2=(a2*r)/(0.943*3);}else(i2=5;i3=i1-i2;t2=t1;}printf("葉素位置x=%f\n半徑r=%f\n葉尖速比v=%f\n葉素傾角i1=%f\n沖角i2=%f\n葉素安裝角i3=%f\n系數(shù)Cl*z*t/r=%f\n最佳弦長t1=%f\n設(shè)計(jì)弦長t2=%f\n氣流相對(duì)速度w=%f\n\n",x,r,v,i1,i2,i3,a2,t1,t2,w);fprintf(p,"葉素位置x=%f\n半徑r=%f\n葉尖速比v=%f\n葉素傾角i1=%f\n沖角i2=%f\n葉素安裝角i3=%f\n系數(shù)Cl*z*t/r=%f\n最佳弦長t1=%f\n設(shè)計(jì)弦長t2=%f\n氣流相對(duì)速度w=%f\n\n",x,r,v,i1,i2,i3,a2,t1,t2,w);}}五、結(jié)論/*輸入葉素位置*//*此處葉素半徑*//*此處葉素葉尖速比*//*葉素傾角seita*//*最佳弦長*//*切向氣流速度*//*葉素安裝角beita*//*設(shè)計(jì)弦長*/本次課設(shè)的命題較為合理，在現(xiàn)如今新能源大力倡導(dǎo)的背景下，作為本專業(yè)的學(xué)生，展開風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)十分必要，通過本次課程設(shè)計(jì)，能讓我從風(fēng)力機(jī)的角度更加深入的了解風(fēng)能利用技術(shù)這門課程，也對(duì)風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)有了一個(gè)較為全面的認(rèn)識(shí)。2設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)在本次課程設(shè)計(jì)中，對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片的設(shè)計(jì)主要運(yùn)用了葉素理論、動(dòng)量理論以及Glauert理論，此三種理論基本可以滿足對(duì)所選取的2.0MW的風(fēng)力機(jī)的葉片設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)結(jié)果也較為合理，可以滿足葉片的氣動(dòng)需求。3設(shè)計(jì)運(yùn)用的工具本次設(shè)計(jì)主要運(yùn)