風(fēng)力發(fā)電機設(shè)計與制造課程設(shè)計

一．總體參數(shù)設(shè)計能的基本參數(shù)，主要包括額定功率、發(fā)電機根據(jù)《設(shè)計任務(wù)書》選定額定功率P=；一般風(fēng)力機組設(shè)計壽命至少為20年，這里選r2.切出風(fēng)速、切入風(fēng)速、額定風(fēng)速切入風(fēng)速取V=3m/s切出風(fēng)速取V=25m/sout額定風(fēng)速V=12m/s(對于一般變槳距風(fēng)力發(fā)電機組(選)的額定風(fēng)速與平均風(fēng)速之比rr——空氣密度(一般取標準大氣狀態(tài))，取m3；r1n機效率，?。?n器效率，取；3C——額定功率下風(fēng)能利用系數(shù),取。p功率曲線結(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：P0P(t)——在給定時間段內(nèi)V(t)的平均值所對應(yīng)的功率；△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,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)123——空氣密度(一般取標準大氣狀態(tài))，取——空氣密度(一般取標準大氣狀態(tài))，取m3；rC——額定功率下風(fēng)能利用系數(shù),取。p風(fēng)速風(fēng)速3456789(m/s)功率(w)474425344443795269545220275582698680速(m/s)功率(w)350000035000003500000350000035000003500000350000035000003500000速(m/s)功率(w)350000035000003500000350000035000000P0p00葉片數(shù)能影響等因素。功率控制方式選擇主動變槳距控制；制動系統(tǒng)形式為第一制動采用氣動剎車，第二制動ABCSI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)電機組IA~IIIC?級，統(tǒng)稱為風(fēng)力發(fā)電機組的標準等級。D104mZCZC==hub=pVin3m/sV=25m/soutrr二．葉片設(shè)計各剖面的葉尖速比2不同葉素位置的葉尖速比57．5003.根據(jù)翼型確定葉片最佳攻角α，升力系數(shù)C，Cld計算雷諾數(shù)Re圖4C-C曲線和C-alpha曲線ldl圖5CC——alpha圖l/d從圖中可以得出翼型取得最大升阻比時，最佳攻角a=5.25。，此時升力系數(shù)C=，C=，ldldldl4.葉片弦長計算步驟葉片的初步設(shè)計，但要是想對葉片進一步優(yōu)化，還需對翼型、葉根、葉尖風(fēng)進行氣動優(yōu)化設(shè)(1)求利用公式(2)求軸向干擾因子k利用公式(3)求切向干擾因子h利用公式(4)求入流角0利用公式(5)求葉素槳距角(6)計算葉片弦長C365hk葉片根部載荷計算與材料選擇蘭連接。見圖611212min212min所以風(fēng)輪根部直徑選擇三.確定主要部件lh1器功率根據(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方式：超級電容供電動方式：齒形帶傳動變槳機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖見圖9四．風(fēng)機載荷計算 (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的一個葉素，該葉素上的離心力為dF，則葉片上的離心力為：c0p為1800kg/m3，取yrr(2)葉輪轉(zhuǎn)動時的風(fēng)壓力cv1設(shè)F作用點距葉輪軸的距離為r，則有：vm(3)作用在葉片上的氣動力矩Mb(4)作用在葉片上的陀螺力矩MM是風(fēng)輪對風(fēng)調(diào)向時產(chǎn)生的慣性力矩。當風(fēng)向改變時，風(fēng)輪除以角速度繞水平主軸轉(zhuǎn)kwyrrp——慣性半徑，值為xr0Rr0Rrw由動量矩定理知，葉片受到慣性力矩M的作用，這個力矩稱為陀螺力矩。k(1)軸向誘導(dǎo)因子a=(1k)，周向誘導(dǎo)因子b=(h1);(k/h)22(2)作用在整個風(fēng)輪上的轉(zhuǎn)矩M可表示為：m4五．塔架設(shè)計塔架高度參數(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，陸地地表相對變化梯度大。輪轂高度是從地面到風(fēng)輪掃掠面中心的高度，用Z表示hubt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下，錐筒可以減少材料消耗，塔即塔架固有頻率在風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)與葉片通過頻率之間。塔架的結(jié)構(gòu)尺寸、重量和材料12D=6000mm；1d=4000mm；1D0mm;塔筒頂部內(nèi)徑：22載荷分析(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(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校核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和年平均風(fēng)速V有關(guān)。如下表5：save表5年平均風(fēng)速和最大風(fēng)速關(guān)系ss<V<7m/savemsV>=7m/savesV<=saveV=40m/ssaves(1)塔架的受力分析如下圖10：0F，單位N；222122人222J人——塔架根部的截面慣性半徑，單位為m，人=max；2Amhh11(2)塔架風(fēng)壓力F，有以下幾種計算方式:①前蘇聯(lián)的法捷耶夫公式:bbBV——風(fēng)輪中心處的暴風(fēng)風(fēng)速,單位為m/s；sttq——動態(tài)風(fēng)壓,單位為N/m，q隨高度變化，風(fēng)輪中心高度Z=處對應(yīng)的hub———動態(tài)系數(shù)，取=；P——風(fēng)輪單位掃掠面積上的平均風(fēng)壓，通常取P=300N/m2；llA——風(fēng)輪的掃掠面積。單位為m2； (3)塔架氣動推力FtsA——氣動推力作用于塔筒的面積，單位為m2；tV——風(fēng)輪中心處的暴風(fēng)風(fēng)速,單位為m/s；s(4)計算過程t22葉片的投影面積③抗彎截面系數(shù)AbW面積⑤塔架頂部截面慣性矩截面慣性矩24124J0.4242CJ0.4242Cmin.197J0.970JAJA222as1bsastbas1d⑨選取丹麥RIS公式得出的F=asNts2st2六．風(fēng)電機組布局見附錄整機工程圖七．設(shè)計總結(jié)DD4mA=8482m2=pVin=3m/sV=25m/soutrr表8風(fēng)機的功率、葉片氣動特性和載荷數(shù)量變槳電機功率°F=2547168NasF=611226Ns八．總結(jié)為期兩周的課程設(shè)計即將結(jié)束，期間經(jīng)歷了很多事。第一周主要是打公式計算，一開始也不知道如何選擇翼型，感覺完全找不到方向，而后查閱相關(guān)設(shè)計經(jīng)驗進行參考，在不斷的嘗試下才選出了我認為最佳的風(fēng)機部件。感謝老師在我們設(shè)計及畫圖時都積極提供幫助，老師組建了QQ群解答我們的問題。提醒我們要注意的地方。如果當時老師不提示，我也不會用到matlab計算，也不會用visio畫圖，如此一來，此次設(shè)計的收獲便大打折扣。并且在我們犯錯誤后及時糾正我們。再次感謝老師的指導(dǎo)與幫助。的理解，還是相關(guān)工具的使用以及交流合作的重要性，總之這次課程設(shè)計是我大學(xué)生活中一九．附錄n=lambda*60*12/pi/D;a1];b=lambda*a;psi=1/3*atan(b)+pi/3;k=sqrt(b.^2+1).*cos(psi);h=sqrt((1-k.^2)./b.^2+1);I=atan((1+k)./(1+h)./b);RDaRomega=lambda*12/R;Fc=900*omega^2*trapz(r,y1);‘計算葉片離心力’y2=(1+(1./tan(I)).^2).*(cl*cos(I)+cd*sin(I)).*C;Fv=1/2**12^2*trapz(r,y2);‘葉輪轉(zhuǎn)動風(fēng)壓力’y3=y2.*r;Rm=trapz(r,y3)./trapz(r,y2);‘作用點距軸距離’y22=(1+(1./tan(I)).^2).*(cl*cos(I)-cd*sin(I)).*C.*r;Mb=trapz(r,y22);‘計算起動力矩’y4=y1.*r;J=900*trapz(r,y4)