《风力发电机组设计与制造》课程设计任务书

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1、课程设计(综合实验)报告(2012–2013年度第二学期)名称：题目：院系：班级：学号：学生姓名：指导教师：设计周数：成绩：日期：2013年月日《风力发电机组设计与制造》课程设计任务书一、设计内容风电机组总体技术设计二、目的与任务主要目的：1.以大型水平轴风力机为研究对象，掌握系统的总体设计方法；2.熟悉相关的工程设计软件；3.掌握科研报告的撰写方法。主要任务：1.确定风电机组的总体技术参数；2.关键零部件（齿轮箱、发电机和变流器）技术参数；3.计算关键零部件（叶片、风轮、主轴、连轴器和塔架等）载荷和技术参数；4.完成叶片设计任务；5.确定塔架的

2、设计方案。6.撰写一份课程设计报告。三、主要内容选择功率范围在1.5MW至6MW之间的风电机组进行设计。1）原始参数：风力机的安装场地50米高度年平均风速为7.0m/s，60米高度年平均风速为7.3m/s，70米高度年平均风速为7.6m/s，当地历史最大风速为49m/s，用户希望安装1.5MW至6MW之间的风力机。采用63418翼型，63418翼型的升力系数、阻力系数数据如表1所示。空气密度设3定为1.225kg/m。2）设计内容（1）确定整机设计的技术参数。设定几种风力机的Cp曲线和Ct曲线，风力机基本参数包括叶片数、风轮直径、额定风速、切入风

3、速、切出风速、功率控制方式、传动系统、电气系统、制动系统形式和塔架高度等，根据标准确定风力机等级；（2）关键部件气动载荷的计算。设定几种风轮的Cp曲线和Ct曲线，计算几种关键零部件的载荷（叶片载荷、风轮载荷、主轴载荷、连轴器载荷和塔架载荷等）；根据载荷和功率确定所选定机型主要部件的技术参数（齿轮箱、发电机、变流器、连轴器、偏航和变桨距电机等）和型式。以上内容建议用计算机编程实现，确定整机和各部件（系统）的主要技术参数。（3）塔架根部截面应力计算。计算暴风工况下风轮的气动推力，参考风电机组的整体设计参数，计算塔架根部截面的应力。最后提交有关的分析计

4、算报告。四、进度计划序号设计(实验)内容完成时间备注1风电机组整体参数设计2.5天2风电机组气动特性初步计算2天3机组及部件载荷计算2天4齿轮箱、发电机、变流器技术参数1.5天4塔架根部截面应力计算1天5报告撰写1.5天6课程设计答辩1.5天五、设计（实验）成果要求1．提供设计的风电机组的性能计算结果；2．绘制整机总体布局工程图。六、考核方式提交一份课程设计报告；准备课程设计PPT，答辩。风电机组总体技术设计一、确定风电机组的总体技术参数1、叶片数B=3风轮的叶片数取决于风轮尖速比，一般来说，要得到很大的输出扭矩就需要较大的叶片实度；现代风力发电

5、机组实度较少，一般只需要1~3个叶片。叶片数多的风力机在低尖速比运行时有较高的风能利用系数，既有较大的转矩，而且启动风速低，适用于提水。而叶片数少的风力机则在高尖速比运行时有较高的风能利用系数，但启动风速高，因此适用于风力发电。3叶片风轮有以下优点：平衡简单，动载荷小；3叶片使风力发电机组系统运行平稳，基本消除了系统的周期载荷，输出较稳定的转矩；3叶片风轮通常能提供较佳的效率；3叶片风轮从审美的角度来说更令人满意；3叶片风轮的受力平衡好，轮毂可以简单些；噪声相对较小。综上所述，叶片数B选取3。2、机组额定功率及种类选取3MW级别的双馈变速恒频式风

6、力发电机组3、切入风速取切入风速Vin=3m/s。4、切出风速取切出风速Vout=25m/s。5、额定风速取额定风速Vr=13m/s。6、各部分效率传动系统效率η1取0.95发电机效率η2取0.96变流器效率η3取0.967、风能利用系数Cp额定功率下风能利用系数Cp取0.388、风轮直径由风力发电机组输出功率得叶片直径：8PrD===92m3VrCp123其中：Pr--风力发电机组额定输出功率，取3000kW；3--空气密度（一般取标准大气状态），取1.225kg/m；Vr--额定风速，取13m/s；D--风轮直径；η1--传动系统效率，取0.

7、95；η2--发电机效率，取0.96；η3--变流器效率，取0.96；Cp--额定功率下风能利用系数,取0.38。9、功率Pw曲线，风能利用系数CP和推力系数CT曲线的确定风电机组的设计需要给出功率输出特性曲线。如果确定了风电机组的切入风速，额定风速和切出风速，可以利用下面的方程计算输出功率，查阅相关资料，得到其风能利用系数随着风速的变化值，2得到下表。（其中所用公式为：Cp=4a(1-a)Ct=4a(1-a)8PrD=3VrCp123)利用上述的公式，由excel的函数运算，计算得到随着风速的变化，Cp、和Ct的值得变化风速风能利用系数轴向诱导

8、因功率Pw[kW]推力系数CT叶尖速比v[m/s]Cp子a30.000000.000000.000000.0000022.4798407