风力发电机设计与制造课程设计

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1、一．总体参数设计总体参数是设计风力发电机组总体结构和功能的基本参数，主要包括额定功率、发电机额定转速、风轮转速、设计寿命等。1.额定功率、设计寿命根据《设计任务书》选定额定功率Pr=3.5MW；一般风力机组设计寿命至少为20年，这里选20年设计寿命。2.切出风速、切入风速、额定风速切入风速取Vin=3m/s切出风速取Vout=25m/s额定风速Vr=12m/s（对于一般变桨距风力发电机组（选3.5MW）的额定风速与平均风速之比为1.70左右,Vr=1.70Vave=1.70×7.0≈12m/s）3.重要几何尺寸(

2、1)风轮直径和扫掠面积由风力发电机组输出功率得叶片直径：其中：Pr——风力发电机组额定输出功率，取3.5MW；——空气密度（一般取标准大气状态），取1.225kg/m3；Vr——额定风速，取12m/s；D——风轮直径；——传动系统效率，取0.95；——发电机效率，取0.96；——变流器效率，取0.95；Cp——额定功率下风能利用系数,取0.45。由直径计算可得扫掠面积：综上可得风轮直径D=104m，扫掠面积A=8482301.功率曲线自然界风速的变化是随机的,符合马尔可夫过程的特征,下一时刻的风速和上一时刻的结果

3、没什么可预测的规律。由于风速的这种特性,可以把风力发电机组的功率随风速的变化用如下的模型来表示：——在真实湍流风作用下每一时刻产生的功率,它由t时刻的V(t)决定;——在给定时间段内V(t)的平均值所对应的功率；——表示t时刻由于风湍流引起的功率波动。对功率曲线的绘制,主要在于对风速模型的处理。若假定上式表示的风模型中Pstat(t)的始终为零,即视风速为不随时间变化的稳定值,在切入风速到切出风速的范围内按照设定的风速步长,得到对应风速下的最佳叶尖速比和功率系数,带入式：——传动系统效率，取0.95；——发电机效

4、率，取0.96；——变流器效率，取0.95；——空气密度（一般取标准大气状态），取1.225kg/m3；Vr——额定风速，取12m/s；D——风轮直径；Cp——额定功率下风能利用系数,取0.45。30由以上公式，使用excel计算出不同风速对应的功率值,见表1表1风速功率关系风速（m/s）34567891011功率（w）547441297632534444379526954521038109147809020275582698680风速（m/s）121314151617181920功率（w）35000003500

5、0003500000350000035000003500000350000035000003500000风速（m/s）2122232425功率（w）35000003500000350000035000003500000将得到的数据对绘制成静态风功率曲线，如图一图1P—v静态功率曲线301.风轮额定转速三叶片风力发电机组的风轮叶尖速比一般在6至8之间，不同攻角下的风能利用系数随叶尖速比的变化曲线即CP-曲线如图2。图2CP-曲线由Cp-曲线可得出=7.5，则风轮额定转速可由下式计算得到：2.叶片数现代风力发电机的实

6、度比较小，一般需要1-3个叶片。选择风轮叶片数时考虑风电机组性能和载荷、风轮和传动成本、风力机气动噪声及景观影响等因素。3叶片较1、2叶片风轮有如下优点：l平衡简单、动态载荷小。基本消除了系统的周期载荷，输出较稳定转矩；l能提供较佳的效率；l更加美观；l噪声较小；30l轮毂较简单等。综上所述，叶片数选择3。7、功率控制方式、制动系统形式功率控制方式选择主动变桨距控制；制动系统形式为第一制动采用气动刹车，第二制动采用高速轴机械刹车。8、风力机等级由IEC标准，如表2，选择风力机等级为IECIIIA。WTGS等级II

7、IIIIS5042.537.5设计值由设计者选定A0.16B0.14C0.12表2风机等级规范表注：表中数据为轮毂高度处值，其中：A 表示较高湍流特性级；参考风速Vref 为10min 平均风速； B 表示中等湍流特性级；I 15风速为15m/s 时的湍流强度特性值。 C 表示较低湍流特性级；除表基本参数外，在风力发电机组设计中，还需要某些更重要的参数来规定外部条件。对风力发电机组IA～IIIC 级，统称为风力发电机组的标准等级。阶段性总结表总体参数设计值总体参数设计值叶片数B=3风轮直径D=104m额定输出功率

8、P=3.5MW轮毂高度Zhub=106.25m设计寿命20年风能利用系数Cp=0.45切入风速Vin=3m/s叶尖速比切出风速Vout=25m/s功率控制方式主动变桨距控制额定风速Vr=12m/s制动形式气动刹车、机械刹车风轮额定转速nr=16.5r/min传动系统高传动比齿轮箱传动风力机等级IECIIIA电气系统双馈发电机+变流器30二．叶片设计1.叶片材料选择叶片选用