风力发电机组设计和制造课程设计汇本.doc

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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：院系：班级：学号：学生：指导教师：设计周数：成绩：日期：2013年7月3日目录Ø任务书4一设计容4二目的与任务4三主要容4四进度计划5五设计（实验）成果要求5六考核方式5Ø总体参数设计5一额定功率5二设计寿命5三额定风速、切入风速、切除风速5四重要几何尺寸51风轮直径和扫掠面积52轮毂高度6五总质量6六发电机额定转速和转速围6七叶片数B6八功率曲线和Ct曲线61功率曲线62Ct曲线7九确定攻角α，升力系数CL，叶尖速比λ，风能利用系数Cp7十风轮转速7十一其他7十二风电机

2、组等级选取7Ø叶片气动优化设计7一优化过程8二叶片优化结果8Ø主要部件载荷计算8一叶片载荷计算81作用在叶片上的离心力Fc82作用在叶片上的风压力Fv93作用在叶片上的气动力矩94作用在叶片上的陀螺力矩Mk9二主轴载荷计算9三塔架载荷计算101暴风工况风轮气动推力计算102塔架的强度设计（考虑塔架高度折减系数的强度计算）11Ø主要部件功率12一发电机13二变流器13三齿轮箱13四联轴器13五偏航13Ø风电机组布局13Ø设计总结13Ø附录15图115图216图316图416图517图617图718图818图918图1019图1119图1

3、220图1320图1420图1521Ø参考文献21Ø任务书一设计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：每位同学独立完成风电机组总体技术设计，包括：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.确定塔架的设计方案。6.每人撰写一份课程设计报告。三主要容每人选择功率围在1.5MW至

4、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。空气密度设定为1.225kg/m3。2.设计容（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

5、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算报告。一进度计划序号设计(实验)容完成时间备注1风电

6、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天二设计（实验）成果要求提供设计的风电机组的性能计算结果；绘制整机总体布局工程图。三考核方式每人提交一份课程设计报告；准备课程设计PPT，答辩。Ø总体参数设计一额定功率根据《设计任务书》要求，选择2.5MW进行设计。二设计寿命风力发电机组安全等级Ⅰ~Ⅲ的设计寿命至少为20年。故设计寿命为20年。三额定风速、切入风速、切除风速切入风速Vin=3m/s；额定风

7、速Vr=13m/s；切除风速Vout=25m/s。四重要几何尺寸1风轮直径和扫掠面积风轮直径决定机组在多大的围获取风中蕴含的能量。直径应根据不同风况与额定功率匹配，以获得最大的年发电量和最低的发电成本。风轮直径有下述简单计算公式：D=8PrCpρvr3πη1η2=8×25000000.44×1.225×133×π×0.95×0.91=78.7m式中Pr——额定输出功率，取2.5MW；η1——主传动系统的总效率，取0.95；η2——发电系统效率，发电机效率取0.96，变流器效率取0.95；Cp——风能利用系数，取0.44；ρ——空气密度

8、，取1.225kg/m3；vr——额定风速，13m/s。扫掠面积A=π×D24=π×78.724=4864m2。1轮毂高度塔架高度取60m。轮毂高度zhub=zt+H=2.25+60=62.25m。式中zt——塔顶平面到