风力发电机组设计与制造_课程设计

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1、课程设计(综合实验)报告(2011--2012年度第2学期)名称：风力发电机组设计与制造题目：风力发电机组设计与制造院系：可再生能源学院班级：风能0903学号：1091540307学生姓名：陈硕指导教师：田德、王永设计周数：2周成绩：日期：2012年6月一．设计任务要求1.设计内容风电机组总体技术设计2.目的与任务1.2.1.2.2.1.主要目的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；熟悉相关的工程设计软件；掌握科研报告的撰写方法。2.2.主要任务：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；掌握科研报告的撰写方法。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。每人撰写一份课程设计报告。一．设计正文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48m/s，用户希望安装1.5MW至

3、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。表163418翼型的升力系数、阻力系数数据1.确定整机设计的技术参数2.1.额定功率Pr：3MW2.2.设计寿命：20年2.3.叶片数B：3一般来说，要得到很大的输出扭矩就需要较大的叶片实度，现代风力发电机组实度较小，一般只需要1—3个叶片。3叶轮的平衡简单，动态载荷小，通常能提供较佳的效率，而且噪声小，从审美的角度也比较令人满意。综上所述，叶片数选择3。2.4.切入风速vin：3m/s切出

4、风速vout：25m/s额定风速vr：vr=1.70vave=1.70*7.6=12.9m/s2.5.叶尖速比叶尖速比是风轮的叶尖线速度的与额定风速之比式中，Ω–风轮角速度R–风轮半径对于三叶片的风机，叶尖速比选在6—8的范围内，风电机组具有较高的风能利用系数。由于风力发电机组产生的气动噪声正比于λ5，通常将陆基风力发电机组的叶尖速度限制在65m/s左右，近海74m/s。本设计取λ=6.5。不同攻角下的风能利用系数随叶尖速比的变化曲线即Cp--λ曲线如图1，由Cp--λ曲线可得出此时Cp=0.35。图1不同攻角下的

5、Cp--λ曲线1.2.2.1.2.2.2.3.2.4.2.5.2.1.风轮直径式中，Pr—风力机额定功率，设计值为2MW—（标准大气压）空气密度，取1.225kg/m3Vr—额定风速，取12.9m/s--传动系统效率，取0.96--发电机效率，取0.97Cp—额定功率下风能利用系数，取0.35则叶片长度取47m风轮扫掠面积:2.2.塔架高度由于风速与距地面高度有关，增高塔架可使风轮获取更多风能，但制造更高的塔架就需要更多的材料，成本也会增加。大型机组塔架高度H可按下式初步确定：H=（0.8—1.3）D式中，D—风轮

6、直径另外，塔架高度选择与地形与地貌有关，考虑地貌因数的塔架最低设计高度一般可按下式估算：H=h+C+R式中，h–机组附近障碍物的高度C–障碍物最高点到风轮扫掠面最低点的距离（最小去1.5—2.0m）综合以上因素，取塔架高度H=80m2.1.轮毂高度zhub=zt+zj=90m式中，zj–塔架高度zt–塔顶平面到风轮扫掠面中心的高度25m直径以上的风轮，其轮毂中心高与风轮直径的比基本为1:1。2.2.确定风轮转速风力发电机组产生的气动噪声正比于叶尖速度的5次方，通常将陆上风力发电机组的叶尖速度限制在80m/s以下，但

7、此处由于设计要求较高的风轮利用系数，因此机组运转过程中会产生较大的噪声。根据叶尖速比公式2.3.功率曲线、Cp曲线、Ct曲线的确定风电机组的设计需给出功率输出特性曲线。如果确定了风电机组的切入风速、切出风速和额定风速，可以用下式计算输出功率Pw，Pw=其中，к为威布尔分布形状参数，1<к<3，此出取к=2风能利用系数Cp计算公式如下，推力系数CT计算公式如下，在excel中利用以上计算公式进行函数运算，可得出下列参数数值，如表2所示表2额定功率、输出功率、风能利用系数、推力系数与风速关系根据参数可以利用excel生

8、成图2-4的关系曲线图2Pw-v关系曲线图3Cp-v关系曲线图4CT-v曲线2.1.控制方式：变速恒频主动变桨距控制2.2.制动系统类型：空气动力制动和机械制动（液压刹车系统和变桨距系统）2.3.偏航系统：三台电动机内驱动式偏航系统2.4.风力机等级：Ⅲ级1.关键部件气动载荷计算1.2.3.3.1.气动特性初步计算3.1.1.确定攻角α与升力系数、阻力系数的