發(fā)電廠及電力系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、湖南水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院HunanTechnicalCollege of Water Resources and Hydro Power姓 名： XXXX 專 業(yè)： 發(fā)電廠及電力系統(tǒng) 班 級(jí)： 10級(jí)發(fā)電廠及電力系統(tǒng)一班 學(xué) 號(hào)： 20103501XXXX 指導(dǎo)老師： 孫毅 畢業(yè)設(shè)計(jì)成果摘 要本次課題設(shè)計(jì)的題目是“風(fēng)機(jī)葉輪的設(shè)計(jì)和風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組布置方案”。風(fēng)機(jī)葉輪的設(shè)計(jì)主要是通過(guò)公式計(jì)算，得到風(fēng)輪掃掠面積，風(fēng)輪直徑，增速比等重要參數(shù)，再采用三維CAD軟件繪制葉片的翼型組合成三葉片三維立體風(fēng)機(jī)示意圖和風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組布置方案的比較選擇。本次的設(shè)計(jì)具體內(nèi)容主要包括：風(fēng)輪設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容，比如:確定風(fēng)輪掃掠面積

2、、確定風(fēng)輪直徑、確定葉片數(shù)目、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速計(jì)算、確定增速比等計(jì)算數(shù)據(jù)和翼型設(shè)計(jì)的一些相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算關(guān)鍵詞：風(fēng)力機(jī)葉片 翼型 坐標(biāo)變換 風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組布置方案（圖）緒論能源是人類社會(huì)存在與發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。過(guò)去200多年，建立在煤炭、石油、天然氣等化石燃料基礎(chǔ)上的能源體系極大地推動(dòng)了人類社會(huì)的發(fā)展。然而，人們?cè)谖镔|(zhì)生活和精神生活不斷提高的同時(shí)，也越來(lái)越感悟到大規(guī)模使用化石燃料所帶來(lái)的嚴(yán)重后果：資源日益枯竭，環(huán)境不斷惡化。因此，人類必須尋求一種新的、清潔、安全、可靠的可持續(xù)能源系統(tǒng)。受化石能源資源日趨枯竭、能源供應(yīng)安全和保護(hù)環(huán)境等的驅(qū)動(dòng)，世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家和一些發(fā)展中國(guó)家都重視風(fēng)能的開發(fā)利用。特別是自20世紀(jì)9

3、0年代初以來(lái)，風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展十分迅速，世界風(fēng)電機(jī)裝機(jī)容量的年平均增長(zhǎng)率超過(guò)了30%，2005年，中國(guó)政府對(duì)2020年的風(fēng)電發(fā)展目標(biāo)進(jìn)行了修改，將風(fēng)電裝機(jī)容量由2000萬(wàn)千瓦增至3000萬(wàn)千瓦。與此同時(shí)，我國(guó)在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究與應(yīng)用上投入了相當(dāng)大的人力及資金，充分綜合利用新材料、新型電機(jī)、電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制及通信技術(shù)等方面的最新成果，開發(fā)建立了評(píng)估風(fēng)力資源的測(cè)量及計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)，發(fā)展了變槳距控制及失速控制的風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)理論，采用了新型風(fēng)力機(jī)葉片材料及葉片翼型，研制出了變極、變滑差、變速恒頻及低速永磁等新型發(fā)電機(jī)，開發(fā)了由微機(jī)控制的單臺(tái)及多臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組成的機(jī)群的自動(dòng)控制技術(shù)，從而大大

4、提高了風(fēng)力發(fā)電的效率及可靠性。一、風(fēng)輪設(shè)計(jì)1、 由勻風(fēng)速Vm求額定風(fēng)速風(fēng)輪掃掠面積、風(fēng)輪半徑由風(fēng)電場(chǎng)具體資料可以獲得單機(jī)額定容量，額定風(fēng)速由上求得，便可由式子算出風(fēng)輪掃掠面積后，由風(fēng)輪掃掠面積由可算出風(fēng)輪直徑：，此處取風(fēng)輪直徑為30m那么風(fēng)輪半徑，即葉片長(zhǎng)度就可求得2、 葉尖速比、葉片個(gè)數(shù)K的確定葉尖速比與風(fēng)輪轉(zhuǎn)速成正比，葉尖速比越大風(fēng)輪轉(zhuǎn)速就越高，而風(fēng)輪轉(zhuǎn)速取決于風(fēng)力機(jī)的用途.用于發(fā)電的風(fēng)力機(jī)葉尖速比常取57.此處取6葉尖速比為6，由下表知葉片數(shù)可取2-4，但由于3葉片有以下優(yōu)勢(shì)。 二葉片風(fēng)機(jī)功率系數(shù)低低實(shí)度變化的主要影響如圖4-9所示.低實(shí)度產(chǎn)生一個(gè)寬而平坦的曲線，表示在一個(gè)較寬的葉尖速比

5、范圍內(nèi)變化小，但是的最大值較低，這是因?yàn)樽枘釗p失較高（阻尼損失大約與葉尖速比率的立方成比例）高實(shí)度產(chǎn)生一個(gè)含有尖鋒的狹窄的性能曲線，這使得葉輪對(duì)葉尖速比變化非常敏感并且，若實(shí)度太高，最大值將相對(duì)角低，的降低是由失速損失所造成的。由圖4-9可看出，3槳葉產(chǎn)生最佳實(shí)度。當(dāng)然，兩槳葉也是可以接受的選擇，雖然它的最大值稍微低點(diǎn)，但峰值較寬，這可以獲得較大的風(fēng)能捕獲。風(fēng)力機(jī)葉片數(shù)與葉尖速比的匹配葉尖速比葉片數(shù)葉尖速比葉片數(shù)18-2443-526-125-82-433-88-152-1 三葉片氣動(dòng)性能好,氣動(dòng)中心在旋轉(zhuǎn)中心處,是葉片數(shù)且最少的類圓形風(fēng)輪.由于3個(gè)均勻分布的葉片葉輪面上的慣性力和氣動(dòng)力較為均

6、勻，故三葉片風(fēng)機(jī)的動(dòng)力學(xué)特性好。 從視覺(jué)角度出發(fā)，三葉片風(fēng)機(jī)運(yùn)行均勻分布，美觀。綜上所述，選擇三葉片風(fēng)輪。由下圖(葉尖速比與風(fēng)輪實(shí)度關(guān)系曲線)3、 單個(gè)葉片面積葉尖速比經(jīng)計(jì)算得：4、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速n5、增速比i發(fā)電機(jī)與轉(zhuǎn)速1500rpm,可考慮用三級(jí)齒輪傳動(dòng)。6、葉片不同半徑處葉尖速比是葉尖端線速度與風(fēng)速之比。葉片從轉(zhuǎn)速中心至葉片不同半徑處的葉尖速比用表示可下式不同半徑處的圖風(fēng)輪半徑R=15m，葉尖速比由葉尖速比與葉片的相對(duì)迎風(fēng)角的關(guān)系曲線得：7、葉片不同半徑處處對(duì)應(yīng)的入流角（相對(duì)迎風(fēng)角）458、不同半徑處的弦長(zhǎng)（m） 不同截面處葉片形狀參數(shù)。1.不同截面處葉片形狀參數(shù)如下：2.升力系數(shù)CL查升力系

7、數(shù)及阻力系數(shù)、升阻比與攻角的關(guān)系曲線升力系數(shù)CL取升阻比CL/CD最大時(shí)對(duì)應(yīng)攻角處的升力系數(shù)最優(yōu)攻角，不同半徑處的玹長(zhǎng)即可求出：不同半徑ri（米）弦長(zhǎng)Li（米）150.937513.60.96333312.21.01666710.80.9459.40.9481.3333336.61.655.21.7333333.81.92.4210.833333葉片平均玹長(zhǎng)Lm=1.296 m 驗(yàn)算葉片面積 實(shí)際單個(gè)葉片的面積為 單個(gè)葉片的面積滿足要求. 升力曲線的平均斜率KL ， ， 展玄比翼展的平方與翼的面積之比，即風(fēng)輪直徑的平方與面積之比，稱展玹長(zhǎng)比，用來(lái)表示 平均攻角=8.545 葉片從轉(zhuǎn)動(dòng)中心到葉尖

8、不同位置的所應(yīng)對(duì)的葉片實(shí)際安裝角（）葉片的實(shí)際安轉(zhuǎn)角由下式給出-0.5450.4552.4555.4558.45514.45523.45536.455翼型尺寸的確定根據(jù)所選翼型查“翼型尺寸坐標(biāo)” 翼型尺寸坐標(biāo)半徑15m處XY上表面Y下表面0000.0117190.0225-0.013410.0234380.031781-0.018280.0468750.044344-0.023340.0703130.054-0.025690.093750.061781-0.026810.1406250.073969-0.0270.18750.0825-0.025690.2343750.088219-0.023

9、440.281250.0915-0.021190.3750.091875-0.016880.468750.086156-0.013130.56250.076313-0.009380.656250.062719-0.006090.750.045844-0.003660.843750.025406-0.002060.8906250.013781-0.00150.937500半徑13.6m處XY上表面Y下表面0000.0120420.02312-0.013780.0240830.032657-0.018790.0481670.045566-0.023990.072250.055488-0.02640

10、.0963330.063484-0.027550.14450.076007-0.027740.1926670.084773-0.02640.2408330.09065-0.024080.2890.094021-0.021770.3853330.094407-0.017340.4816670.08853-0.013490.5780.078415-0.009630.6743330.064447-0.006260.7706670.047107-0.003760.8670.026106-0.002120.9151670.014161-0.001540.96333300半徑12.2m處XY上表面Y下表面

11、0000.0127080.0244-0.014540.0254170.034465-0.019830.0508330.048088-0.025320.076250.05856-0.027860.1016670.066998-0.029080.15250.080215-0.029280.2033330.089467-0.027860.2541670.095668-0.025420.3050.099227-0.022980.4066670.099633-0.01830.5083330.093432-0.014230.610.082757-0.010170.7116670.068015-0.0066

12、10.8133330.049715-0.003970.9150.027552-0.002240.9658330.014945-0.001631.01666700半徑10.8m處XY上表面Y下表面0000.0118130.02268-0.013510.0236250.032036-0.018430.047250.044699-0.023530.0708750.054432-0.025890.09450.062276-0.027030.141750.074561-0.027220.1890.08316-0.025890.236250.088925-0.023630.28350.092232-0.0

13、21360.3780.09261-0.017010.47250.086846-0.013230.5670.076923-0.009450.66150.063221-0.006140.7560.046211-0.003690.85050.02561-0.002080.897750.013892-0.001510.94500半徑9.4m處XY上表面Y下表面0000.011750.02256-0.013440.02350.031866-0.018330.0470.044462-0.023410.07050.054144-0.025760.0940.061946-0.026880.1410.07416

14、6-0.027070.1880.08272-0.025760.2350.088454-0.02350.2820.091744-0.021240.3760.09212-0.016920.470.086386-0.013160.5640.076516-0.00940.6580.062886-0.006110.7520.045966-0.003670.8460.025474-0.002070.8930.013818-0.00150.9400半徑8m處XY上表面Y下表面0000.0166670.032-0.019070.0333330.0452-0.0260.0666670.063067-0.0332

15、0.10.0768-0.036530.1333330.087867-0.038130.20.1052-0.03840.2666670.117333-0.036530.3333330.125467-0.033330.40.130133-0.030130.5333330.130667-0.0240.6666670.122533-0.018670.80.108533-0.013330.9333330.0892-0.008671.0666670.0652-0.00521.20.036133-0.002931.2666670.0196-0.002131.33333300半徑6.6m處XY上表面Y下表面0

16、000.0206250.0396-0.02360.041250.055935-0.032180.08250.078045-0.041090.123750.09504-0.045210.1650.108735-0.047190.24750.130185-0.047520.330.1452-0.045210.41250.155265-0.041250.4950.16104-0.037290.660.1617-0.02970.8250.151635-0.02310.990.13431-0.01651.1550.110385-0.010731.320.080685-0.006441.4850.0447

17、15-0.003631.56750.024255-0.002641.6500半徑5.2m處XY上表面Y下表面0000.0216670.0416-0.024790.0433330.05876-0.03380.0866670.081987-0.043160.130.09984-0.047490.1733330.114227-0.049570.260.13676-0.049920.3466670.152533-0.047490.4333330.163107-0.043330.520.169173-0.039170.6933330.169867-0.03120.8666670.159293-0.024

18、271.040.141093-0.017331.2133330.11596-0.011271.3866670.08476-0.006761.560.046973-0.003811.6466670.02548-0.002771.73333300半徑3.8m處XY上表面Y下表面0000.023750.0456-0.027170.04750.06441-0.037050.0950.08987-0.047310.14250.10944-0.052060.190.12521-0.054340.2850.14991-0.054720.380.1672-0.052060.4750.17879-0.04750

19、.570.18544-0.042940.760.1862-0.03420.950.17461-0.02661.140.15466-0.0191.330.12711-0.012351.520.09291-0.007411.710.05149-0.004181.8050.02793-0.003041.900半徑2.4m處XY上表面Y下表面0000.0250.048-0.02860.050.0678-0.0390.10.0946-0.04980.150.1152-0.05480.20.1318-0.05720.30.1578-0.05760.40.176-0.05480.50.1882-0.050.

20、60.1952-0.04520.80.196-0.03610.1838-0.0281.20.1628-0.021.40.1338-0.0131.60.0978-0.00781.80.0542-0.00441.90.0294-0.0032200半徑1m處XY上表面Y下表面0000.0104170.02-0.011920.0208330.02825-0.016250.0416670.039417-0.020750.06250.048-0.022830.0833330.054917-0.023830.1250.06575-0.0240.1666670.073333-0.022830.2083330.

21、078417-0.020830.250.081333-0.018830.3333330.081667-0.0150.4166670.076583-0.011670.50.067833-0.008330.5833330.05575-0.005420.6666670.04075-0.003250.750.022583-0.001830.7916670.01225-0.001330.83333300葉片展向不同安裝角葉片不同半徑的安裝角（）1-3.0452-2.5453-1.5454-0.5455-0.45562.45575.45588.455914.4551023.4551136.455用CAD軟

22、件繪制葉片（見(jiàn)附圖一）2.2風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組布置風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組的布置即風(fēng)電機(jī)組位置的選擇，應(yīng)通過(guò)對(duì)若干方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組的布置方案，使發(fā)電廠獲得較好的發(fā)電量。在風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的排列，應(yīng)以風(fēng)電場(chǎng)主導(dǎo)風(fēng)向及主導(dǎo)能量向來(lái)確定排列方向。而風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)組之間的間距和排距，應(yīng)綜合考慮風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)地條件、風(fēng)資源特性以及風(fēng)機(jī)之間尾流影響等條件，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。 客觀條件限制風(fēng)電機(jī)組與村莊之間的距離一般要求500m以上，特殊情況至少300m。根據(jù)所給資料知：風(fēng)電站最經(jīng)村莊612m。風(fēng)電機(jī)組離110KV以上電壓等級(jí)線路150m以上。根據(jù)所給資料知：風(fēng)電機(jī)組離110KV以上電壓等級(jí)線路150

23、m以上。發(fā)電機(jī)組要避開基本農(nóng)田、礦產(chǎn)、文物、軍事用地、自然保護(hù)區(qū)以及其他環(huán)境敏感地區(qū)。根據(jù)資料所知：該電站周圍無(wú)基本農(nóng)田、礦產(chǎn)、文物、軍事用地、自然保護(hù)區(qū)及其他環(huán)境敏感地區(qū)。 地形條件地形條件應(yīng)滿足風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)輸條件和安裝條件。在平坦的地形條件下，滿足在給原則是很容易的。在山區(qū)，滿足這醫(yī)院則經(jīng)常有難度。要根據(jù)所選機(jī)型需要的運(yùn)輸機(jī)械和安裝的要求，機(jī)位附近要有足夠的場(chǎng)地能夠作業(yè)和擺放葉片、塔架，道路有足夠的坡度、寬度和轉(zhuǎn)彎半徑使運(yùn)輸機(jī)械到達(dá)所選機(jī)位。根據(jù)所給資料知：此風(fēng)電場(chǎng)位于華北平原，地形平坦,交通運(yùn)輸條件較為便利。 障礙物影響在風(fēng)電場(chǎng)中有時(shí)會(huì)碰到障礙物，障礙物的尾流的大小和體積有關(guān)。研究表明，

24、對(duì)于無(wú)限長(zhǎng)的障礙物，在障礙物下風(fēng)向40倍障礙物高度，上方2倍障礙物高度的區(qū)域內(nèi)，是較強(qiáng)的尾流擾動(dòng)區(qū)，風(fēng)電機(jī)組的布置必須避開這已區(qū)域。障礙物會(huì)降低障礙物下風(fēng)向的區(qū)域的風(fēng)速，障礙物影響的大小取決于本身的疏密程度，即透風(fēng)率。建筑物的透風(fēng)率最低。一般來(lái)講，障礙物的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，高度越高，相應(yīng)的對(duì)風(fēng)速的阻礙效果明顯，根據(jù)所給資料知：風(fēng)電場(chǎng)所在出地形平坦，上下風(fēng)向無(wú)障礙物，可不考慮障礙物對(duì)風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組的布置影響。 尾流影響 氣流在經(jīng)過(guò)風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組葉片能量減小，實(shí)際上，風(fēng)電機(jī)組的葉片對(duì)風(fēng)速有阻擋作用，在風(fēng)電機(jī)組的下風(fēng)向會(huì)產(chǎn)生類似輪船尾流效果，該區(qū)域內(nèi)會(huì)產(chǎn)生較大的湍流，同時(shí)風(fēng)速也會(huì)降低。風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電機(jī)組布置因考慮到發(fā)電機(jī)組之間尾流的影響，發(fā)電機(jī)組之間的距離至少保證3倍的葉輪直徑，在主風(fēng)向上，風(fēng)電機(jī)組間的距離應(yīng)更大一些。一方面，考慮到風(fēng)電機(jī)組的尾流影響，應(yīng)該使風(fēng)電機(jī)組的距離越大越好：另一方面，土地使用和電網(wǎng)連接的限制又要求風(fēng)電機(jī)組間的距離盡可能減小。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在平行于主風(fēng)向方向上，風(fēng)電機(jī)組的距離一般保持59倍葉輪直徑的距離；在垂直于主風(fēng)向上，風(fēng)電機(jī)組間的距離一般保持35倍葉輪直徑距離。綜合考慮，并根據(jù)已有電站的資料，此處可采用梅花型布置，如下圖所示：機(jī)組梅花型布置圖