風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)與制造課程設(shè)計(jì)

1、一總體參數(shù)設(shè)計(jì)總體參數(shù)是設(shè)計(jì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組總體結(jié)構(gòu)和功能的基本參數(shù)，主要包括額定功率、發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、設(shè)計(jì)壽命等。1. 額定功率、設(shè)計(jì)壽命根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)選定額定功率Pr =3.5MW；一般風(fēng)力機(jī)組設(shè)計(jì)壽命至少為20年，這里選20年設(shè)計(jì)壽命。2. 切出風(fēng)速、切入風(fēng)速、額定風(fēng)速切入風(fēng)速 取 Vin = 3m/s切出風(fēng)速 取 Vout = 25m/s額定風(fēng)速 Vr = 12m/s（對(duì)于一般變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組（選3.5MW）的額定風(fēng)速與平均風(fēng)速之比為1.70左右,Vr=1.70Vave=1.70×7.012m/s）3. 重要幾何尺寸(1) 風(fēng)輪直徑和掃掠面積 由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出功率得

2、葉片直徑： 其中：Pr風(fēng)力發(fā)電機(jī)組額定輸出功率，取3.5MW；空氣密度（一般取標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)），取1.225kg/m3；Vr額定風(fēng)速，取12m/s；D風(fēng)輪直徑；傳動(dòng)系統(tǒng)效率，取0.95；發(fā)電機(jī)效率，取0.96；變流器效率，取0.95；Cp額定功率下風(fēng)能利用系數(shù),取0.45。由直徑計(jì)算可得掃掠面積：綜上可得風(fēng)輪直徑D=104m，掃掠面積A=84824. 功率曲線自然界風(fēng)速的變化是隨機(jī)的, 符合馬爾可夫過(guò)程的特征, 下一時(shí)刻的風(fēng)速和上一時(shí)刻的結(jié)果沒(méi)什么可預(yù)測(cè)的規(guī)律。由于風(fēng)速的這種特性, 可以把風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率隨風(fēng)速的變化用如下的模型來(lái)表示： 在真實(shí)湍流風(fēng)作用下每一時(shí)刻產(chǎn)生的功率, 它由t時(shí)刻的V(

3、t)決定;在給定時(shí)間段內(nèi)V(t)的平均值所對(duì)應(yīng)的功率；表示t 時(shí)刻由于風(fēng)湍流引起的功率波動(dòng)。對(duì)功率曲線的繪制, 主要在于對(duì)風(fēng)速模型的處理。若假定上式表示的風(fēng)模型中Pstat(t)的始終為零, 即視風(fēng)速為不隨時(shí)間變化的穩(wěn)定值, 在切入風(fēng)速到切出風(fēng)速的范圍內(nèi)按照設(shè)定的風(fēng)速步長(zhǎng), 得到對(duì)應(yīng)風(fēng)速下的最佳葉尖速比和功率系數(shù),帶入式： 傳動(dòng)系統(tǒng)效率，取0.95；發(fā)電機(jī)效率，取0.96；變流器效率，取0.95；空氣密度（一般取標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)），取1.225kg/m3；Vr額定風(fēng)速，取12m/s；D風(fēng)輪直徑；Cp額定功率下風(fēng)能利用系數(shù),取0.45。由以上公式，使用excel計(jì)算出不同風(fēng)速對(duì)應(yīng)的功率值,見(jiàn)表1表1

4、 風(fēng)速功率關(guān)系風(fēng)速（m/s）34567891011功率（w）547441297632534444379526954521038109147809020275582698680風(fēng)速（m/s）121314151617181920功率（w）350000035000003500000350000035000003500000350000035000003500000風(fēng)速（m/s）2122232425功率（w）35000003500000350000035000003500000將得到的數(shù)據(jù)對(duì)繪制成靜態(tài)風(fēng)功率曲線，如圖一 圖1 Pv靜態(tài)功率曲線5. 風(fēng)輪額定轉(zhuǎn)速三葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)輪葉尖速比一般在6至

5、8之間，不同攻角下的風(fēng)能利用系數(shù)隨葉尖速比的變化曲線即CP-曲線如圖2。圖2 CP-曲線由Cp-曲線可得出 =7.5，則風(fēng)輪額定轉(zhuǎn)速可由下式計(jì)算得到： 6. 葉片數(shù) 現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)的實(shí)度比較小，一般需要1-3個(gè)葉片。選擇風(fēng)輪葉片數(shù)時(shí)考慮風(fēng)電機(jī)組性能和載荷、風(fēng)輪和傳動(dòng)成本、風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)噪聲及景觀影響等因素。3葉片較1、2葉片風(fēng)輪有如下優(yōu)點(diǎn)：l 平衡簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)載荷小。基本消除了系統(tǒng)的周期載荷，輸出較穩(wěn)定轉(zhuǎn)矩；l 能提供較佳的效率；l 更加美觀；l 噪聲較??；l 輪轂較簡(jiǎn)單等。綜上所述，葉片數(shù)選擇3。7、功率控制方式、制動(dòng)系統(tǒng)形式功率控制方式選擇主動(dòng)變槳距控制；制動(dòng)系統(tǒng)形式為第一制動(dòng)采用氣動(dòng)剎車，第二

6、制動(dòng)采用高速軸機(jī)械剎車。8、風(fēng)力機(jī)等級(jí)由IEC標(biāo)準(zhǔn)，如表2，選擇風(fēng)力機(jī)等級(jí)為IECIIIA。WTGS等級(jí)IIIIIIS5042.537.5設(shè)計(jì)值由設(shè)計(jì)者選定 A0.16B0.14C0.12表2 風(fēng)機(jī)等級(jí)規(guī)范表注：表中數(shù)據(jù)為輪轂高度處值，其中：A 表示較高湍流特性級(jí)；參考風(fēng)速Vref 為10min 平均風(fēng)速； B 表示中等湍流特性級(jí)；I 15風(fēng)速為15m/s 時(shí)的湍流強(qiáng)度特性值。 C 表示較低湍流特性級(jí)；除表基本參數(shù)外，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)中，還需要某些更重要的參數(shù)來(lái)規(guī)定外部條件。對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組IAIIIC&

7、#160;級(jí)，統(tǒng)稱為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)。階段性總結(jié)表總體參數(shù)設(shè)計(jì)值總體參數(shù)設(shè)計(jì)值葉片數(shù)B=3風(fēng)輪直徑D=104m額定輸出功率P=3.5MW輪轂高度Zhub=106.25m設(shè)計(jì)壽命20年風(fēng)能利用系數(shù)Cp=0.45切入風(fēng)速Vin=3m/s葉尖速比切出風(fēng)速Vout=25m/s功率控制方式主動(dòng)變槳距控制額定風(fēng)速Vr=12m/s制動(dòng)形式氣動(dòng)剎車、機(jī)械剎車風(fēng)輪額定轉(zhuǎn)速nr=16.5r/min傳動(dòng)系統(tǒng)高傳動(dòng)比齒輪箱傳動(dòng)風(fēng)力機(jī)等級(jí)IECIIIA電氣系統(tǒng)雙饋發(fā)電機(jī)+變流器二葉片設(shè)計(jì)1. 葉片材料選擇 葉片選用T-700碳纖維，相比玻璃纖維，葉片密度較小，發(fā)電效率更高，密度為。2. 計(jì)算各剖面的葉尖速比將葉片

8、分為20個(gè)葉素，每個(gè)葉素間隔0.05R，其中5%半徑處葉片是筒狀，10%-60%半徑處采用鈍后緣葉片，65%-100%半徑處 采用通用風(fēng)電機(jī)組葉片翼型。葉片內(nèi)圈采用鈍后緣翼型，外圈采用63415翼型。 根據(jù)下式求各葉素的葉尖速比。葉素位置和葉尖速比數(shù)值見(jiàn)下表2：表2 不同葉素位置的葉尖速比葉素位置/%5101520253035404550葉尖速比l0.3750.7501.1251.5001.8752.2502.6253.0003.3753.750葉素位置/%556065707580859095100葉尖速比l4.1254.5004.8755.2505.6256.0006.3756.7507.1

9、2575003. 根據(jù)翼型確定葉片最佳攻角，升力系數(shù)Cl，Cd風(fēng)力機(jī)翼型為NACA63-415，圖3圖3 NACA63-415翼型圖計(jì)算雷諾數(shù)Re 在20，壓強(qiáng)為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓101.325kPa時(shí)，空氣的動(dòng)力粘度 根據(jù)所得雷諾數(shù)查得Cl/Cd、Cl/alpha，見(jiàn)圖4圖4 Cl-Cd曲線 和Cl-alpha曲線圖5 Cl/Cdalpha圖從圖中可以得出翼型取得最大升阻比時(shí)，最佳攻角，此時(shí)升力系數(shù)Cl=0.9461，Cd=0.00791，最佳升阻比,本次設(shè)計(jì)選取最佳攻角，則升力系數(shù)和阻力系數(shù)分別為Cl=0.9461，Cd=0.00791。葉片每個(gè)截面的升力系數(shù)相同，為Cl=0.9461。4. 葉片

10、弦長(zhǎng)計(jì)算步驟通過(guò)下面的計(jì)算，可以得到沿葉片各徑向位置r上的弦長(zhǎng)C和葉素槳距角，即可完成葉片的初步設(shè)計(jì)，但要是想對(duì)葉片進(jìn)一步優(yōu)化，還需對(duì)翼型、葉根、葉尖風(fēng)進(jìn)行氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)和工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)，在本次設(shè)計(jì)報(bào)告中，只對(duì)葉片作了初步設(shè)計(jì)。如下：（1）求利用公式（2）求軸向干擾因子利用公式 （3）求切向干擾因子利用公式 (4）求入流角利用公式（5）求葉素槳距角（6）計(jì)算葉片弦長(zhǎng)C葉片氣動(dòng)特性通過(guò)excel計(jì)算，得到葉片各個(gè)截面氣動(dòng)特性參數(shù)，如表3：表3 葉片氣動(dòng)特性參數(shù)位置(%)半徑r(m)葉尖速比khC(修正)52.60.3751.1670.4202.6190.8080.7167.116105.20.751

11、.2620.3801.5880.6180.5278.522157.81.1251.3290.3611.2990.4840.3937.9472010.41.51.3750.3511.1790.3920.3006.98525131.8751.4070.3461.1180.3270.2356.0863015.62.251.4310.3421.0840.2790.1875.3353518.22.6251.4490.3401.0620.2430.1514.7214020.831.4640.3391.0480.2150.1234.2214523.43.3751.4750.3371.0380.1920.10

12、03.80950263.751.4840.3371.0310.1740.0823.4665528.64.1251.4920.3361.0260.1590.0673.1776031.24.51.4980.3361.0220.1460.0542.9306533.84.8751.5030.3351.0190.1350.0432.7187036.45.251.5080.3351.0160.1250.0342.53475395.6251.5120.3351.0140.1170.0262.3738041.661.5160.3351.0120.1100.0182.2308544.26.3751.5190.3

13、351.0110.1040.0122.1049046.86.751.5220.3341.0100.0980.0061.9919549.47.1251.5240.3341.0090.0930.0011.889100527.51.5270.3341.0080.088-0.0031.7975. 葉片根部載荷計(jì)算與材料選擇葉片根部處理方式：距葉根0 5m處制作成直徑為3m的圓柱結(jié)構(gòu)處理，且根部采用金屬法蘭連接。見(jiàn)圖 6圖6 金屬法蘭連接表4 增強(qiáng)材料力學(xué)性能根據(jù)表4 材料選擇為T(mén)700碳纖維，抗拉強(qiáng)度為4.9Gpa 取 取所以風(fēng)輪根部直徑選擇3.6m三. 確定主要部件1發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)類型：雙饋異步變速恒

14、頻發(fā)電機(jī)；額定功率：3.5MW；額定轉(zhuǎn)速：1500r/min；發(fā)電機(jī)極對(duì)數(shù)為2，發(fā)電機(jī)主軸轉(zhuǎn)矩T發(fā)電機(jī)主軸為：選擇剛軸推薦最大扭剪應(yīng)力：則發(fā)電機(jī)的主軸直徑D發(fā)電機(jī)為：取發(fā)電機(jī)主軸直徑D為0.15m.2變流器變流器功率通常為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的1/21/3，為保證機(jī)組可靠性，通常為額定功率的1/2,所以變流器功率為1500kW。3齒輪箱方式：行星齒輪傳動(dòng)兩級(jí)NGW；低速軸轉(zhuǎn)速： =16.5r/min高速軸轉(zhuǎn)速：=1500r/min傳動(dòng)比：i = 90齒輪箱效率：齒輪箱功率：4聯(lián)軸器低速軸聯(lián)軸器功率 高速軸聯(lián)軸器功率：5主軸低速軸角速度為：高速軸角速度為：低速軸功率為： 高速軸功率為：低速軸轉(zhuǎn)矩為：高速

15、軸轉(zhuǎn)矩為：低速軸直徑：高速軸直徑：綜上可得，低速軸直徑取0.7m，高速軸直徑取0.18m。6偏航系統(tǒng)類型：主動(dòng)偏航，并選用強(qiáng)制外置6電機(jī)偏航；偏航范圍：偏航角速度：偏航軸承：4點(diǎn)接觸球軸承；偏航驅(qū)動(dòng)：6個(gè)3kW偏航電機(jī)；偏航制動(dòng)：液壓控制摩擦制動(dòng)；大齒輪齒數(shù)：135；小齒輪齒數(shù)：16減速箱傳動(dòng)比：i=140結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn) 圖7圖7 偏航機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖7 變槳系統(tǒng) 根據(jù)調(diào)整槳距角調(diào)整風(fēng)能利用系數(shù)，槳距角與風(fēng)能利用系數(shù)曲線見(jiàn)圖8圖8 風(fēng)能利用系數(shù)與槳距角關(guān)系曲線變槳類型：3葉片獨(dú)立變槳控制，采用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置。供電方式：超級(jí)電容供電發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速：永磁電動(dòng)機(jī)1500r/min，電機(jī)功率：310kw變槳范圍：0

16、90（主要變槳范圍030）變槳速度：7/s傳動(dòng)方式：齒形帶傳動(dòng)變槳機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖 9圖9 變槳機(jī)構(gòu)結(jié)四風(fēng)機(jī)載荷計(jì)算1葉片載荷計(jì)算（1） 作用在葉片上的離心力Fc葉片繞風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，有離心力作用在葉片上。方向是自旋轉(zhuǎn)中心沿半徑想外。在半徑r處，從葉片上取長(zhǎng)為dr的一個(gè)葉素，該葉素上的離心力為dFc ，則葉片上的離心力為：其中： 風(fēng)輪角速度；葉片起始處旋轉(zhuǎn)半徑，約為R的1/20,即為1.75m；葉片的密度，葉片內(nèi)部為空心梁結(jié)構(gòu)，查得碳纖維密度為1800kg/m3，取900kg/m3； 葉素處的葉片截面積；翼型為NACA63-415,取用matlab計(jì)算得： （2） 葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的風(fēng)壓力Fv：風(fēng)壓力是作

17、用在葉片上沿風(fēng)速方向的氣動(dòng)力。其中：c葉素的弦長(zhǎng)，單位為m；來(lái)流角；設(shè)Fv作用點(diǎn)距葉輪軸的距離為，則有：用matlab計(jì)算得： （3） 作用在葉片上的氣動(dòng)力矩Mb Mb是使風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩，可由下式求出（4）作用在葉片上的陀螺力矩MkMk是風(fēng)輪對(duì)風(fēng)調(diào)向時(shí)產(chǎn)生的慣性力矩。當(dāng)風(fēng)向改變時(shí)，風(fēng)輪除以角速度繞水平主軸轉(zhuǎn)動(dòng)外，還以角速度垂直于水平主軸并通過(guò)塔筒的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。整個(gè)葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：其中：葉片的密度，為900kg/m3；葉素處的葉片截面積，根據(jù)翼型圖得，單位為m2；設(shè)科氏加速度為：其中：慣性半徑，值為；與的夾角，=；由動(dòng)量矩定理知，葉片受到慣性力矩Mk的作用，這個(gè)力矩稱為陀螺力矩。用matlab計(jì)

18、算得： J = 31994000 m42風(fēng)輪載荷計(jì)算（1）軸向誘導(dǎo)因子，周向誘導(dǎo)因子則作用在風(fēng)輪上的軸向推力T可表示為：用matlab計(jì)算得： （2）作用在整個(gè)風(fēng)輪上的轉(zhuǎn)矩M可表示為：用matlab計(jì)算得：階段性總結(jié)表葉片上離心力Fc4139100NFv作用點(diǎn)距軸心距離34.912m葉片轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)壓力Fv494560N氣動(dòng)力矩Mb195330轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J31994000慣性力矩Mk191680000風(fēng)輪軸向推力T663860風(fēng)輪上轉(zhuǎn)矩M3018600五塔架設(shè)計(jì)1塔架高度塔架高度參數(shù)的選擇與地形和地貌有關(guān)，陸地和海上風(fēng)機(jī)組會(huì)有所不同，陸地地表相對(duì)粗糙，風(fēng)速隨高度變化緩慢，需要高的塔架，相反海平面較光滑

19、，風(fēng)速沿高度變化梯度大。此外，隨著風(fēng)輪直徑的增大，塔架高度逐漸減小，對(duì)于風(fēng)輪直徑25m以上的機(jī)組，輪轂中心高與風(fēng)輪直徑為1:1，所以選取塔架高度為90m。輪轂高度是從地面到風(fēng)輪掃掠面中心的高度，用Zhub表示 塔頂平面到風(fēng)輪掃掠面中心的高度；H 塔架高度。2. 塔架的基本結(jié)構(gòu)形式塔架形式主要分為鋼筋混凝土、桁架、鋼筒三種結(jié)構(gòu)，目前大型風(fēng)機(jī)組主要采用鋼筒結(jié)構(gòu)，鋼筒結(jié)構(gòu)中又分為直通和錐筒，在滿足相同的要求的前提下，錐筒可以減少材料消耗，降低成本，所以本設(shè)計(jì)選取錐形鋼筒結(jié)構(gòu)。同時(shí)采用柔性塔，可以降低塔架質(zhì)量和成本，柔塔即塔架固有頻率在風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)與葉片通過(guò)頻率之間。3塔架的結(jié)構(gòu)尺寸、重量和材料連接方式：

20、法蘭連接；材料：Q460c，屈服強(qiáng)度是460MPa；機(jī)組質(zhì)量：m1 =220t；塔筒質(zhì)量：m2 = 200t；塔筒壁厚：從根部到頂部選用壁厚由30-20mm過(guò)渡；塔筒根部外徑：D1 = 6000mm；塔筒頂部外徑：d1 = 4000mm；塔筒根部?jī)?nèi)徑：D2 = 5940mm;塔筒頂部?jī)?nèi)徑：d2= 3960mm；參照上海電氣風(fēng)電設(shè)備有限公司研發(fā)的3.6MW的風(fēng)機(jī)，額定風(fēng)速12m/s，風(fēng)輪直徑116m，機(jī)艙重150t，塔筒分為三段，上塔筒重約48.7t，中塔筒重約90.4t，下塔筒重約86.3t，葉片54t，輪轂38t，機(jī)組重量467.475t。塔筒根部外徑5056mm，頂部外徑3815mm。，4

21、. 塔架載荷分析作用在塔架上的載荷有以下幾類：（1） 風(fēng)輪等構(gòu)件承受的空氣動(dòng)力載荷；（2） 重力和慣性載荷：由重力、振動(dòng)、旋轉(zhuǎn)以及地震等引起的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)載荷；（3） 操作載荷：在機(jī)組運(yùn)行和控制過(guò)程中產(chǎn)生的載荷。如功率變化、偏航、變槳以及制動(dòng)過(guò)程產(chǎn)生的載荷等；（4） 其它載荷：諸如尾跡載荷、沖擊載荷、覆冰載荷等；（5） 下面只討論與塔架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算有關(guān)的兩種載荷，即由風(fēng)輪作用的最大氣動(dòng)推力以及塔架本身所承受最大風(fēng)壓產(chǎn)生的載荷；5. 塔架強(qiáng)度校核塔架根部為最危險(xiǎn)截面，接下來(lái)將對(duì)根部進(jìn)行受力分析和強(qiáng)度校核。為了確保在暴風(fēng)作用條件下塔架不傾倒，校核強(qiáng)度時(shí)均要按照暴風(fēng)工況考慮風(fēng)輪的氣動(dòng)推力和塔架的風(fēng)壓力

22、。暴風(fēng)工況下最大風(fēng)速Vs 和年平均風(fēng)速Vave有關(guān)。如下表5： 表5 年平均風(fēng)速和最大風(fēng)速關(guān)系Vave<=5.5m/s5.5m/s< Vave<7m/sVave>=7m/sVs =40m/sVs=50m/sVs=60m/s本次設(shè)計(jì)中，Vave=7.0m/s>7m/s，所以選取Vs=60m/s。（1） 塔架的受力分析如下圖10： 圖10 塔架受力塔架根部截面應(yīng)力可表示為：其中：塔架風(fēng)壓力，單位N；塔架氣動(dòng)推力,單位N；塔架根部抗彎截面系數(shù),單位為m3；塔架根部截面積，單位為m2 ；塔架自重，單位為N；機(jī)艙總成質(zhì)量，單位為N；變截面塔架的長(zhǎng)度折減系數(shù)，可根據(jù)從圖11得

23、到 圖11 -關(guān)系曲線與塔架截面變化有關(guān)的折算長(zhǎng)度修正系數(shù)，可根據(jù)之比由表6的選擇參考設(shè)計(jì)值， 為塔架頂部截面慣性矩，單位為m4，為塔架根部截面慣性矩，單位為m4； 0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.651.451.331.241.181.141.101.061.031.00表 6 -關(guān)系表 塔架根部的截面慣性半徑，單位為m，； H是塔架高度，即H=90m，h1是輪轂高度，由前面知道為h1=2.25m；（2）塔架風(fēng)壓力，有以下幾種計(jì)算方式: 前蘇聯(lián)的法捷耶夫公式:其中：Ab葉片的投影面積，單位m2。，其中為風(fēng)輪實(shí)度，風(fēng)輪實(shí)度與葉尖速比有關(guān)，=7.5 時(shí)，近似認(rèn)為=

24、0.05；Vs風(fēng)輪中心處的暴風(fēng)風(fēng)速 ,單位為m/s； 荷蘭ECN的公式其中：Ct推力系數(shù)，取q動(dòng)態(tài)風(fēng)壓,單位為，q隨高度變化，風(fēng)輪中心高度Zhub=92.25m處對(duì)應(yīng)的q=1410N/m2。動(dòng)態(tài)系數(shù)，取=1.2；S安全系數(shù)，取； 丹麥RIS公式其中：Pl風(fēng)輪單位掃掠面積上的平均風(fēng)壓，通常取Pl=300N/m2；A風(fēng)輪的掃掠面積。單位為m2；（3）塔架氣動(dòng)推力Fts其中：空氣密度，1.225kg/m3；氣動(dòng)推力作用于塔筒的面積，單位為m2 ；取0.7；Vs風(fēng)輪中心處的暴風(fēng)風(fēng)速 ,單位為m/s；（4）計(jì)算過(guò)程氣動(dòng)推力作用于塔筒的面積 葉片的投影面積 抗彎截面系數(shù) 塔架根部截面積 塔架頂部截面慣性矩

25、 塔架根部截面慣性矩 查表6得=1.45，,則,材料為低合金鋼，根據(jù)圖5得變截面塔架的長(zhǎng)度折減系數(shù)=0.75機(jī)組的總重量為G1=2200000N ，塔架的總重量為G2=2000000N蘇聯(lián)的法捷耶夫公式：荷蘭ECN的公式： 丹麥RIS公式： 選取丹麥RIS公式得出的= 2547.168KN塔架氣動(dòng)推力:代入計(jì)算得： 強(qiáng)度校核： 所以塔架最危險(xiǎn)截面，即根部滿足要求。六風(fēng)電機(jī)組布局見(jiàn)附錄整機(jī)工程圖七設(shè)計(jì)總結(jié)1總體參數(shù)風(fēng)機(jī)總體設(shè)計(jì)參數(shù)總結(jié)，如表7表7 總體參數(shù)表葉片數(shù)B=3風(fēng)輪直徑D=104m額定輸出功率P=3.5MW掃掠面積A=8482m2設(shè)計(jì)壽命20年風(fēng)能利用系數(shù)Cp=0.45切入風(fēng)速Vin=3

26、m/s葉尖速比切出風(fēng)速Vout=25m/s功率控制方式主動(dòng)變槳距控制額定風(fēng)速Vr=12m/s制動(dòng)形式氣動(dòng)剎車、機(jī)械剎車風(fēng)輪額定轉(zhuǎn)速nr=16.5r/min傳動(dòng)系統(tǒng)高傳動(dòng)比齒輪箱傳動(dòng)風(fēng)力機(jī)等級(jí)IECIIIA電氣系統(tǒng)雙饋發(fā)電機(jī)+變流器葉片數(shù)B=3風(fēng)輪直徑D=70m2功率、氣動(dòng)特性和載荷計(jì)算總結(jié)風(fēng)機(jī)的功率、葉片氣動(dòng)特性和載荷總結(jié)，如表8 表8 風(fēng)機(jī)的功率、葉片氣動(dòng)特性和載荷氣動(dòng)特性攻角5.25°升力系數(shù)0.9461阻力系數(shù)0.00791發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)額定功率3.5MW發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速1500r/min發(fā)電機(jī)軸直徑0.18m齒輪箱形式行星齒輪傳動(dòng)兩級(jí)NGW齒輪箱傳動(dòng)比90低速軸轉(zhuǎn)速16.5r/m

27、in高速軸轉(zhuǎn)速1500r/min齒輪箱功率3.9MW聯(lián)軸器低速軸聯(lián)軸器功率3.9MW高速軸聯(lián)軸器功率3.84MW變流器變流器功率1.5MW變槳電機(jī)數(shù)量變槳電機(jī)功率偏航電機(jī)數(shù)量偏航電機(jī)功率葉片載荷離心力4139.1KN風(fēng)壓力494.56N氣動(dòng)力矩195330N·m風(fēng)壓力作用點(diǎn)距葉輪軸距離34.912m風(fēng)輪載荷軸向推力663860N轉(zhuǎn)矩3018600N·m主軸載荷低速軸轉(zhuǎn)矩2258251.3N·m高速軸轉(zhuǎn)矩24458.6N·m低速軸直徑0.7m高速軸直徑0.18m塔架載荷作用在塔架上載荷Fas=2547168N作用在在塔架上風(fēng)壓力Fts=611226N塔架根

28、部截面應(yīng)力325MPa3其余部分設(shè)計(jì)總結(jié)整機(jī)部分設(shè)計(jì)總結(jié)，如表9 圖9 整機(jī)部分設(shè)計(jì)形式機(jī)組運(yùn)行環(huán)境溫度-30°45°生存環(huán)境溫度-45°45°發(fā)電機(jī)輸出電壓690V頻率50Hz功率因數(shù)容性0.95感性0.9葉片空氣動(dòng)力外形 63-415翼型材料T700碳纖維控制系統(tǒng)控制方式PLC+遠(yuǎn)程監(jiān)控塔筒類型鋼制錐形塔筒八總結(jié)為期兩周的課程設(shè)計(jì)即將結(jié)束，期間經(jīng)歷了很多事。第一周主要是打公式計(jì)算，一開(kāi)始也不知道如何選擇翼型，感覺(jué)完全找不到方向，而后查閱相關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行參考，在不斷的嘗試下才選出了我認(rèn)為最佳的風(fēng)機(jī)部件。 感謝老師在我們?cè)O(shè)計(jì)及畫(huà)圖時(shí)都積極提供幫助，老師組

29、建了QQ群解答我們的問(wèn)題。提醒我們要注意的地方。如果當(dāng)時(shí)老師不提示，我也不會(huì)用到matlab計(jì)算，也不會(huì)用visio畫(huà)圖，如此一來(lái)，此次設(shè)計(jì)的收獲便大打折扣 。并且在我們犯錯(cuò)誤后及時(shí)糾正我們。再次感謝老師的指導(dǎo)與幫助?？傊?，在這次風(fēng)電機(jī)組總體設(shè)計(jì)中，我學(xué)到了很多，對(duì)風(fēng)機(jī)外部以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)有了深刻的理解，還是相關(guān)工具的使用以及交流合作的重要性，總之這次課程設(shè)計(jì)是我大學(xué)生活中一次美好的經(jīng)歷。9 附錄1風(fēng)機(jī)載荷計(jì)算的MATLAB程序clcclearD=ceil(sqrt(8*3e6/0.95/0.96/0.95/0.45/pi/1.225/(123);lambda=7.5;n=lambda*60*12

30、/pi/D;a=0.05:0.05:1;b=lambda*a;psi=1/3*atan(b)+pi/3;k=sqrt(b.2+1).*cos(psi );h=sqrt(1-k.2)./b.2+1);I=atan(1+k)./(1+h)./b);beta=I*180/pi-5.25;C=8*pi*a.*(D/2).*(h-1).*cos(I)/3/0.9461./(h+1);R=D/2;r=a*R;omega=lambda*12/R;y1=r.*C*.C*0.1;Fc=900*omega2*trapz(r,y1);計(jì)算葉片離心力cl=0.9461;cd=0.00791;y2=(1+(1./tan(I).2).*(cl*cos(I)+cd*sin(I).*C;Fv=1/2*1.225*122*trapz(r,y2);葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)壓力y3=y2.*r;Rm=trapz(r,y3)./trapz(r,y2);作用點(diǎn)距軸距離y22=(1+(1./tan(I).2).*