风力发电机组设计答辩用a

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1、风电机组设计风能0902陈建宏1091540204主要内容一、课程设计的内容与要求二、总体参数设计三、叶片气动优化设计四、主要部件功率五、主要部件的载荷计算五、结构设计六、设计总结课程设计的目的与要求以大型水平轴风力机组为研究对象，掌握总体设计的方法；熟悉相关的工程设计软件；要求：独立完成机组设计，并对其性能进行计算分析；撰写设计报告总体参数设计总体参数设计1、额定功率根据《设计任务书》选定额定功率为5MW。2、设计寿命一般风力机组设计寿命至少为20年，这里选20年设计寿命。3、切出风速、切入风速、额定风速切入风速取Vin=

2、3m/s切出风速取Vout=25m/s对于一般变桨距风力发电机组（选5MW）的额定风速于平均风速之比为1.70左右，在70m处：额定风速取Vr=13m/sVr=1.70Vave=1.70×7.6≈13m/s总体参数设计4、发电机额定转速和转速范围采用双馈异步发电机，转速范围较大。额定转速Nr=1500r/min转速范围1000~2000r/min总体参数设计5、重要几何尺寸（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：=D==114m由直径计算可得扫掠面积：S===10207总体参数设计（2）、轮毂高度轮毂高度是

3、从地面到风轮扫掠面中心的高度，用Zhub表示Zhub=Zt+Zj=70+2.25.=72.25m式中Zj—塔架高度；Zt—塔顶平面到风轮扫掠中心高度。总体参数设计6、叶片数B=3现代风力发电机的实度比较小，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：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；能提供较佳的效率；更加美观；噪声较小；轮毂较简单等。综上所述，叶片数选择3。总体参数设计7、功率曲线和Ct曲线(1)

4、、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：P(t)=Pstat(t)+(t)式中P(t)--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；Pstat(t)--在给定时间段内V(t)的平均值所对应的功率；(t)--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

5、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：总体参数设计总体参数设计总体参数设计从图中可以得出翼型取得最佳升阻比时攻角，此时升力系数Cl=0.904，Cd=0.007本设计取攻角为，此时升力系数和阻力系数分别为Cl=1.307，Cd=0.018。总体参数设计三叶片风力发电机组的风轮叶尖速比一般在6至8之间，本设计取7。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1，由Cp-曲线可得出Cp=0.44。总体参数设计9、风轮额定转速风轮额定转速可由下式计算

6、得到：nr===15r/min10、功率控制方式主动变桨距控制。11、制动系统形式第一制动采用气动刹车，第二制动采用高速轴机械刹车。12、风力机等级由IEC标准，选择风力机等级为IECIIIA。总体参数设计总体参数设计值总体参数设计值叶片数B=3风轮直径D=114m额定输出功率P=5MW轮毂高度Zhub=70m设计寿命20年风能利用系数Cp=0.44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=13m/s制动形式气动刹车、机械刹车风轮额定转速nr=15r/min传动系统高

7、传动比齿轮箱传动风力机等级IECIIIA电气系统双馈发电机+变流器叶片气动优化设计叶片气动优化设计1、计算各剖面的叶尖速比将叶片分为10个叶素，每个叶素间隔0.05R，其中5%半径处叶片是筒状，10%-60%半径处采用钝后缘叶片，65%-100%半径处采用通用风电机组叶片翼型。叶片内圈采用钝后缘翼型，外圈采用63418翼型。根据下式求各叶素的叶尖速比。叶素位置/%5101520253035404550叶尖速比0.350.71.051.41.752.12.452.83.153.5叶素位置/%556065707580859095

8、100叶尖速比3.854.24.554.95.255.65.956.36.657叶片气动优化设计叶片气动优化设计叶片根部处理方式：距叶根0~5m处制作成直径为2m的圆柱结构处理；且根部采用钻孔组装式结构。叶片气动优化设计主要部件功率主要部件功率1、发电机发电机类型：双馈异步变速恒频发电机额