风机基础知识培训.2.pdf

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1、第四章风力发电机组方案设计内容1.叶轮直径2.额定风速3.叶轮转速4.叶片数5.功率控制6.制动系统7.定速与变速运行8.发电机类型9.传动系10.塔架的刚度11.人身安全与通道1某机组总体方案•机组设计等级：IECⅠ级•机组容量：1.3MW•风轮直径：62m•叶片数量：3•额定风速参数：14m/s•风轮额定转速：19rpm•主轴-齿轮箱支撑形式：三点支撑•风轮布置形式：上风向•轮毂高度：60m/70m4.1叶轮直径1、风轮直径Dò风轮直径D主要取决于两个因素：—风力机额定P—额定风速Vrò计算公式的推导：3—叶轮输出功率：P

2、1=1/2CpρSVr=P/(η1η2)32于是：P=1/2CpρVrη1η2Dπ/4—直径D的简化计算公式：233D=8P/(πCpρη1η2Vr)≈5P/Vr其中，可取Cp≈0.45，ρ≈1.25，η1η2≈0.92风轮直径D的确定除此之外，风轮直径选择时还应考虑：•最小能量成本（费用/kWh/年）。如某1.3MW机型对应的风轮直径为54～62m。•根据调查资料显示，额定功率值/单位风轮扫掠面积的比值（W/m2）。如某1.3MW机型约为405W/m2，由此可算得D≈64m另外，可参照国外同类机型。其它参数的确定1）叶轮中心

3、离地面高度H取决于安装地点（山谷、丘陵等），垂直风梯度，安装条件，单机容量等因素。2）叶轮锥角γ—叶片和旋转平面的夹角。—减少气动力引起的叶根弯曲应力（对下风式风力机）；—防止叶片梢部与塔架碰撞（对上风式）。3）叶轮倾角δ—叶轮转轴与水平面的夹角。减少叶片梢部与塔架碰撞的机会。34.2.额定风速Vrò额定风速Vr：机组达到额定功率时的风速。Vr=15m/s额定风速Vrò额定风速与部件成本的关系成本与额定风速无成本随额定风速成本随额定风速二成本随额定风速三次关的部件变化的部件次方变化的部件方变化的部件部件成本%部件成本%部件成本

4、%部件成本%基础4.2叶片18.3齿轮箱12.5发电机7.5控制器4.2轮毂2.5刹车1.7并网8.3装配2.1主轴4.2运输2.0机舱10.8偏航4.2塔架17.5合计12.557.514.215.84额定风速VròVr太高，机组将很少达到额定功率，传动系和发电机的成本偏高，提高了能量成本；òVr过低，叶轮及其支撑的成本相对于发电量过高。ò统计数据表明，从成本最低的角度出发，优化的额定风速与年平均风速的比值关系Vro/Vave大致为1.5～2，其中——变桨距机组：1.67～1.77——失速型机组：≥24.3.叶轮额定转速考虑

5、因素：•尺寸控制：叶片弦长（实度）与转速的平方成反比。•重量控制：风轮转速增加后，叶片的重量（成本）将增加，但传动系统、机舱和塔架的费用降低，因此在考虑风轮转速时要进行优化，兼顾两者的费用。•噪声限制：风轮叶片所产生的气动噪音与叶尖线速度的五次方成正比，通常限制叶尖线速度小于65m/s。•视觉影响：从环保角度考虑，风轮转速增加对人的视觉会产生一种冲击。54.4、叶片数1）、尖速比λ叶轮的叶尖线速度与风速之比。是一个重要设计参数。与叶片数及实度有关。用于风力发电的高速风力机，常取较大的尖速比。尖速比在5-15时，具有较高的风能利

6、用系数Cp。通常可取6-8。Cp—λ曲线Cp0.50.40.30.20.136912λ6叶片数2）、实度λò定义：叶轮的叶片面积之和与风轮扫面积之比。它是和尖速比密切相关的一个重要参数。ò取值：对于风力发电机而言，由于尖速比较高，要求有较高的转速和起动风速，因此，可取较小的实度。通常大致在5~20%之间。ò作用：—决定叶轮的力矩特性，尤其是起动力矩；—决定叶轮的重量与材料成本叶片数3）、叶片数和尖速比的对应关系：ò由于叶片数少的风力机在高尖速比运行的具有较高的风能利用系数，适合于发电。7叶片数4）三叶片和两叶片：ò叶片数3Æ2

7、：叶片弦长增加50%或转速增加22.5%。ò在相同尖速比时，两叶片的Cp约是三叶片的1/3。两者的最大Cp接近，但两叶片发生在较大尖速比时。ò两叶片提高转速后增加了的噪声。ò三叶片转动的视觉效果好于两叶片。ò三叶片的风力机运行和功率输出较平稳，两叶片的可降低成本。叶片数叶片数对载荷的影响：源于风剪切的稳定载荷（以随机载荷叶根挥舞弯矩Mo表示）两叶片机组增弯曲载荷三叶片机组两叶片机组加的百分比％主轴弯矩1.5Mo2Mo22%机舱俯仰力矩1.5MoMo(1-cos2ψ)22%机舱偏航力矩0Mosin2ψ22%84.5.功率控制方式

8、1）（被动）失速控制ò最简单的控制方式，利用高风速时升力系数的降低和阻力系数的增加，限制功率输出的增加，在高风速时保持近似恒定。dF＝dLcosφ+dDsinφdT＝r(dLsinφ-dDcosφ)2dL=1/2ρCLWCdr2dD=1/2ρCDWCdr作用在叶轮上的扭矩：T