風力發(fā)電機組總體設(shè)計

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1、1．總體設(shè)計 一、氣動布局方案 包括對各類構(gòu)形、型式和氣動布局方案的比較和選擇、模型吹風，性能及其他氣動特性的初步計算，確定整機和各部件（系統(tǒng)）主要參數(shù)，各部件相對位置等。最后，繪制整機三面圖，并提交有關(guān)的分析計算報告。 二、整機總體布置方案 包括整機各部件、各系統(tǒng)、附件和設(shè)備等布置。此時要求考慮布置得合理、協(xié)調(diào)、緊湊，保證正常工作和便于維護等要求，并考慮有效合理的重心位置。最后繪制整機總體布置圖，并編寫有關(guān)報告和說明書。 三、整機總體結(jié)構(gòu)方案 包括對整機結(jié)構(gòu)承力件的布置，傳力路線的分析，主要承力構(gòu)件的承力型式分析，設(shè)計分離面和對接型式的選擇，和各種結(jié)構(gòu)材料的選擇等。整機總體結(jié)構(gòu)方

2、案可結(jié)合總體布置一起進行，并在整機總體布置圖上加以反映，也可繪制一些附加的圖紙。需要有相應(yīng)的報告和技術(shù)說明。 四、各部件和系統(tǒng)的方案 應(yīng)包括對各部件和系統(tǒng)的要求、組成、原理分析、結(jié)構(gòu)型式、參數(shù)及附件的選擇等工作。最后，應(yīng)繪制有關(guān)部件的理論圖和有關(guān)系統(tǒng)的原理圖，并編寫有關(guān)的報告和技術(shù)說明。 五、整機重量計算、重量分配和重心定位 包括整機總重量的確定、各部分重量的確定、重心和慣量計算等工作。最后應(yīng)提交有關(guān)重量和重心等計算報告，并繪制重心定位圖。 六、配套附件 整機配套附件和備件等設(shè)備的選擇和確定，新材料和新工藝的選擇，對新研制的部件要確定技術(shù)要求和協(xié)作關(guān)系。最后提交協(xié)作及采購清單等有關(guān)

3、文件。總體設(shè)計階段將解決全局性的重大問題，必須精心和慎重地進行，要盡可能充分利用已有的經(jīng)驗，以求總體設(shè)計階段中的重大決策建立在可靠的理論分析和試驗基礎(chǔ)上，避免以后出現(xiàn)不應(yīng)有重大反復(fù)。階段的結(jié)果是應(yīng)給出風力發(fā)電機組整機三面圖，整機總體布置圖，重心定位圖，整機重量和重心計算報告，性能計算報告，初步的外負載計算報告，整機結(jié)構(gòu)承力初步分析報告，各部件和系統(tǒng)的初步技術(shù)要求，部件理論圖，系統(tǒng)原理圖，新工藝、新材料等協(xié)作要求和采購清單等，以及其他有關(guān)經(jīng)濟性和使用性能等應(yīng)有明確文件。 2．總體參數(shù) 在風輪氣動設(shè)計前必須先確定下列總體參數(shù)。 一、風輪葉片數(shù)B 一般風輪葉片數(shù)取決于風輪的尖速比λ。目前用于

4、風力發(fā)電一般屬于高速風力發(fā)電機組，即λ＝4-7 左右，葉片數(shù)一般取 2—3。用于風力提水的風力機一般屬于低速風力機，葉片數(shù)較多。葉片數(shù)多的風力機在低尖速比運行時有較低的風能利用系數(shù)，即有較大的轉(zhuǎn)矩，而且起動風速亦低，因此適用于提水。而葉片數(shù)少的風力發(fā)電機組的高尖速比運行時有較高的風能利用系數(shù)，且起動風速較高。另外，葉片數(shù)目確定應(yīng)與實度一起考慮，既要考慮風能利用系數(shù)，也要考慮起動性能，總之要達到最多的發(fā)電量為目標。由于三葉片的風力發(fā)電機的運行和輸出功率較平穩(wěn)，目前風力發(fā)電機采用三葉片的較多。 二、風輪直徑D 風輪直徑可用下行公式進行估算 式中 P—風力發(fā)電機組設(shè)計（額定）風況輸出電功率

5、（kW）： ρ—空氣密度，一般取標準大氣狀態(tài)；（kg/m3） V1—設(shè)計風速（風輪中心高度）（m / s）： D—風輪直徑（m）： η1—發(fā)電機效率： η2—傳動效率： Cp— 風能利用系數(shù)。在計算時，一般應(yīng)取額定風速下的Cp值。 三、設(shè)計風速V1 風輪設(shè)計風速（又稱額定風速）是一個非常重要的參數(shù)，直接影響到風力發(fā)電機組的尺寸和成本。設(shè)計風速取決于安裝風力發(fā)電機組地區(qū)的風能資源。風能資源既要考慮到平均風速的大小，又要考慮風速的頻度。 知道了平均風速和頻度，就可以確定風速V1的大小，如可以按全年獲得最大能量為原則來確定設(shè)計風速。也有人提出以單位投資獲得最大能量為原則來選取設(shè)計風

6、速。 四、尖速比λ 風輪的尖速比是風輪的葉尖速度和設(shè)計風速之比。尖速比是風力發(fā)電機組的一個重要設(shè)計參數(shù)，通常在風力發(fā)電機組總體設(shè)計時提出。首先，尖速比與風輪效率是密切相關(guān)的，只要風力發(fā)電機沒有超速，運轉(zhuǎn)處于較高尖速比狀態(tài)下的風力發(fā)電機，風輪就具有較高的效率。對于特定的風輪，其尖速比不是隨意而定的，它是根據(jù)風力發(fā)電機組的類型、葉尖的形狀和電機傳動系統(tǒng)的參數(shù)來確定的。不同的尖速比意味所選用或設(shè)計的風輪實度具有不同的數(shù)值。設(shè)計要求的尖速比，是指在此尖速比上，所有的空氣動力學(xué)參數(shù)接近于它們的最佳值，以及風輪效率達到最大值。 在同樣直徑下，高速風力發(fā)電機組比低速風力發(fā)電機組成本要低，由陣風引起的動

7、負載影響亦要小一些。另外，高速風力發(fā)電機組運行時的軸向推力比靜止時大。高速風力發(fā)電機組的起動轉(zhuǎn)矩小，起動風速大，因此要求選擇最佳的弦長和扭角分布。如果采用變槳距的風輪葉片，那么在風輪起動時，變距角要調(diào)節(jié)到較大值，隨著風輪轉(zhuǎn)速的增加逐漸減小。當確定了風力發(fā)電機組尖速比范圍之后，要根據(jù)風輪設(shè)計風速和發(fā)電機轉(zhuǎn)速來選擇齒輪箱傳動比，最后再用公式λ=Rω/V 進行尖速比的計算，確定其設(shè)計參數(shù)。 五、實度σ。 風輪的實度是指風輪的葉片面積之和與風輪掃掠面積之比。實度是和尖速比密切相關(guān)的另一個重要設(shè)計參數(shù)。對風力提水機，因為需要轉(zhuǎn)矩大，因此風輪實度取得大；對風力發(fā)電機，因為要求轉(zhuǎn)速高，因此風輪實度取得小

8、。自起動風力發(fā)電機組的實度是由預(yù)定的起動風速來決定的，起動風速小，要求實度大。通常風力發(fā)電機組實度大致在5%~20%這一范圍。 實度的大小的確定要考慮以下兩個重要因素：（1）風輪的力矩特性，特別是起動力矩；（2）風輪的轉(zhuǎn)動慣用量及電機傳動系統(tǒng)特性決定。 六、翼型及其升阻比 翼型的選取對風力發(fā)電機組的效率十分重要。翼型的升力 / 阻力比（L / D ）值愈高則風力發(fā)電機組的效率愈高。同時要考慮翼型的失速特性，避免由于失速而產(chǎn)生的瞬間抖動現(xiàn)象。 七、其他 （一）風輪中心離地高度。是指風輪中心離安裝處地面高度。 （二）風輪錐角。風輪錐角是葉片相對于和旋轉(zhuǎn)軸垂直平面的傾斜度。錐角的 作用是：在風輪運行狀態(tài)下離心力起卸荷作用，以減少氣動力引起的葉片彎曲應(yīng)力和防止葉片梢部與塔架碰撞。 （三）風輪仰角。風輪仰角是風輪相對于和旋轉(zhuǎn)軸平行平面的傾斜度，傾角的 作用主要是減少和防止葉片梢部與塔架碰撞。