風(fēng)力發(fā)電機(jī)組總體設(shè)計(jì)

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1、1．總體設(shè)計(jì) 一、氣動(dòng)布局方案 包括對(duì)各類(lèi)構(gòu)形、型式和氣動(dòng)布局方案的比較和選擇、模型吹風(fēng)，性能及其他氣動(dòng)特性的初步計(jì)算，確定整機(jī)和各部件（系統(tǒng)）主要參數(shù)，各部件相對(duì)位置等。最后，繪制整機(jī)三面圖，并提交有關(guān)的分析計(jì)算報(bào)告。 二、整機(jī)總體布置方案 包括整機(jī)各部件、各系統(tǒng)、附件和設(shè)備等布置。此時(shí)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(hù)等要求，并考慮有效合理的重心位置。最后繪制整機(jī)總體布置圖，并編寫(xiě)有關(guān)報(bào)告和說(shuō)明書(shū)。 三、整機(jī)總體結(jié)構(gòu)方案 包括對(duì)整機(jī)結(jié)構(gòu)承力件的布置，傳力路線(xiàn)的分析，主要承力構(gòu)件的承力型式分析，設(shè)計(jì)分離面和對(duì)接型式的選擇，和各種結(jié)構(gòu)材料的選擇等。整機(jī)總體結(jié)構(gòu)方

2、案可結(jié)合總體布置一起進(jìn)行，并在整機(jī)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(bào)告和技術(shù)說(shuō)明。 四、各部件和系統(tǒng)的方案 應(yīng)包括對(duì)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(xiě)有關(guān)的報(bào)告和技術(shù)說(shuō)明。 五、整機(jī)重量計(jì)算、重量分配和重心定位 包括整機(jī)總重量的確定、各部分重量的確定、重心和慣量計(jì)算等工作。最后應(yīng)提交有關(guān)重量和重心等計(jì)算報(bào)告，并繪制重心定位圖。 六、配套附件 整機(jī)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(duì)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(gòu)清單等有關(guān)

3、文件?？傮w設(shè)計(jì)階段將解決全局性的重大問(wèn)題，必須精心和慎重地進(jìn)行，要盡可能充分利用已有的經(jīng)驗(yàn)，以求總體設(shè)計(jì)階段中的重大決策建立在可靠的理論分析和試驗(yàn)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(fēng)力發(fā)電機(jī)組整機(jī)三面圖，整機(jī)總體布置圖，重心定位圖，整機(jī)重量和重心計(jì)算報(bào)告，性能計(jì)算報(bào)告，初步的外負(fù)載計(jì)算報(bào)告，整機(jī)結(jié)構(gòu)承力初步分析報(bào)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(gòu)清單等，以及其他有關(guān)經(jīng)濟(jì)性和使用性能等應(yīng)有明確文件。 2．總體參數(shù) 在風(fēng)輪氣動(dòng)設(shè)計(jì)前必須先確定下列總體參數(shù)。 一、風(fēng)輪葉片數(shù)B 一般風(fēng)輪葉片數(shù)取決于風(fēng)輪的尖速比λ。目前用于

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

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

6、速。 四、尖速比λ 風(fēng)輪的尖速比是風(fēng)輪的葉尖速度和設(shè)計(jì)風(fēng)速之比。尖速比是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的一個(gè)重要設(shè)計(jì)參數(shù)，通常在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組總體設(shè)計(jì)時(shí)提出。首先，尖速比與風(fēng)輪效率是密切相關(guān)的，只要風(fēng)力發(fā)電機(jī)沒(méi)有超速，運(yùn)轉(zhuǎn)處于較高尖速比狀態(tài)下的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，風(fēng)輪就具有較高的效率。對(duì)于特定的風(fēng)輪，其尖速比不是隨意而定的，它是根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的類(lèi)型、葉尖的形狀和電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)來(lái)確定的。不同的尖速比意味所選用或設(shè)計(jì)的風(fēng)輪實(shí)度具有不同的數(shù)值。設(shè)計(jì)要求的尖速比，是指在此尖速比上，所有的空氣動(dòng)力學(xué)參數(shù)接近于它們的最佳值，以及風(fēng)輪效率達(dá)到最大值。 在同樣直徑下，高速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組比低速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組成本要低，由陣風(fēng)引起的動(dòng)

7、負(fù)載影響亦要小一些。另外，高速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)的軸向推力比靜止時(shí)大。高速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，起動(dòng)風(fēng)速大，因此要求選擇最佳的弦長(zhǎng)和扭角分布。如果采用變槳距的風(fēng)輪葉片，那么在風(fēng)輪起動(dòng)時(shí)，變距角要調(diào)節(jié)到較大值，隨著風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的增加逐漸減小。當(dāng)確定了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組尖速比范圍之后，要根據(jù)風(fēng)輪設(shè)計(jì)風(fēng)速和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)選擇齒輪箱傳動(dòng)比，最后再用公式λ=Rω/V 進(jìn)行尖速比的計(jì)算，確定其設(shè)計(jì)參數(shù)。 五、實(shí)度σ。 風(fēng)輪的實(shí)度是指風(fēng)輪的葉片面積之和與風(fēng)輪掃掠面積之比。實(shí)度是和尖速比密切相關(guān)的另一個(gè)重要設(shè)計(jì)參數(shù)。對(duì)風(fēng)力提水機(jī)，因?yàn)樾枰D(zhuǎn)矩大，因此風(fēng)輪實(shí)度取得大；對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，因?yàn)橐筠D(zhuǎn)速高，因此風(fēng)輪實(shí)度取得小

8、。自起動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的實(shí)度是由預(yù)定的起動(dòng)風(fēng)速來(lái)決定的，起動(dòng)風(fēng)速小，要求實(shí)度大。通常風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實(shí)度大致在5%~20%這一范圍。 實(shí)度的大小的確定要考慮以下兩個(gè)重要因素：（1）風(fēng)輪的力矩特性，特別是起動(dòng)力矩；（2）風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣用量及電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)特性決定。 六、翼型及其升阻比 翼型的選取對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的效率十分重要。翼型的升力 / 阻力比（L / D ）值愈高則風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的效率愈高。同時(shí)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(dòng)現(xiàn)象。 七、其他 （一）風(fēng)輪中心離地高度。是指風(fēng)輪中心離安裝處地面高度。 （二）風(fēng)輪錐角。風(fēng)輪錐角是葉片相對(duì)于和旋轉(zhuǎn)軸垂直平面的傾斜度。錐角的 作用是：在風(fēng)輪運(yùn)行狀態(tài)下離心力起卸荷作用，以減少氣動(dòng)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(fēng)輪仰角。風(fēng)輪仰角是風(fēng)輪相對(duì)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。