风力发电机组总体设计

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1、1．总体设计 一、气动布局方案 包括对各类构形、型式和气动布局方案的比较和选择、模型吹风，性能及其他气动特性的初步计算，确定整机和各部件（系统）主要参数，各部件相对位置等。最后，绘制整机三面图，并提交有关的分析计算报告。 二、整机总体布置方案 包括整机各部件、各系统、附件和设备等布置。此时要求考虑布置得合理、协调、紧凑，保证正常工作和便于维护等要求，并考虑有效合理的重心位置。最后绘制整机总体布置图，并编写有关报告和说明书。 三、整机总体结构方案 包括对整机结构承力件的布置，传力路线的分析，主要承力构件的承力型式分析，设计分离面和对接型式的选择，和各种结构材料的选择等。整机总体结构方

2、案可结合总体布置一起进行，并在整机总体布置图上加以反映，也可绘制一些附加的图纸。需要有相应的报告和技术说明。 四、各部件和系统的方案 应包括对各部件和系统的要求、组成、原理分析、结构型式、参数及附件的选择等工作。最后，应绘制有关部件的理论图和有关系统的原理图，并编写有关的报告和技术说明。 五、整机重量计算、重量分配和重心定位 包括整机总重量的确定、各部分重量的确定、重心和惯量计算等工作。最后应提交有关重量和重心等计算报告，并绘制重心定位图。 六、配套附件 整机配套附件和备件等设备的选择和确定，新材料和新工艺的选择，对新研制的部件要确定技术要求和协作关系。最后提交协作及采购清单等有关

3、文件。总体设计阶段将解决全局性的重大问题，必须精心和慎重地进行，要尽可能充分利用已有的经验，以求总体设计阶段中的重大决策建立在可靠的理论分析和试验基础上，避免以后出现不应有重大反复。阶段的结果是应给出风力发电机组整机三面图，整机总体布置图，重心定位图，整机重量和重心计算报告，性能计算报告，初步的外负载计算报告，整机结构承力初步分析报告，各部件和系统的初步技术要求，部件理论图，系统原理图，新工艺、新材料等协作要求和采购清单等，以及其他有关经济性和使用性能等应有明确文件。 2．总体参数 在风轮气动设计前必须先确定下列总体参数。 一、风轮叶片数B 一般风轮叶片数取决于风轮的尖速比λ。目前用于

4、风力发电一般属于高速风力发电机组，即λ＝4-7 左右，叶片数一般取 2—3。用于风力提水的风力机一般属于低速风力机，叶片数较多。叶片数多的风力机在低尖速比运行时有较低的风能利用系数，即有较大的转矩，而且起动风速亦低，因此适用于提水。而叶片数少的风力发电机组的高尖速比运行时有较高的风能利用系数，且起动风速较高。另外，叶片数目确定应与实度一起考虑，既要考虑风能利用系数，也要考虑起动性能，总之要达到最多的发电量为目标。由于三叶片的风力发电机的运行和输出功率较平稳，目前风力发电机采用三叶片的较多。 二、风轮直径D 风轮直径可用下行公式进行估算 式中 P—风力发电机组设计（额定）风况输出电功率

5、（kW）： ρ—空气密度，一般取标准大气状态；（kg/m3） V1—设计风速（风轮中心高度）（m / s）： D—风轮直径（m）： η1—发电机效率： η2—传动效率： Cp— 风能利用系数。在计算时，一般应取额定风速下的Cp值。 三、设计风速V1 风轮设计风速（又称额定风速）是一个非常重要的参数，直接影响到风力发电机组的尺寸和成本。设计风速取决于安装风力发电机组地区的风能资源。风能资源既要考虑到平均风速的大小，又要考虑风速的频度。 知道了平均风速和频度，就可以确定风速V1的大小，如可以按全年获得最大能量为原则来确定设计风速。也有人提出以单位投资获得最大能量为原则来选取设计风

6、速。 四、尖速比λ 风轮的尖速比是风轮的叶尖速度和设计风速之比。尖速比是风力发电机组的一个重要设计参数，通常在风力发电机组总体设计时提出。首先，尖速比与风轮效率是密切相关的，只要风力发电机没有超速，运转处于较高尖速比状态下的风力发电机，风轮就具有较高的效率。对于特定的风轮，其尖速比不是随意而定的，它是根据风力发电机组的类型、叶尖的形状和电机传动系统的参数来确定的。不同的尖速比意味所选用或设计的风轮实度具有不同的数值。设计要求的尖速比，是指在此尖速比上，所有的空气动力学参数接近于它们的最佳值，以及风轮效率达到最大值。 在同样直径下，高速风力发电机组比低速风力发电机组成本要低，由阵风引起的动

7、负载影响亦要小一些。另外，高速风力发电机组运行时的轴向推力比静止时大。高速风力发电机组的起动转矩小，起动风速大，因此要求选择最佳的弦长和扭角分布。如果采用变桨距的风轮叶片，那么在风轮起动时，变距角要调节到较大值，随着风轮转速的增加逐渐减小。当确定了风力发电机组尖速比范围之后，要根据风轮设计风速和发电机转速来选择齿轮箱传动比，最后再用公式λ=Rω/V 进行尖速比的计算，确定其设计参数。 五、实度σ。 风轮的实度是指风轮的叶片面积之和与风轮扫掠面积之比。实度是和尖速比密切相关的另一个重要设计参数。对风力提水机，因为需要转矩大，因此风轮实度取得大；对风力发电机，因为要求转速高，因此风轮实度取得小

8、。自起动风力发电机组的实度是由预定的起动风速来决定的，起动风速小，要求实度大。通常风力发电机组实度大致在5%~20%这一范围。 实度的大小的确定要考虑以下两个重要因素：（1）风轮的力矩特性，特别是起动力矩；（2）风轮的转动惯用量及电机传动系统特性决定。 六、翼型及其升阻比 翼型的选取对风力发电机组的效率十分重要。翼型的升力 / 阻力比（L / D ）值愈高则风力发电机组的效率愈高。同时要考虑翼型的失速特性，避免由于失速而产生的瞬间抖动现象。 七、其他 （一）风轮中心离地高度。是指风轮中心离安装处地面高度。 （二）风轮锥角。风轮锥角是叶片相对于和旋转轴垂直平面的倾斜度。锥角的 作用是：在风轮运行状态下离心力起卸荷作用，以减少气动力引起的叶片弯曲应力和防止叶片梢部与塔架碰撞。 （三）风轮仰角。风轮仰角是风轮相对于和旋转轴平行平面的倾斜度，倾角的 作用主要是减少和防止叶片梢部与塔架碰撞。