1、一.總體參數(shù)設(shè)計(jì)總體參數(shù)是設(shè)計(jì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組總體結(jié)構(gòu)和功能的基本參數(shù)，主要包括額定功率、發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、設(shè)計(jì)壽命等。1 .額定功率、設(shè)計(jì)壽命根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)選定額定功率Pr=3.5MW一般風(fēng)力機(jī)組設(shè)計(jì)壽命至少為20年，這里選20年設(shè)計(jì)壽命。2 .切出風(fēng)速、切入風(fēng)速、額定風(fēng)速切入風(fēng)速取Vin=3m/s切出風(fēng)速取Vout=25m/s額定風(fēng)速Vr=12m/s（對(duì)于一般變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組（選3.5MW的額定風(fēng)速與平均風(fēng)速之比為1.70左右,Vr=1.70Vave=1.70X7.0=12m/s）3 .重要幾何尺寸（1）風(fēng)輪直徑和掃掠面積由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出功率得葉片直徑：-8Pr83500000/八

2、,D=3310m二Cp1231.22512二0.450.950.960.95其中：Pr風(fēng)力發(fā)電機(jī)組額定輸出功率，取3.5MW;錯(cuò)誤！未找到引用源。一一空氣密度（一般取標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)），取1.225kg/m3;Vr額定風(fēng)速，取12m/s；D風(fēng)輪直徑；1一一傳動(dòng)系統(tǒng)效率，取0.95;2一一發(fā)電機(jī)效率，取0.96;錯(cuò)誤！未找到引用源。3變流器效率，取0.95;Cp額定功率下風(fēng)能利用系數(shù)，取0.45。由直徑計(jì)算可得掃掠面積：22八二D二104-2A=8482m錯(cuò)誤！未找到引用源。錯(cuò)誤！未找到引用源。44綜上可得風(fēng)輪直徑D=104m,掃掠面積A=8482m24.功率曲線自然界風(fēng)速的變化是隨機(jī)的， 符合馬爾

3、可夫過(guò)程的特征， 下一時(shí)刻的風(fēng)速和上一時(shí)刻的結(jié)果沒(méi)什么可預(yù)測(cè)的規(guī)律。由于風(fēng)速的這種特性，可以把風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率隨風(fēng)速的變化用如下的模型來(lái)表示：P(t)=Psta(t)+PA(t)P(t)在真實(shí)湍流風(fēng)作用下每一時(shí)刻產(chǎn)生的功率，它由t時(shí)刻的V(t)決定；Pstat(t)在給定時(shí)間段內(nèi)V(t)的平均值所對(duì)應(yīng)的功率；巳表示t時(shí)刻由于風(fēng)湍流引起的功率波動(dòng)。對(duì)功率曲線的繪制，主要在于對(duì)風(fēng)速模型的處理。若假定上式表示的風(fēng)模型中Pstat(t)的始終為零，即視風(fēng)速為不隨時(shí)間變化的穩(wěn)定值,在切入風(fēng)速到切出風(fēng)速的范圍內(nèi)按照設(shè)定的風(fēng)速步長(zhǎng)， 得到對(duì)應(yīng)風(fēng)速下的最佳葉尖速比和功率系數(shù)，帶入式：132P=1CP：VrD

4、2二12381傳動(dòng)系統(tǒng)效率，取0.95;2發(fā)電機(jī)效率，取0.96;錯(cuò)誤！未找到引用源。3變流器效率，取0.95;錯(cuò)誤！未找到引用源。一一空氣密度(一般取標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài))，取1.225kg/m3;Vr額定風(fēng)速，取12m/s；D風(fēng)輪直徑；Cp額定功率下風(fēng)能利用系數(shù)，取0.45。由以上公式，使用excel計(jì)算出不同風(fēng)速對(duì)應(yīng)的功率值，見(jiàn)表1表 1 風(fēng)速功率關(guān)系風(fēng)速(m/s)34567891011功率（w）547441297632534444379526954521038109147809020275582698680風(fēng)速(m/s)121314151617181920功率（w）35000003500000

5、3500000350000035000003500000350000035000003500000風(fēng)速(m/s)2122232425功率（w）35000003500000350000035000003500000將得到的數(shù)據(jù)對(duì)繪制成靜態(tài)風(fēng)功率曲線，如圖一P-V風(fēng)速（m/s）功率（iw）圖 1P-v 靜態(tài)功率曲線5.風(fēng)輪額定轉(zhuǎn)速三葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)輪葉尖速比隨葉尖速比的變化曲線即CP%曲線如圖 2人。一般在6至8之間，不同攻角下的風(fēng)能利用系數(shù)圖2CP九0曲線輪轂較簡(jiǎn)單等。綜上所述，葉片數(shù)選擇3。7、功率控制方式、制動(dòng)系統(tǒng)形式功率控制方式選擇主動(dòng)變槳距控制；制動(dòng)系統(tǒng)形式為第一制動(dòng)采用氣動(dòng)剎車(chē)，第

6、二制動(dòng)采用高速軸機(jī)械剎車(chē)。8、風(fēng)力機(jī)等級(jí)由IEC標(biāo)準(zhǔn)，如表2,選擇風(fēng)力機(jī)等級(jí)為IECIIIA。WTGS等級(jí)IIIIIISVref(m/S)5042.537.5設(shè)計(jì)值由設(shè)計(jì)者選定AIref0.16BIref0.14CIref0.12表 2 風(fēng)機(jī)等級(jí)規(guī)范表注：表中數(shù)據(jù)為輪轂高度處值，其中：A 表示較高湍流特性級(jí)；參考風(fēng)速 Vref 為 10min 平均風(fēng)速；B 表由Cp-%曲線可得出%=7.5,則風(fēng)輪額定轉(zhuǎn)速可由下式計(jì)算得到:二RR/u=30Vr6007r607.512nr=16.5r/minD二1046.葉片數(shù)現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)的實(shí)度比較小，一般需要1-3個(gè)葉片。選擇風(fēng)輪葉片數(shù)時(shí)考慮風(fēng)電機(jī)組性能和載

7、荷、風(fēng)輪和傳動(dòng)成本、風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)噪聲及景觀影響等因素。3葉片較1、2葉片風(fēng)輪有如下優(yōu)點(diǎn)：平衡簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)載荷小。基本消除了系統(tǒng)的周期載荷，輸出較穩(wěn)定轉(zhuǎn)矩；能提供較佳的效率；更加美觀；噪聲較小；示中等湍流特性級(jí)；I15 風(fēng)速為 15m/s 時(shí)的湍流強(qiáng)度特性值。C 表示較低湍流特性級(jí)；除表基本參數(shù)外，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)中，還需要某些更重要的參數(shù)來(lái)規(guī)定外部條件。對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 IAIIIC 級(jí)，統(tǒng)稱為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)。階段性總結(jié)表總體參數(shù)設(shè)計(jì)值總體參數(shù)設(shè)計(jì)值葉片數(shù)B=3風(fēng)輪直徑D=104m額定輸出功率P=3.5MW輪轂高度Zhub=106.25m設(shè)計(jì)壽命20年風(fēng)能利用系數(shù)Cp=0.45切入風(fēng)速Vi

8、n=3m/s葉尖速比尢=7.5切出風(fēng)速Vout=25m/s功率控制方式主動(dòng)變槳距控制額定風(fēng)速Vr=12m/s制動(dòng)形式氣動(dòng)剎車(chē)、機(jī)械剎車(chē)風(fēng)輪額定轉(zhuǎn)速nr=16.5r/min傳動(dòng)系統(tǒng)高傳動(dòng)比齒輪箱傳動(dòng)風(fēng)力機(jī)等級(jí)IECIIIA電氣系統(tǒng)雙饋發(fā)電機(jī)+變流器1.葉片材料選擇葉片選用T-700碳纖維，相比玻璃纖維，葉片密度較小，發(fā)電效率更高，密度為1800kg/m3。2,計(jì)算各剖面的葉尖速比將葉片分為20個(gè)葉素，每個(gè)葉素間隔0.05R,其中5%半徑處葉片是筒狀，10%-60%半徑處采用鈍后緣葉片，65%-100%半徑處采用通用風(fēng)電機(jī)組葉片翼型。葉片內(nèi)圈采用鈍后緣翼型，外圈采用63415翼型。根據(jù)下式求各葉素

9、的葉尖速比葉素位置和葉尖速比數(shù)值見(jiàn)下表2:表 2 不同葉素位置的葉尖速比葉素位置/%5101520253035404550葉尖速比九0.3750.7501.1251.5001.8752.2502.6253.0003.3753.750葉素位置/%556065707580859095100葉尖速比九4.1254.5004.8755.2505.6256.0006.3756.7507.1257.5003.根據(jù)翼型確定葉片最佳攻角a,升力系數(shù)Ci,Cd風(fēng)力機(jī)翼型為NACA63-415,圖3圖 3NACA63-415 翼型圖計(jì)算雷諾數(shù)Re在20C,壓強(qiáng)為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓101.325kPa時(shí)，空氣的動(dòng)力粘度卜=

10、17.9父10上圖 4Ci-Cd曲線和 Ci-alpha 曲線Cl/Cd圖 5Ci/Cdalpha 圖從圖中可以得出翼型取得最大升阻比時(shí)，最佳攻角=5.25;此時(shí)升力系數(shù)01=0.9461,Cd=0.00791,最佳升阻比Ci/Cd=118.7，本次設(shè)計(jì)選取最佳攻角口=5.25：錯(cuò)誤！未找到引用源。則升力系數(shù)和阻力系數(shù)分別為Ci=0.9461,Cd=0.00791o葉片每個(gè)截面的升力系數(shù)相同，為01=0.9461。4 .葉片弦長(zhǎng)計(jì)算步驟：-VLi1.2251252Re=6.2810717.910-通過(guò)下面的計(jì)算，可以得到沿葉片各徑向位置r上的弦長(zhǎng)C和葉素槳距角P,即可完成葉片的初步設(shè)計(jì)，但要是

11、想對(duì)葉片進(jìn)一步優(yōu)化，還需對(duì)翼型、葉根、葉尖風(fēng)進(jìn)行氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)和工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)，在本次設(shè)計(jì)報(bào)告中，只對(duì)葉片作了初步設(shè)計(jì)。如下：(1)求中利用公式1,二可=-arctan1一33(2)求軸向干擾因子k利用公式k：J;、21cosP1-k2求入流角d利用公式1h、=arccot()1kC_8-r(h-1)cosBC|(h1)(3)求切向干擾因子h利用公式(5)求葉素槳距角P-ct(6)計(jì)算葉片弦長(zhǎng)C葉片氣動(dòng)特性通過(guò)excel計(jì)算，得到葉片各個(gè)截面氣動(dòng)特性參數(shù)，如表3:表 3 葉片氣動(dòng)特性參數(shù)位置()半徑r(m)葉尖速比入0kh3C修正)52.60.3751.1670.4202.6190.8080.71

12、67.116105.20.751.2620.3801.5880.6180.5278.522157.81.1251.3290.3611.2990.4840.3937.9472010.41.51.3750.3511.1790.3920.3006.98525131.8751.4070.3461.1180.3270.2356.0863015.62.251.4310.3421.0840.2790.1875.3353518.22.6251.4490.3401.0620.2430.1514.7214020.831.4640.3391.0480.2150.1234.2214523.43.3751.4750.3

13、371.0380.1920.1003.80950263.751.4840.3371.0310.1740.0823.4665528.64.1251.4920.3361.0260.1590.0673.1776031.24.51.4980.3361.0220.1460.0542.9306533.84.8751.5030.3351.0190.1350.0432.7187036.45.251.5080.3351.0160.1250.0342.53475395.6251.5120.3351.0140.1170.0262.3738041.661.5160.3351.0120.1100.0182.230854

14、4.26.3751.5190.3351.0110.1040.0122.1049046.86.751.5220.3341.0100.0980.0061.9919549.47.1251.5240.3341.0090.0930.0011.889100527.51.5270.3341.0080.088-0.0031.7975.葉片根部載荷計(jì)算與材料選擇葉片根部處理方式：距葉根05m處制作成直徑為3m的圓柱結(jié)構(gòu)處理，且根部采用金屬法蘭連接。見(jiàn)圖6圖 6 金屬法蘭連接增強(qiáng)材料抗拉強(qiáng)度/MPu杭杭模展/677/密度/*cm斷后延長(zhǎng)率E鼓纖3400752.54凡高強(qiáng)玻舒d020832.545.37700碳纖維

15、門(mén)即加1049(K)2301.HO2.1超高朧聚乙烯纖維34001070.973.8連統(tǒng)玄武巖纖姓：3000-IKW79,393.12.803.1表 4 增強(qiáng)材料力學(xué)性能根據(jù)表4材料選擇為T(mén)700碳纖維，抗拉強(qiáng)度為4.9Gpa:.取k=0.3父4.9父109pa=1.47109pa32.(T%)2M232.(66386034.912)230186002dmin=34=3J94=1.07m二二(1-二)1.4710 二(1-0.96),11C1ad=-CI=-7.11=3.555m-dmin22所以風(fēng)輪根部直徑選擇3.6m三.確定主要部件發(fā)電機(jī)類型：雙饋異步變速包頻發(fā)電機(jī)；額定功率：3.5MW;

16、額定轉(zhuǎn)速：1500r/min；發(fā)電機(jī)極對(duì)數(shù)為2,發(fā)電機(jī)主軸轉(zhuǎn)矩T發(fā)電機(jī)主軸為:選擇剛軸推薦最大扭剪應(yīng)力：fs=55MPa則發(fā)電機(jī)的主軸直徑D發(fā)電機(jī)為:取發(fā)電機(jī)主軸直徑D為0.15m.2 .變流器變流器功率通常為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的1/21/3,為保證機(jī)組可靠性，通常為額定功率的所以變流器功率為1500kW。3 .齒輪箱方式：行星齒輪傳動(dòng)兩級(jí)NGW;低速軸轉(zhuǎn)速：nl=16.5r/minT發(fā)電機(jī)主軸=9550-=95501n23350015000.960.95=2.443104NmD發(fā)電機(jī)c2T發(fā)電機(jī)主軸一1二fs322.443104，二5.5107=0.1313m1/2,低速軸功率為:高速軸功率為:6

17、0PJPt232二1500=157rad/s60350000035000000.960.95：3.9106W3.84106W高速軸轉(zhuǎn)速：nh=1500r/min傳動(dòng)比：i=90齒輪箱效率：=311=30.95=0.983齒輪箱功率:PGBPr35000000.950.9630.95：3.9106W4.聯(lián)軸器低速軸聯(lián)軸器功率PmPr350000020.96X0.95X3；Q.95：3.9106W錯(cuò)誤!未找到引用源。高速軸聯(lián)軸器功率:Pt2335000006XA/3.8410W0.960.955.主軸低速軸角速度為:高速軸角速度為:2二16.56060=1.727rad/s0.96父0.95父30

18、.9522Tt22.44510DH-2321=237-0.1314mfs二5.510綜上可得，低速軸直徑取0.7m,高速軸直徑取0.18m6 .偏航系統(tǒng)類型：主動(dòng)偏航，并選用強(qiáng)制外置6電機(jī)偏航;偏航范圍：-800800偏航角速度：0.6/s偏航軸承：4點(diǎn)接觸球軸承；偏航驅(qū)動(dòng)：6個(gè)3kW偏航電機(jī)；偏航制動(dòng)：液壓控制摩擦制動(dòng)；大齒輪齒數(shù)：135;小齒輪齒數(shù)：16減速箱傳動(dòng)比：i=140結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖7低速軸轉(zhuǎn)矩為:TmPm；.?m39000001.727：2258251.3Nm高速軸轉(zhuǎn)矩為:Ptt3840000157:24458.6Nm低速軸直徑:0.59m高速軸直徑:DL322258251.3，二

19、 55000000MM圖 7 偏航機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖7 .變槳系統(tǒng)根據(jù)調(diào)整槳距角調(diào)整風(fēng)能利用系數(shù)，槳距角與風(fēng)能利用系數(shù)曲線見(jiàn)圖 80.5Q.*盯圖 8 風(fēng)能利用系數(shù)與槳距角關(guān)系曲線變槳類型：3葉片獨(dú)立變槳控制，采用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置。供電方式：超級(jí)電容供電發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速：永磁電動(dòng)機(jī)1500r/min,電機(jī)功率：3M10kw變槳范圍：090（主要變槳范圍030）變槳速度：7/s傳動(dòng)方式：齒形帶傳動(dòng)變槳機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖9四.風(fēng)機(jī)載荷計(jì)算1.葉片載荷計(jì)算(1)作用在葉片上的離心力Fc葉片繞風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，有離心力作用在葉片上。方向是自旋轉(zhuǎn)中心沿半徑想外。在半徑r處，從葉片上取長(zhǎng)為dr的一個(gè)葉素，該葉素上的離心力為dFc,

20、則葉片上的離心力為：錯(cuò)誤！未找到引用源。其中：值風(fēng)輪角速度；ro葉片起始處旋轉(zhuǎn)半徑，約為R的1/20，即為1.75m；P葉片的密度，葉片內(nèi)部為空心梁結(jié)構(gòu)，查得碳纖維密度為1800kg/m3取900kg/m3；Ar葉素處的葉片截面積；翼型為NACA63-415，取Ar=0.1Mc22二16.5=1.727rad/s60用matlab計(jì)算得：Fc=41391N00連接器圖 9 變槳機(jī)構(gòu)結(jié)*a*92二nr60(2)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的風(fēng)壓力Fv：風(fēng)壓力是作用在葉片上沿風(fēng)速方向的氣動(dòng)力。12R2FVv(1cot)(CLCOSCDSD)cdr2r0其中：c葉素的弦長(zhǎng)，單位為m；小來(lái)流角；設(shè)Fv作用點(diǎn)距葉輪軸的距

21、離為rm,則有：/(1+cot2)(CLCosd+CoSin*)crdrroR(1+cot2e)(CLcos+CDSin*)cdrro用matlab計(jì)算得：Fv-494560Nrm=34.912m(3)作用在葉片上的氣動(dòng)力矩MbMb是使風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩，可由下式求出Mb=：pv2f(1+cot2)(CLcoa-CDSin*)crdr2r0Mb=195330Nm(4)作用在葉片上的陀螺力矩MkMk是風(fēng)輪對(duì)風(fēng)調(diào)向時(shí)產(chǎn)生的慣性力矩。當(dāng)風(fēng)向改變時(shí)，風(fēng)輪除以角速度缶繞水平主軸轉(zhuǎn)動(dòng)外，還以角速度w垂直于水平主軸并通過(guò)塔筒的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。整個(gè)葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：J=y；Arjdrr0其中：P葉片的密度，為900kg

22、/m3；A葉素處的葉片截面積，根據(jù)翼型圖得A=0.Vc2,單位為m2;設(shè)科氏加速度為:ak=2.0 xvsin:rRrm其中：Px慣性半徑，值為VJ/m；一：xPrVr與6w的夾角，Vr=Z0-v；R由動(dòng)量矩定理知，葉片受到慣性力矩Mk的作用，這個(gè)力矩稱為陀螺力矩。用matlab計(jì)算得：J=31994000m4Mk=Jak=191680000Nm2.風(fēng)輪載荷計(jì)算(1)軸向誘導(dǎo)因子錯(cuò)誤！未找到引用源。，周向誘導(dǎo)因子錯(cuò)誤！未找到引用源則作用在風(fēng)輪上的軸向推力T可表示為：2R2R2.一T=4二v0a(1-a)rdr=二v0(1一k)rdr用matlab計(jì)算得：T=663860Nm(2)作用在整個(gè)風(fēng)輪

23、上的轉(zhuǎn)矩M可表示為：RoRcM=4二：v0b(1-a)rdr-v0(h-1)(k1)rdr用matlab計(jì)算得：M=3018600Nm階段性總結(jié)表葉片上離心力Fc4139100NFv作用點(diǎn)距軸心跑離34.912m葉片轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)壓力Fv494560N氣動(dòng)力矩Mb195330m4轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J31994000m4慣，性力矩Mk191680000Nm風(fēng)輪軸向推力T663860Nm風(fēng)輪上轉(zhuǎn)矩M3018600Nm五.塔架設(shè)計(jì)1 .塔架高度塔架高度參數(shù)的選擇與地形和地貌有關(guān)，陸地和海上風(fēng)機(jī)組會(huì)有所不同，陸地地表相對(duì)粗糙，風(fēng)速隨高度變化緩慢，需要高的塔架，相反海平面較光滑，風(fēng)速沿高度變化梯度大。此外，隨著風(fēng)輪直徑的

24、增大，塔架高度逐漸減小，對(duì)于風(fēng)輪直徑25m以上的機(jī)組，輪轂中心高與風(fēng)輪直徑為1:1,所以選取塔架高度為90m0輪轂高度是從地面到風(fēng)輪掃掠面中心的高度，用Zhub表示Zhub=ZtH=2.2590=92.25m乙一塔頂平面到風(fēng)輪掃掠面中心的高度；H一塔架高度。2 .塔架的基本結(jié)構(gòu)形式塔架形式主要分為鋼筋混凝土、桁架、鋼筒三種結(jié)構(gòu)，目前大型風(fēng)機(jī)組主要采用鋼筒結(jié)構(gòu)，鋼筒結(jié)構(gòu)中又分為直通和錐筒，在滿足相同的要求的前提下，錐筒可以減少材料消耗，降低成本，所以本設(shè)計(jì)選取錐形鋼筒結(jié)構(gòu)。同時(shí)采用柔性塔，可以降低塔架質(zhì)量和成本，柔塔即塔架固有頻率在風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)與葉片通過(guò)頻率之間。3 .塔架的結(jié)構(gòu)尺寸、重量和材料連接

25、方式：法蘭連接；材料：Q460C,屈服弓5度是460MPa；機(jī)組質(zhì)量：mi=220t;塔筒質(zhì)量：m2=200t;塔筒壁厚：從根部到頂部選用壁厚由30-20mm過(guò)渡；塔筒根部外徑：Di=6000mm；塔筒頂部外徑：di=4000mm；塔筒根部?jī)?nèi)徑：D2=5940mm;塔筒頂部?jī)?nèi)徑：d2=3960mm；參照上海電氣風(fēng)電設(shè)備有限公司研發(fā)的3.6MW勺風(fēng)機(jī)，額定風(fēng)速12m/s,風(fēng)輪直徑116m機(jī)艙重150t,塔筒分為三段，上塔筒重約48.7t,中塔筒重約90.4t,下塔筒重約86.3t,葉片54t,輪轂38t,機(jī)組重量467.475t。塔筒根部外徑5056mm頂部外徑3815mm,4 .塔架載荷分析作

26、用在塔架上的載荷有以下幾類：5 1)風(fēng)輪等構(gòu)件承受的空氣動(dòng)力載荷；6 2)重力和慣性載荷：由重力、振動(dòng)、旋轉(zhuǎn)以及地震等引起的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)載荷；7 3)操作載荷：在機(jī)組運(yùn)行和控制過(guò)程中產(chǎn)生的載荷。如功率變化、偏航、變槳以及制動(dòng)過(guò)程產(chǎn)生的載荷等；8 4)其它載荷：諸如尾跡載荷、沖擊載荷、覆冰載荷等；9 5)下面只討論與塔架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算有關(guān)的兩種載荷，即由風(fēng)輪作用的最大氣動(dòng)推力以及塔架本身所承受最大風(fēng)壓產(chǎn)生的載荷；5.塔架強(qiáng)度校核塔架根部為最危險(xiǎn)截面，接下來(lái)將對(duì)根部進(jìn)行受力分析和強(qiáng)度校核。為了確保在暴風(fēng)作用條件下塔架不傾倒，校核強(qiáng)度時(shí)均要按照暴風(fēng)工況考慮風(fēng)輪的氣動(dòng)推力和塔架的風(fēng)壓力。暴風(fēng)工況下最大風(fēng)速

27、Vs和年平均風(fēng)速Vave有關(guān)。如下表5：表 5 年平均風(fēng)速和最大風(fēng)速關(guān)系Vave=5.5m/s5.5m/sVave=7m/sVs=40m/sVs=50m/sVs=60m/s本次設(shè)計(jì)中，Vave=7.0m/s7m/s,所以選取Vs=60m/s。塔架根部截面應(yīng)力可表示為:W2其中:Fas塔架風(fēng)壓力，單位N；Fts塔架氣動(dòng)推力，單位N;G2塔架自重，單位為N；Gi機(jī)艙總成質(zhì)量，單位為N10塔架受力Fas(hiH)FtsH2(GiG2)邛2變截面塔架的長(zhǎng)度折減系數(shù)，可根據(jù)從圖11得到2A2W2塔架根部抗彎截面系數(shù)，單位為m3;A2塔架根部截面積，單位為0204060801001201401601802

28、001低碳鋼 2 一低仆金鋼圖 11 九2-92關(guān)系曲線N與塔架截面變化有關(guān)的折算長(zhǎng)度修正系數(shù)，可根據(jù)Jmn錯(cuò)誤！未找到引用源。之Jmax比由表6的選擇參考設(shè)計(jì)值，Jmin為塔架頂部截面慣性矩，單位為mJmax為塔架根部截面慣性矩，單位為m4；JminJmax0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.651.451.331.241.181.141.101.061.031.00表 6J-Jmn關(guān)系表Jmax2塔架根部的截面慣性半徑，單位為 m,尸=H是塔架高度，即H=90m,hi是輪轂高度，由前面知道為hi=2.25m；(2)塔架風(fēng)壓力Fas,有以下幾種計(jì)算方式：前蘇聯(lián)的法

29、捷耶夫公式：2Fas=0.784AbVsB其中：Ab葉片的投影面積，單位m20婦，其中仃為風(fēng)輪實(shí)度，風(fēng)輪實(shí)度與葉尖速比B有關(guān)，%=7.5錯(cuò)誤！未找到引用源。時(shí)，近似認(rèn)為仃=0.05;Vs風(fēng)輪中心處的暴風(fēng)風(fēng)速，單位為m/s；荷蘭ECN的公式Fas二GqAbBS其中：Ct推力系數(shù)，取Ct=1.5；q動(dòng)態(tài)風(fēng)壓，單位為N/m,q隨高度變化，風(fēng)輪中心高度Zhub=92.25m處對(duì)應(yīng)的一2q=1410N/m。錯(cuò)誤！未找到引用源。一一動(dòng)態(tài)系數(shù)，取平=1.2;S安全系數(shù)，取S=1.5;丹麥RIS公式Fas二PA其中：Pl風(fēng)輪單位掃掠面積上的平均風(fēng)壓，通常取Pl=300N/m2;A風(fēng)輪的掃掠面積。單位為m2;(

30、3)塔架氣動(dòng)推力Fts其中：P一空氣密度，1.225kg/m3;A氣動(dòng)推力作用于塔筒的面積，單位為m2;中一一取0.7;Vs風(fēng)輪中心處的暴風(fēng)風(fēng)速，單位為m/s；(4)計(jì)算過(guò)程氣動(dòng)推力作用于塔筒的面積A=D12-H=6.490=45m2222葉片的投影面積Ab=-1040.05=141.51m2B43irD3m11nx63594、4l抗彎截面系數(shù)W=嗎1-匕UM1-594I=0.83532L6門(mén)326JITIT塔架根部截面積A=D；-D：=62-5.942=0.5623m244查表6得N=1.45,、/叫*6=2.114，則=H=1.4590=61.73，材料為低合1.,A.0.560322.1

31、14金鋼，根據(jù)圖5得變截面塔架的長(zhǎng)度折減系數(shù)邛2=0.75機(jī)組的總重量為G1=2200000N,塔架的總重量為G2=2000000N蘇聯(lián)的法捷耶夫公式：Fas1=0.784Av；B=0.784141.516023=1198193N荷蘭ECN的公式：Fas=CtqAB邛$=1.5父1410M141.51父3M1.2M1.5=16161857N丹麥RIS公式：Fas=P1A=300父52晨n=2547168N選取丹麥RIS公式得出的Fas=2547.168KN1_2.1o塔架氣動(dòng)推力：Fts=:VsA=X1.225600.7396=611226N22代入計(jì)算得:塔架頂部截面慣性矩二d：Jmin二6

32、4JIX64443.96廠X1-!4=0.495m塔架根部截面慣性矩-2.50m4JminJmax0.4240.970=0.197d1人4二D644二6x645.94fl二s-460MPa飛。=324MPa所以塔架最危險(xiǎn)截面，即根部滿足要求。六.風(fēng)電機(jī)組布局見(jiàn)附錄整機(jī)工程圖七.設(shè)計(jì)總結(jié)1.總體參數(shù)風(fēng)機(jī)總體設(shè)計(jì)參數(shù)總結(jié)，如表7表 7 總體參數(shù)表葉片數(shù)B=3風(fēng)輪直徑D=104m額定輸出功率P=3.5MW掃掠面積A=8482m2設(shè)計(jì)壽命20年風(fēng)能利用系數(shù)Cp=0.45切入風(fēng)速Vin=3m/s葉尖速比九0=7.5切出風(fēng)速Vout=25m/s功率控制方式主動(dòng)變槳距控制額定風(fēng)速Vr=12m/s制動(dòng)形式氣動(dòng)

33、剎車(chē)、機(jī)械剎車(chē)風(fēng)輪額定轉(zhuǎn)速nr=16.5r/min傳動(dòng)系統(tǒng)高傳動(dòng)比齒輪箱傳動(dòng)Fas(hlH)Fts254716892.25611226902(GIG2)十二W20.835J(22000002000000):324MPa0.750.5623強(qiáng)度校核:風(fēng)力機(jī)等級(jí)IECIIIA電氣系統(tǒng)雙饋發(fā)電機(jī)+變流器葉片數(shù)B=3風(fēng)輪直徑D=70m2.功率、氣動(dòng)特性和載荷計(jì)算總結(jié)風(fēng)機(jī)的功率、葉片氣動(dòng)特性和載荷總結(jié)，如表8表 8 風(fēng)機(jī)的功率、葉片氣動(dòng)特性和載荷氣動(dòng)特性攻角5.25升力系數(shù)0.9461阻力系數(shù)0.00791發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)額定功率3.5MW發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速1500r/min發(fā)電機(jī)軸直徑0.18m齒輪箱形式行星

34、齒輪傳動(dòng)兩級(jí)NGW齒輪箱傳動(dòng)比90低速軸轉(zhuǎn)速16.5r/min局速軸轉(zhuǎn)速1500r/min齒輪箱功率3.9MW聯(lián)軸器低速軸聯(lián)軸器功率3.9MW高速軸聯(lián)軸器功率3.84MW變流器變流器功率1.5MW變槳電機(jī)數(shù)量父變槳電機(jī)功率3M10KW偏航電機(jī)數(shù)量父錯(cuò)誤！未找到引用源。偏航電機(jī)功率6M3KW葉片載荷離心力4139.1KN風(fēng)壓力494.56N氣動(dòng)力矩195330N-m風(fēng)壓力作用點(diǎn)距葉輪軸跑離34.912m風(fēng)輪載荷軸向推力663860N轉(zhuǎn)矩3018600N-m主軸載何低速軸轉(zhuǎn)矩2258251.3N-m局速軸轉(zhuǎn)矩24458.6N-m低速軸直徑0.7m高速軸直徑0.18m塔架載荷作用在塔架上載荷Fas=

35、2547168N作用在在塔架上風(fēng)壓力Fts=611226N塔架根部截面應(yīng)力325MPa3.其余部分設(shè)計(jì)總結(jié)整機(jī)部分設(shè)計(jì)總結(jié)，如表9圖 9 整機(jī)部分設(shè)計(jì)形式機(jī)組運(yùn)行環(huán)境溫度-30045生存環(huán)境溫度-45045發(fā)電機(jī)輸出電壓690V頻率50Hz功率因數(shù)容性0.95感Tt0.9葉片空氣動(dòng)力外形63-415翼型材料T700碳纖維控制系統(tǒng)控制方式PLC+遠(yuǎn)程監(jiān)控塔筒鋼制錐形塔筒八.總結(jié)為期兩周的課程設(shè)計(jì)即將結(jié)束，期間經(jīng)歷了很多事。第一周主要是打公式計(jì)算，一開(kāi)始也不知道如何選擇翼型，感覺(jué)完全找不到方向，而后查閱相關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行參考，在不斷的嘗試下才選出了我認(rèn)為最佳的風(fēng)機(jī)部件。感謝老師在我們?cè)O(shè)計(jì)及畫(huà)圖時(shí)都積極提供幫助，老師組建了QQ群解答我們的問(wèn)題。提醒我們要注意的地