《风力发电机组设计与制造》课程设计报告.docVIP

《风力发电机组设计与制造》 课程设计报告 一、设计任务书 1、 设计内容 风电机组总体技术设计 2、 目的与任务 主要目的： 以大型水平轴风力机为研究对象，掌握系统的总体设计方法； 熟悉相关的工程设计软件； 掌握科研报告的撰写方法。 主要任务： 每位同学独立完成风电机组总体技术设计，包括： 确定风电机组的总体技术参数； 关键零部件（齿轮箱、发电机和变流器）技术参数； 计算关键零部件（叶片、风轮、主轴、连轴器和塔架等）载荷和技术参数； 完成叶片设计任务； 确定塔架的设计方案。 每人撰写一份课程设计报告。 3、 主要内容 每人选择功率范围在1.5MW至6MW之间的风电机组进行设计。 1）原始参数：风力机的安装场地50米高度年平均风速为7.0m/s，60米高度年平均风速为7.3m/s，70米高度年平均风速为7.6 m/s，当地历史最大风速为48m/s，用户希望安装1.5 MW至6MW之间的风力机。采用63418翼型，63418翼型的升力系数、阻力系数数据如表1所示。空气密度设定为1.225kg 2）设计内容 （1）确定整机设计的技术参数。设定几种风力机的Cp曲线和Ct曲线，风力机基本参数包括叶片数、风轮直径、额定风速、切入风速、切出风速、功率控制方式、传动系统、电气系统、制动系统形式和塔架高度等，根据标准确定风力机等级； （2）关键部件气动载荷的计算。设定几种风轮的Cp曲线和Ct曲线，计算几种关键零部件的载荷（叶片载荷、风轮载荷、主轴载荷、连轴器载荷和塔架载荷等）；根据载荷和功率确定所选定机型主要部件的技术参数（齿轮箱、发电机、变流器、连轴器、偏航和变桨距电机等）和型式。以上内容建议用计算机编程实现，确定整机和各部件（系统）的主要技术参数。 （3）塔架根部截面应力计算。计算暴风工况下风轮的气动推力，参考风电机组的整体设计参数，计算塔架根部截面的应力。最后提交有关的分析计算报告。 4、 进度计划 序号 设计(实验)内容 完成时间 备注 1 风电机组整体参数设计 2.5天 2 风电机组气动特性初步计算 2天 3 机组及部件载荷计算 2天 4 齿轮箱、发电机、变流器技术参数 1.5天 4 塔架根部截面应力计算 1天 5 报告撰写 1.5天 6 课程设计答辩 1.5天 5、 设计（实验）成果要求 提供设计的风电机组的性能计算结果； 绘制整机总体布局工程图。 6、 考核方式 每人提交一份课程设计报告；准备课程设计PPT，答辩。 二、总体参数设计 1、额定功率 根据《设计任务书》选定额定功率为5MW。 2、设计寿命 一般风力机组设计寿命至少为20年，这里选20年设计寿命。 3、切出风速、切入风速、额定风速 切入风速 取 Vin=3m/s 切出风速 取 Vout=25m/s 额定风速 取 Vr=13m/s 对于一般变桨距风力发电机组（选5MW）的额定风速与平均风速之比为1.70左右，在70m处： Vr=1.70Vave=1.70×7.6≈13m/s 4、发电机额定转速和转速范围 5、重要几何尺寸 （1）风轮直径和扫掠面积 由风力发电机组输出功率得叶片直径： D== QUOTE =114m 其中： Pr--风力发电机组额定输出功率，取5000kW； QUOTE --空气密度（一般取标准大气状态），取1.225kg/m3； Vr--额定风速，取13m/s； D--风轮直径； QUOTE --传动系统效率，取0.92； QUOTE --发电机效率，取0.95； QUOTE --变流器效率，取0.95； Cp--额定功率下风能利用系数,取0.44。 由直径计算可得扫掠面积： S= QUOTE ==10207 QUOTE 综上可得风轮直径D=114m，扫掠面积S=10207 QUOTE 。 （2）轮毂高度 轮毂高度是从地面到风轮扫掠面中心的高度，用Zhub表示 Zhub=Zt+Zj=70+2.25.=72.25m 式中Zj—塔架高度； Zt—塔顶平面到风轮扫掠中心高度。 6、叶片数 B=3 现代风力发电机的实度比较小，一般需要1-3个叶片。选择风轮叶片数时考虑风电机组性能和载荷、风轮和传动成本、风力机气动噪声及景观影响等因素。 3叶片较1、2叶片风轮有如下优点： 平衡简单、动态载荷小。基本消除了系统的周期载荷，输出较稳定转矩； 能提供较佳的效率； 更加美观； 噪声较小； 轮毂较简单等。 综上所述，叶片数选择3。 7、功率曲线和Ct曲线 (1)、功率曲线 自然界风速的变化是随机的, 符合马尔可夫过程的特征, 下一时刻的风速和上一时刻的结果没什么可预测的规律。由于风速的这种特性, 可以把风力发电机组的功率随风速的变化用如下的模型来表示： P(t)=Pstat(t)+ QUOTE (t) 式中P(t)--在真