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?????????????..43、机初始参数 ????????????????????????..??4三、 机体 ?????????????????????????????61、体参数 ????????????????????????????????????62、体布局 8四、 荷算与分析 ????????????????????????????????...101、叶片荷算 ???????????????????????????.? ??????102、荷算 123、主荷算 134、塔架荷算 14五、 叶片气参数 ?????????????????????????..? ?????171、初步气外形 172、叶片性能算与修正 17六、 机参数 ??????????????????????????????????19七、 参考文献??????????????????????????????..?23???????八 体会?????????????????.?????????????????????22九、 附(程序) ???????????? ????????????????23綈汉礫伥讞猻員势鯨趙囅瞒獅橥訖。精品文档精品文档5精品文档-3-精品文档精品文档24精品文档课程设计用纸1、课程设计的意义 教师批阅本课程设计是在学生完成《风电机组设计与制造》专业课程学****之后开展的,它是对专业理论知识的深化和实践。通过本课程设计能够使学生初步掌握风电机组设计的一般方法与思想,并且培养学生查阅文献资料、操作相关软件的能力,以及理论联系实际的学风。以大型水平轴风电机组为研究对象,掌握其总体设计方法(总体参数,总体劢笔艤釤磯龄減綹颯嶺緊顸录滗飴。布局等),以及风电机组几种主要子系统和部件的设计方法, 学会风电机组主要承载部件的载荷计算方法,能够确定风电机组主要部件的功率,熟悉相关软件的使用。2、、风资源条件风电机组安装场地 60米高度处年平均风速为 ,,,当地有气象记录以来最大风速为45m/s,风场所在地最热月7月平均气温为30oC,最冷月1月平均气温为-5oC。用户希望在此风场安装额定功率 Pe为1MW至3MW之间的水平轴、上风向、 3叶片风力机。设计的风电机组需且只分别考虑传动系统的效率为η1=,发电机系统的效率η2=。。、风电场业主要求用户希望在此风场安装额定功率 Pe为1MW至3MW之间的水平轴、上风向、3叶片风力机,本次设计采用额定功率 。、风电机组初始参数选择本组所以选择翼型 NACA64-012A。该翼型的最低压力点靠后,增加了淶纖虧曉謨災娱話库玛闭纹錄覲闫。精品文档精品文档7精品文档-4-精品文档精品文档24精品文档课程设计用纸层流附面层的长度,降低了翼型的摩擦阻力,从而使翼型气动性能比较良好。故 教师批阅本组选择 NACA64-012A翼型。%%%%ofthechord图1NACA63-420的主要参数儻懲鷥窍冑赇蚁鹆擻臉签時纷浃览。在Profili中计算,分别进行计算,在Profili中得出CL、CD曲线如图2和图3所示。图2 NACA64-012A的CL、CD曲线刚訴赔咏医憤蕴刽嬈緦貯儀鵒隕滬。精品文档精品文档9精品文档-5-精品文档精品文档24精品文档课程设计用纸教师批阅图3NACA64-012A的CL/CD和Cm曲线由上图可知,当攻角=4°时,升阻比最大,此时CL=,CD=;因此本次设计取,此时CL=,CD=。运行MATLAB程序zongticanshu(,,12,,,0),,,,风轮直径约为 ,本设计中取风轮直径为85m,叶尖速比 为8。(运行程序时,设置安装角为 0°)铑槛癮哔詘敛攜賬槠濰羟长谲镕杩。3、,根据标准IEC61400-1[2](如下表),确定风力机等级为IEC-I-A级。释紱镡閩鐘內顛阳辗属谫签诳籁訝。精品文档精品文档11精品文档-6-/(m/s),根据设计经验和所用的软件可取安装角为 0°。,设计机组的额定功率为 。 20年,这里选20年设计寿命。,对于风轮直径大于25m以上的机组,其轮毂的中心高度与风轮直径的比基本为1:1,根据MATLAB程序zongticanshu(,,12,,,0)的运行结果,取风轮直径约为85m,故本设计中的机组轮毂高度设计为85m。根据经验,塔架顶部到轮毂中心的高度差一般为2m,故本设计中取塔架设计高度为83m。攄茲铄賺鵂間围評贍編譫錫攔规忾。~,,。根据已有的不同高度的风速参数,拟合得到风场的风速随高度变化的规律为ν= m/s根据轮毂高度,计算得到轮毂高度处的平均风速为8m/s,故机组的额定风速设计为12m/s,切入风速取3m/s,切出风速为25m/s。鳝胧縞芗赂滨砖茲鞏呒懸鴛璎题靥。精品文档精品文档13精品文档-7-、风轮转速和功率系数 教师批阅根据MATLAB程序zongticanshu(,,12,,,0)以及gonglvxishu的运行结果,得到风轮的叶尖速比 为8,风轮转速为 , 。“zongticanshu(,,12,,,0)”的运行结果,取风轮直径为85m。则叶片长度为D鹳肃阁们琼炉貞诲钽蕢鮑蜆辔诉懺。R= -=-=41m2风轮扫掠面积为:2πD 2A= == =、发电机系统形式设计功率调节方式主要有被动失速功率调节、普通变桨距角功率调节和主动失速功率调节三种方式。由于普通变桨距角功率调节方式相对被动失速功率调节而言,使机组具有更好的启动性能和更高的风能利用率;相对主动失速功率调节方式而言,避免了由于失速状态的升力系数的变化而导致的叶片挥舞和摆阵方向弯曲模态的不稳定性,从而提高了机组的稳定性和安全性。因此,本设计中,采用普通变桨距角功率调节。发电机系统形式主要有恒速恒频发电系统和变速恒频发电系统。恒速恒频发电系统的构成相对简单,但风轮的风能利用率低,目前在大型机组中已经很少采用。变速恒频发电系统风能利用率高。同时可以减少气动载荷波动对风电机组的影响,提高了机组的稳定性、保障机组的安全运行。本设计采用变速恒频发电系统,发电机采用交流励磁双馈式发电机。该发电系统降低了发电和控制系统的成本和控制难度, 可实现对有功和无功的独立调节。岿缘鍆侖缚肾鯧響麦数轸铲虿鉦绷。、 直驱型和中传动比型(半直驱型)。精品文档精品文档15精品文档-8-精品文档精品文档24精品文档课程设计用纸高传动比型的优点:传动路径短,较容易实现关键部件的标准化设计,从而 教师批阅降低了整机的成本,同时也为日后风力发电机组的运行和维护提供了便利。高传动比型的缺点:采用了增速齿轮箱,齿轮箱易出现故障需要经常维护,运行时产生噪声污染。直驱型的优点:不采用齿轮箱,传动链结构简单,降低了传动链的噪声、机组的故障率和维护成本;允许风轮在较大转速范围内运行,风能利用率高。直驱型的缺点:所用的同步发电机的体积和重量大, 加工困难,制造成本高;采用全容量逆变装置,成本较高。中传动比型的优点:结合了直驱型和高传动比型的优点, 与直驱型布局相比,减少了发电机重量、体积和设计难度。综合考虑上述情况,本设计选取采用中传动比速的混合驱动布局方案。“三点式”支撑主轴,“三点式”支撑主轴使主轴的支撑结构趋于紧凑,缩短载荷传递到机架的距离,同时由于主轴前后支撑距离的增加,有利于降低后支撑的载荷。相对而言,独立轴承支撑主轴的布局轴向结构相对较长,制作成本更高。因此,本设计中的主轴采用“三点式”支撑主轴。馄珏锄茑鲂籜揽瞒艳譫繆颔綣层驮。图4 。液压变桨距系统的特点:优点:出力大、动作平稳、采用蓄能器,变桨调节过载保护可靠;缺点:液压油和过滤器需定期检测更换,增加了检修和维护的工作量,存在液压油泄露的问题,且液压泵动作频繁耗能大。电动机驱动变桨系统的特点:优点:变桨距系统结构紧凑,对变桨系统监测方便,便于维护,控制简单、方便,可靠性高;缺点:需要润滑系统,轮毂内可维护空间小,价格较高。因此,综合考虑液压和电动机驱动的优缺点,本设计采用电动机驱动的、便于检修和维护的内啮合式的变桨距系统。秆兖榄癱诽铒陆賒锷訐奁諄际璣茧。精品文档精品文档17精品文档-9- 教师批阅本设计中,采用主动偏航系统。综合考虑液压驱动和电动机驱动的优缺点,本设计中的偏航驱动装置采用电动机驱动。为满足偏航驱动的动力需求和偏航驱动的平稳性,选用主流的四驱动电机对称布置的设计。为便于偏航系统的维护和检修,偏航系统的执行机构设计为内啮合的啮合方式。根据滚动和滑动轴承的特点及机组偏航系统的载荷情况,偏航轴承选用滑动轴承结构。。气动制动主要用于运行制动,制动过程中,通过机组变桨距系统调节桨距角使风轮转速降低,再结合机械制动系统使风轮停转。由于本设计中,采用的是普通变桨距的功率调节方式,所以气动制动的设计由上述变桨距系统的设计决定。机械制动可在运行过程中配合气动制动使机组停转,也可用于机组的紧急制动使风轮迅速停转。机械制动系统主要采用液压驱动的、由一个或为保证机械制动的效果和制动过程中的平稳性而采用的多个制动盘组成的盘式制动机构。机械制动装置的布置方式包括布置在低速轴和高速轴。布置在低速轴使制动转矩直接作用于风轮,制动转矩对齿轮箱的影响较小,可靠性高。但要求的制动转矩较大,制动装置所需的空间大,其布置受机舱空间限制较大。而布置在高速轴要求的制动转矩较小,制动装置所需的空间小,其布置受机舱空间限制较小,但制动转矩可能成为齿轮箱的载荷。综合考虑以上设计因素,本设计中,机械制动系统采用布置在高速轴的、双盘对称布置的液压驱动的机械制动装置。4、、 :躚轡鯽趕谦無挢嶁輳際樯迳緬砖浈。T1R2C(ClcosCdsin)rW2r0Q1R2C(CsinCcos)rrW2r0ld其中是空气密度,;C---叶素弦长200mm,CL=,CD=“kongqidolizaihe1”,得到:风轮转动时叶片的轴向力为:T=+04N精品文档精品文档19精品文档-10-精品文档精品文档24精品文档