风力发电机组设计与制造学习.docx

1、风力发电机组的组成风力发电机组可分为风轮、机舱、塔架和基础几个部分1）风轮由叶片和轮毂组成叶片具有空气动力外形，在气流作用下产生力矩驱动风 轮转动，通过轮毂将扭矩输入到主传动系统2）机舱由底盘、导流罩和机舱罩组成， 底盘上安装除主控制器以外的主要部件机舱罩后部的上方装有风速和风向传感器， 舱壁上有隔音和通风装置等，机舱底部与塔架连接3）塔架支撑风轮与机舱达到所 需要的高度塔架上安置发电机与主控制器之间的动力电缆、控制和通信电缆，还装 有供操作人员上下机舱的扶梯，大型机组还设有升降机4）基础为钢筋混凝土结构， 根据当地地质情况设计成不同的形式基础中心预置有于塔架连接的基础部件，以保 证将风力发电机组牢牢固定在基础上基础周围还设置预防雷击的接地装置2、变桨距、变速型的风力发电机组内部结构（1）变桨距系统：设在轮毂之中，对于电动变距系统来说，包括变距电动机、变距减 速器、变距轴承、变距控制器和备用电源等2）发电系统：包括发电机、变流器等3）主传动系统：包括主轴及主轴承、齿轮箱、高速轴和联轴器等4）偏航系统：由偏航电动机、偏航减速器、偏航轴承、制动机构等组成5）控制与安全系统：包括传感器、电气设备、计算机控制与安全系统（含相应软件 和控制欲安全系统执行机构等）。

此外，还设有液压系统，为高速轴上设置的制动装置、偏航制动装置提供液压动力 液压系统包括液压站、输油管和执行机构为了实现齿轮箱、发电机、变流器的温度 控制，设有循环油冷却系统、风扇和加热器3、风力发电机组的分类：（1）按功率大小：a 微型（0・1~1kw）； b 小型（1~100kw）； c 中型（100~1000kw）； d 大型(1O00kw以上)2) 按风轮轴方向：a水平轴风力发电机组(随风轮与塔架相对位置的不同而有上风 向与下风向之分风轮在塔架的前面迎风旋转，叫做上风向风力发电机组；风轮安装 在塔架后面，风先经过塔架，再到风轮，则称为下风向风力发电机组上风向风力发 电机组必须有某种调向装置来保持风轮迎风，而下风向风力发电机组则能够自动对准 风向，从而免去了调向装置对于下风向风力发电机组，由于一部分空气通过塔架后 再吹向风轮，这样塔架就干扰了流过叶片的气流而形成塔影效应，增加了风轮旋转过 程中叶片载荷的复杂性，降低了风力发电机组的出力和其他性能)；b垂直轴风力发电 机组3) 按功率调节方式： a 定桨距风力发电机组； b 变桨距调节风力发电机组； c 主动 失速调节风力发电机组4) 按传动形式： a 高传动比齿轮箱型； b 直接驱动型； c 中传动比齿轮箱型(半直 驱)。

5) 按发电机转速变化：a定速(恒速)；b多态定速；c变速4、设计依据 风力发电机组的设计依据是《风力发电机组的设计任务书》，一般包括基本形式、基本 参数和外部条件1) 基本形式：目前的主流机型是水平轴、上风向、三叶片、变桨距、变速恒频风电 机组2) 基本参数：风力发电机组的基本参数主要是指风力发电机组的额定功率、转速范 围、总效率、设计寿命和生产成本等3) 外部条件：风力发电机组的外部条件包括运行环境条件、电网条件和风场地质情 况运行环境条件主要是风资源、湍流和阵风情况、气候情况等5、设计内容设计内容包括风力发电机组设计图样和相关的设计文件设计图样包括外观图、部件 图和零件图；设计文件包括设计计算说明书、运输和安装说明书、用户使用和维护手mt施册等1）外观图：风力发电机组的外观图描述了其整体结构并标注了主要尺寸，同时用文 字注明了设备的技术特征，如机组类型、功率调节方式、风轮旋转方向、额定功率、 额定风速、风轮直径、风轮转速范围、风轮倾角、风轮圆锥角、变距最大角度、齿轮 箱类型、齿轮箱增速比、发电机类型、塔架类型、轮毂中心高和各主要部件质量2）部件图：部件图是各层次安装工作的指导图样，表示各零件之间的装配关系、配 合公差、轮廓尺寸、装配技术条件和标题栏等。

3）零件图：零件图是生产零件的依据，包括零件的结构和形状、尺寸、表面粗糙度 和几何公差、材料及表面处理技术要求、技术条件、标题栏等设计零件时，要进行 相应的载荷分析和强度校核4）设计文件：设计文件是与设计相关的规范性文件，详细描述了机组设计、制造、 装配、运行维护过程的理念、标准、理论依据、方法和技术要求，用于设计部门存档、 指导装配和安装、指导用户作业和指导维修人员的维修作业6、设计原则可靠性、经济性与社会效益、先进性、工艺性和易维修性、标准化7、设计步骤（1）方案设计（概念设计）：确定风力发电机组的主要参数、整体布局和结构形式； 对机组的整体载荷及整机质量进行初步计算，选择主要部件的结构，完成机舱布局的 计算机设计模型；同时给定控制策略在此基础上撰写方案设计说明书2）技术设计（初步设计）：根据方案设计资料，进行整机和部件结构设计和确定技 术要求；进行机组载荷计算和分析；对关键零部件进行校核计算和分析；进行电气控 制与安全系统设计；初步选择外购件的型号在此基础上提供技术设计图样和技术设 计说明书3）施工设计（详细设计）：根据技术设计结果，进行载荷计算，对零部件进行强度 和刚度校核及失效分析，对关键零部件进行优化设计；对整机进行可靠性分析和动态 分析。

修改和审定加工图样和技术文件，填写标准件和外购件明细表，撰写设计计算说明书、运输和安装说明书以及用户使用和维修手册第二章、风力发电机组机械设计基础1、风力发电机组等级由风速和湍流参数决定，分级的目的在于最大限度的利用风能 风速和湍流参数代表了相应风电机组安装场地的类型风力发电机安全等级IIImSVref (m/s)5042.537.5设计值由设计者选定A Iref (-)0.16B Iref (-)0.14C Iref(-)0.12注：1、表中所示参数值对应于轮毂高度2、V表示1 Omin平均参考风速；A表示高湍流特性等级；B表示中湍流特性等级；C表示低 ref湍流特性等级；I f表示风速为15m/s时湍流强度的期望值ref2、 风况分为：正常风况（风力机正常运行期间频繁出现的风况条件）和极端风况（ 1 年一遇或 50 年一遇的风况条件）参考风速：50 年一遇在轮毂高度处持续 10min 阵风3、 风况条件是由平均恒流与确定阵风或湍流结合而成4、 每种类型的外部条件又可分为正常外部条件和极端外部条件5、 湍流：风速矢量相对于10min平均值的随机变化在使用湍流模型时应考虑风速、 风向和风切边变化的影响。

6、 湍流风速矢量的三个分量；纵向（沿着平均风速方向） 横向（水平并且与纵向垂 直的方向） 竖向（与纵向和侧向均垂直的方向）7、 正常风廓线模型（NWP）：风廓线v（z）是地表以上平均风速对垂直高度z的函数 V（z）=Vhub（Z/Zhub）的 a 次方8、 极端风况：用于确定风力发电机组的极端风载荷，这些风况包括由暴风及风速和风 向的迅速变化造成的风速峰值9、 极端风速模型（EWM）：极端风速模型可能为稳定的或波动的风模型风速模型应该基于参考风速Vref和确定的湍流标准差1=Iref（0.75Vhub+b）;b=5・6m/s,o 1=qita0.11Vhub10、其他环境条件：热、光、腐蚀、机械、电或其他物理作用、温度、湿度、空气密 度、阳光辐射、雨、冰雹、雪和冰、活学活性物质、雷电、地震、盐雾11、正常环境：温度-30~+150，湿度＜=95%，阳光辐射强度 1000W/m212、电网条件：（1）电压 标称值+10%（2）频率 标称值+2%（3）三相电压不平衡度， 电压负序分量的比率不超过 2%（4）适合的自动重合周期（5）断电，假定电网一年内 断电20次，一次断电 6小时为正常条件，断电一周为极端条件。

13、设计工况：分为运行工况（启动发电关机）和临时性工况（运输吊装维护）14、设计工况：发电、发电兼有故障、起动、正常关机、紧急关机、停机、停机兼有 故障、运输装配维护和修复15、 DLC设计载荷状态ECD方向变化的极端连续阵风模型EDC极端风向变化模型EOG 极端运行阵风模型 EWM 极端风速模型 EWS 极端风切变模型 ETM 极端湍流模型 NTM 正常湍流模型NWP正常风廓线模型F疲劳性载荷分析U极限强度分析N正常A非正 常 T 运输和安装 Vmaint 维修保养风速16、 局部安全系数：由于载荷和材料的不确定性和易变性，分析方法的不确定性以及 零件的重要性，在设计中一定要有必要的安全储备17、 载荷局部安全系数：载荷特征值出现不利偏差的可能性或不确定性；载荷模型的 不确定性18、 材料局部安全系数：材料特征值出现不利偏差的可能性或不确定性；零件截面抗 力或结构承载能力评估不确定的可能性；几何参数不确定性；结构材料性能与试验样 品所测性能之间的差别；换算误差19、 失效影响安全系数用来区分以下几类零件：（1）一类零件：失效安全结构件 结构 件失效后不会引起风力发电机组重要零件的失效（2）二类零件：非失效安全结构件（3） 三类零件：非失效安全机械件把驱动机构和制动机构与主结构连接起来，以执行风力 发电机组无冗余的保护功能。

20、 风力发电机组极限状态分析内容：极限强度分析；疲劳失效分析；稳定性分析； 临界挠度分析21、 稳定性分析：在设计载荷作用下，非失效安全的承载件不应发生屈曲对于其他 零件在设计载荷下，允许发生弹性变形在特征载荷下，任何零件都不应发生屈曲第三章、总体设计总体参数是涉及到风力发电机组总结结构和功能的基本参数，主要包括额定功率、发 电机额定转速、总效率、设计寿命、年发电量、发电成本、总重量、重心1、额定功率是正常工作条件下，风力发电机组的设计要达到的最大连续输出电功率2、 设计寿命：风电机组安全等级I到皿的设计寿命至少为20年3、 额定风速是锋利发电机组达到额定功率输出时规定的风速10~15m/s；切入风速是 风力发电机组开始发电时，轮毂高度处的最低风速3~4m/s；切出风速是风力发电机 组达到设计功率时，轮毂高度处的最高风速 25m/s 攻角不变，半径 r 处的叶素弦长 与风轮转速Q的平方成反比；变桨距攻角改变，反比于转速4、 叶片质量正比于外壳厚度与弦长的乘积，因此它随转速而正比增加5、 转速增加导致叶片重量增加、成本增加，同时转速增加导致叶片平面外的疲劳弯矩 减小，机舱和塔架成本减少。

6、 风力发电机组产生的气动噪声正比于叶尖速度的5次方陆基叶尖速限制在65m/s, 海上 74m/s7、 比功率：风力发电机组额定功率与风轮的扫掠面积的比值405W/m平方 风电机组的总体布局包括整机各部件、各系统、附件和设备等布置8、 总体布置原则：保证风力发电机组的强度、刚度、抗振性、平衡和稳定性，支撑部 件要力求有足够的刚度；整机各部件、各系统、附件和设备等，要考虑布置得合理、 协调、紧凑；保证正常工作和便于维护，并考虑有较合理的重心位置；传统系统力求 简短，达到结构紧凑、体积小、重量轻9、 相似设计：根据研究出来的性能良好、运行可靠地模型来设计与模型相似的新风力 机10、 风力机相似是指风轮与气体的能量传递过程以及气体在风力机内流动过程相似， 他们在任一对应点的同名物理量之比保持常数，这些常数叫相似常数11、 相似条件：几何相似、运动相似、动力相似12、 几何相似：模型与原型风力机的几何形状相同，对应的线性长度比为一定值13、 运动相似：空气流经几何相似的模型与原型机时，其对应点的速。