1．0 MW 变速恒频异步风力发电机组设计改型

杌械研究与应用2014年第1期第27卷，总第129期应用与试验10MW变速恒频异步风力发电机组设计改型杨建秋，陈宁兰州电机股份有限公司风电产品办公室，甘肃兰州730050摘要通过阐述兰电LEC与沈工大风能研究所合作研制的FD601000样机的设计方案，介绍主要部件风轮、叶片翼型、塔筒改型为FD651000风电机纽，通过试验得到低风速频率集中的地域，风电机组的发电量明显比样机的发电量要高，而且在接近额定风速区域功率曲线时基本和设计的理论功率曲线接近吻合，通过叶片改型气动外形和分析效果良好。关键词风电机组；风轮；叶片改型中图分类号TM315文献标志码A文章编号10074414201401005103DESIGNMODIFICATIONOF1OMWVARIABLESPEEDCONSTANTFREQUENCYWINDTURBINEYANGJIANQIUCHENNINGTHEOFFICEFORPOWERPRODUCTS，LANZHOUELECTRICCO，LTD，LANZHOUGANSU730050，CHINAABSTRACTACCORDINGTOTHEFD601000PROTOTYPEDESIGNSCHEMEWHICHISDEVELOPEDBYLECANDSUT，THEMODIFIEDFD651000WINDTURBINEWHICHINCLUDINGWINDROTOR，THEBLADESSHAPEANDTOWERMODIFICATIONISMAINLYINTRODUCEDTHENTHELOWWINDSPEEDFREQUENCYAREAFROMTESTISGOT，ANDITSMUCHBETTERTHANPROTOTYPEWINDTURBINEINGENERATINGCAPACITYFURTHERMORE，THEACTUALPOWERCURVEISASSAMEASTHETHEORETICALDESIGNINTHERATEDWINDSPEEDAREASOITISVERIFIEDTHATITHADAGOODRESUHFORBLADESSHAPEMODIFICATIONANDANALYSISKEYWORDSWINDTURBINE；WINDTURBINE；BLADEMODIFICATION1引言风轮是风力发电机组利用风能转换为机械能的主要构件，在复杂的气候和地理环境下，叶片通过翼型气动，产生空气动力使风轮旋转，风轮的功率特性对输出功率大小、风能利用系数、发电能力有至关重要的作用，也直接影响着可观的经济效益_1J。2L0MW风电机组设计改型2004年兰电自主研制成功10MW双馈异步风力发电机，配套于沈阳工业大学风能技术研究所承担的国家863计划“SUT一1000型变速恒频风力机组10MW”，实现了兆瓦级双馈异步风力发电机的首次国产化，于2005年7月成功并网发电。2006年LO月通过科技部验收，各项指标达到技术要求。同时将这一自主研制的技术应用于沈工大风能所的I0MW变速恒频双馈异步风力发电机组中，与兰电合作研制项目编号0801GKDA056，首台型号FD601000风电机组样机，已于2007年3月在玉门洁源风电场成功并网发电，经历一年多时间运行，由丹麦MITAWP4100控制系统处理的数据统计，在额定风速时实际功率曲线达不到设计的理论功率曲线。分析显示影响风力机输出功率大小的直接原因是风轮功率特性，而风轮功率特性又取决于风轮叶片气动外形。通过对叶片翼型进行改型设计，2010年7月将改型后的风轮安装在玉门洁源风电场进行并网发电。改型机组的后风轮的空气动力性能获得了较高的风能利用系数和发电能力。此外提高了风轮的安装高度及风电场址选择等多种因素，对机组重新进行载荷计算，满足机组安全要求。2010年2月再次将塔筒增高，改型设计了型号FD651000风机，10台小批量在甘肃景泰兴泉风电场并网发电，同样应用丹麦MITAWP4100控制系统处理数据统计，实际功率曲线基本接近设计的理论功率曲线，发电量明显高于改型前的发电量。3玉门低窝铺和景泰兴泉风电场风力资源甘肃玉门低窝铺、景泰兴泉气象观测站主要气象要素特征值统计表如表1所列。表1气象要素特征值统计表收稿日期20131108作者简介杨建秋1964一，男，甘肃兰州人，工程师，主要从事风电机组机械设计方面的工作。5L应用与试验2014年第1期第27卷，总第129期机械研究与应用表1续项目玉门地区景泰地区平均风速MS最犬半均风速MS最多风向最多风向频率H照自分牢沙尘暴日牧D雷暴FJ数D5年一遇最大速MS常年冰冻崩场类型38239185217ES和NW2016和32726282L277L53619375平均10RAIN平均10RAIN1O月下旬至11月中旬至4月下旬2月下旬IEC一IEC一两地域的风电场场址风能分布集中，风能资源接近，兰电10MW风电机组适用于甘肃景泰兴泉风电场。4风电机组基本参数FD601000和FD651000风电机组改型前、后基本参数对比如表2所列。表2机组基本参数表5机组改型部件风轮和叶片翼型及塔筒FD601000和FD651000风电机组改型前、后风轮和叶片参数对比如表3所列。风轮直径6062M、扫风面积2886M改进为直径6442IN、扫风面积3257M，叶片长度由291M改进为31M，采用中材科技SINOMA31型号，翼形DU、AE系列NACA63，风轮直径增加4M，面积增加3717M，叶片扭角也相应增加。叶片翼形改型后，在低风速下，FD651000机组的发电量明显比FD601000机组的发电量要高，且在接近额定风速区域，FD651000风机的功率曲线基本接近设计的理论功率曲线。叶片翼形改型前FD601000机组和叶片改翼形型后FD651000机组理论功率曲线，如图1、2所示；与风电场机组使用MITAWP4100控制系统软件，统计数据得出实际功率曲线比较如图3、4所示。52表3风轮和叶片参数表1200至船、一600糌400嚣200至V斛蠢1200；1000800斛400蚤20000510152025风速图2FD651000机组理论功率曲线6005004003002001O0013579I11315171921232527风速MS0MODEL10MIN，功率MODEL0MIN计数图3FD601000机组软件统汁功率曲线霎1OO01600。2风速TINS，N10SYSTEM功率KW_L10SYSTEM计数图4FD651000风电机组软件统计功率曲线O000O0O000O印加应用与试验2014年第1期第27卷，总第129期机械研究与应用的NI60A的304不锈钢激光再制造试件的综合力学性能更优良。表2三种不同试件拉伸性能比较5结语I304不锈钢粉末中添加NI60A粉末，粉末中的镍元素具有固溶强化的作用，能大大提高激光再制造熔覆层的维氏显微硬度和抗拉强度，但同时降低了其塑性和韧性，使得延伸率下降。2随着304不锈钢粉末中NI60A含量的增加，激光再制造熔覆层的维氏显微硬度和抗拉强度逐渐提高，但延伸率和强塑积却逐渐降低。参考文献2J3陈江，刘玉兰激光再制造技术及其应用J中国设备工程，201034950成细洋，邱长军，皮政清，等激光熔覆再制造对试件拉伸性能影响的实验研究J现代机械，201161011姬生钦，李鹏，曾晓雁激光熔覆直接制造金属零件的组织及上接第53页4567891O力学性能分析J激光技术，2006，302130132尚晓峰，韩冬雪，于福鑫金属粉末激光再制造技术及发展现状J机电产品开发与创新，2010，2351416ZHAOXM，GONGSL，LINX，ETA1MECHANICALPROPERTIESANDMICROSTRUCTURECHARACTERISTICSOFLASERRAPIDFORMINGRENE88DTSUPERALLOYJRAREMETALMATERIALSANDENGINEERING，20L140278288张永忠，席明哲，石力开，等激光再制造316L不锈钢的组织及性能J稀有金属材料与工程，2003，323183186杨森，钟敏霖，张庆茂，等金属零件的激光直接快速制造J粉末冶金技术，2002，204234238陈传忠，边洁，王佃刚，等熔覆工艺对NI60A激光熔覆层微观组织的影响J应用激光，2001，216381384王赛玉，熊惟皓激光技术在材料科学中的应用J金属热处理，2005，3073236宋建丽，邓琦林，胡德金等激光熔覆成形3161