风力发电机组设计与制造..ppt

风力发电机组设计与制造 课程设计 可再生能源学院风能0902班马丽1091540219 主要设计内容 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 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 6m s 当地历史最大风速为48m s 用户希望安装1 5MW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 m3 一 风电机组整体参数设计 风能利用系数Cp和叶尖速比 风能推力系数Ct和叶尖速比 风力发电机组产生的气动噪声正比与叶尖速比的5次方 通常将陆基风力发电机组的叶尖速度限制在65m s 查风能利用系数Cp曲线得Cp 0 25 由任务书所给数据可得攻角 与升阻比Cl Cd的关系 攻角 与升力系数Cl 阻力系数Cd特性曲线 根据以上两图 并参考整机设计的实际情况 选取攻角 10 此时Cl 1 307 Cd 0 018 基本参数的确定 参数选择 轮毂高度H 70m叶片数B 3年平均风速v 7 6m s额定风速切入风速v1 4m s切出风速v2 25m s额定功率P 2000kW风能利用效率Cp 0 25空气密度 1 225kg m3 主传动系统的总效率发电系统的总效率变流器效率叶尖速比 5最佳升阻比Cl Cd 72 61攻角 10 升力系数Cl 1 307风轮仰角5 风轮锥角0 参数计算 风轮直径计算 风轮额定转速计算 风轮扫掠面积 控制系统 功率控制方式 采用液压驱动独立变桨距控制系统 7 12 s 偏航系统 类型主动电驱动型偏航轴承形式四点接触滚珠轴承 内齿偏航速度0 6度 秒 制动系统 主制动 全顺桨独立制动第二制动系统 转向刹车偏航改变风轮迎风角度液压刹车高速轴盘式液压软刹车机械刹车手动插销圆盘刹车 风力发电机组等级 风电机组安全等级IIIIIISvref m s 5042 537 5设置值由设计者选定AIref 0 16BIref 0 14CIref 0 12vref 5 v 5 7 6 38m s 故风力发电机组等级可选为IIIA等级 机型主要部件的功率 变流器额定功率 发电机额定功率 发电机 额定功率2170kW额定电压690v额定频率50Hz额定转速1800rpm转速范围1000 2000rpm定子额定电流1035A转子额定电流382A形式4极双馈异步电机绝缘等级F效率97 重量6 8t 齿轮箱额定功率 齿轮箱 结构形式1极行星和2极平行轴增速比效率0 95润滑方式油泵强制润滑油冷却方式循环式风冷重量17t 偏航系统 偏航电机四台3kW电动机 380v 960rpm偏航齿轮箱速比1110 模数20 齿数14 重量540kg偏航轴承四点接触滚珠轴承 模数20 齿数128 重量1930kg偏航速度0 6度 秒 二 风电机组气动特性初步计算 动量理论 来流风速为v 静压p 流过风轮风速为v 风轮前后静压为p p 风轮后很远处风速为v2 静压为p 在风轮r r dr的环域内应用动量定理 则风作用在该环域上的轴向推力为 又由于风轮前后有压力差 P P P 则轴向力又可用下式表示 利用伯努力方程得 根据以上两式相减 带入 2 2 得 联立 2 1 2 5 两式 可得 引入轴向诱导因子k v2 v 气流经过风轮后 除轴向速度会发生变化以外 还将产生与风轮转动方向相反的旋转角速度 因而作用在叶轮r r dr环域上的转矩为 引入切向诱导因子h 其中是风轮转速 则 比较小时 可认为上式依然成立 因此 从而可知 在r r dr环域上 气流所提供的功率为 叶素理论 轴向风速 气流相对叶片的角速度为 设 则 由于升力和阻力为 叶片设计 参数计算 风轮直径D 90m 考虑到轮毂直径 则叶片半径R 43m沿叶片径向展长 分别计算r 0 1R 0 2R 0 3R 0 4R 0 5R 0 6R 0 7R 0 8R 0 9R处气动参数 利用如下公式进行MATLAB编程计算 式中 B 叶片数 此处为3 k 轴向干扰因子 h 切向干扰因子 C 叶片弦长 入流角 攻角 桨矩角 计算得到数据如下表 r kh c4 300 501 200 402 090 7432 297 178 601 001 310 371 370 5220 007 3912 901 501 370 351 180 3912 466 2717 202 001 420 341 100 317 715 2221 502 501 440 341 070 254 534 4125 803 001 460 341 050 212 293 7930 103 501 480 341 040 190 633 3134 404 001 490 341 030 16 0 642 9338 704 501 500 341 020 15 1 652 6343 005 001 510 341 020 13 2 462 38 r 半径 叶尖速比 rad k 轴向因子h 周向因子 入流角 rad 桨矩角 度 c 弦长 机组及部件载荷计算 作用在叶片上的离心力 当时 利用MATLAB数值积分得作用在叶片上的风压力 利用MATLAB数值积分得 利用MATLAB数值积分得 作用在叶片上的气动力矩 利用MATLAB数值积分得 整个叶片的转动惯量 最大柯氏加速度 动量矩定理 叶片受到惯性力矩 轴向诱导因子 周向诱导因子 利用MATLAB数值积分得 作用在风轮上的推力 通过MATLAT数值积分得 作用在风轮上的转矩 主轴载荷 低速轴角速度 高速轴角速度 高速轴功率 低速轴功率 低速轴转矩 高速轴转矩 低速轴转矩 高速轴转矩 扭剪应力 塔架载荷 作用在塔架上的载荷有以下几类 风轮等构件承受的空气动力载荷重力和惯性载荷 由重力 振动 旋转以及地震等引起的静态和动态载荷 操作载荷 在机组运行和控制过程中产生的载荷 如功率变化 偏航 变桨以及制动过程产生的载荷等 其它载荷 诸如尾迹载荷 冲击载荷 覆冰载荷等 下面 我们只讨论与塔架结构强度计算有关的两种载荷 即由风轮作用在最大气动推力以及塔架本身所承受最大风压产生的载荷 暴风工况的风轮气动推力由于 所以 塔架根部截面应力 塔架高度 根部外径 顶部外部半径 厚度 重量 应力计算 塔架载荷 暴风工况的风轮气动推力 风载荷 近年来 国内大型化工工程大都从国外引进技术 从设计 制造和检验都采用国际上常用的规范 对于高塔设计 最常用的规范之一是日本石油学会规范 裙座支