《风力发电机组设计与制造》课程设计任务书教案分析.doc

课程设计(综合实验)报告 ( 2012 – 2013 年度第二学期) 名 称： 题 目： 院 系： 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 设计周数： 成 绩： 日期：2013年 月 日 《风力发电机组设计与制造》课程设计任务书 一、 设计内容 风电机组总体技术设计 二、 目的与任务 主要目的： 1. 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； 2. 熟悉相关的工程设计软件； 3. 掌握科研报告的撰写方法。 主要任务： 1. 确定风电机组的总体技术参数； 2. 关键零部件（齿轮箱、发电机和变流器）技术参数； 3. 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； 4. 完成叶片设计任务； 5. 确定塔架的设计方案。 6. 撰写一份课程设计报告。 三、 主要内容 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49m/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/m3。 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。 四、 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 五、 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。 六、 考核方式 提交一份课程设计报告；准备课程设计PPT，答辩。 风电机组总体技术设计 确定风电机组的总体技术参数 叶片数 B=3 风轮的叶片数取决于风轮尖速比，一般来说，要得到很大的输出扭矩就需要较大的叶片实度；现代风力发电机组实度较少，一般只需要1~3个叶片。叶片数多的风力机在低尖速比运行时有较高的风能利用系数，既有较大的转矩，而且启动风速低，适用于提水。而叶片数少的风力机则在高尖速比运行时有较高的风能利用系数，但启动风速高，因此适用于风力发电。 3叶片风轮有以下优点：平衡简单，动载荷小；3叶片使风力发电机组系统运行平稳，基本消除了系统的周期载荷，输出较稳定的转矩；3叶片风轮通常能提供较佳的效率；3叶片风轮从审美的角度来说更令人满意；3叶片风轮的受力平衡好，轮毂可以简单些；噪声相对较小。 综上所述，叶片数B选取3。 机组额定功率及种类 选取3MW级别的双馈变速恒频式风力发电机组 切入风速 取 切入风速 Vin=3 m/s。 切出风速 取 切出风速 Vout=25m/s。 额定风速 取 额定风速 Vr=13m/s。 各部分效率 传动系统效率η1取0.95 发电机效率η2取0.96 变流器效率η3 取 0.96 风能利用系数Cp 额定功率下风能利用系数Cp取0.38 风轮直径 由风力发电机组输出功率得叶片直径： D===92m 其中： Pr--风力发电机组额定输出功率，取3000kW； --空气密度（一般取标准大气状态）