风力发电机组设计与制造课程设计报告[精选].docx

《风力发电机组设计与制造》课程设计报告院系：可再生能源学院班级：风能0902班姓名：陈建宏学号：1091540204指导老师：田德、王永提交日期：一、设计任务书1、设计内容风电机组总体技术设计2、目的与任务主要目的：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；熟悉相关的工程设计软件；掌握科研报告的撰写方法。主要任务：每位同学独立完成风电机组总体技术设计，包括：确定风电机组的总体技术参数；关键零部件（齿轮箱、发电机和变流器）技术参数；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；完成叶片设计任务；确定塔架的设计方案。每人撰写一份课程设计报告。3、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。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。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。4、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5、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。6、考核方式每人提交一份课程设计报告；准备课程设计PPT，答辩。二、总体参数设计1、额定功率根据《设计任务书》选定额定功率为5MW。2、设计寿命一般风力机组设计寿命至少为20年，这里选20年设计寿命。3、切出风速、切入风速、额定风速切入风速 取 Vin=3m/s切出风速 取 Vout=25m/s额定风速 取 Vr=13m/s对于一般变桨距风力发电机组（选5MW）的额定风速羽平均风速之比为1.70左右，在70m处：Vr=1.70Vave=1.70×7.6≈13m/s4、发电机额定转速和转速范围5、重要几何尺寸（1）风轮直径和扫掠面积由风力发电机组输出功率得叶片直径：D===114m其中：Pr--风力发电机组额定输出功率，取5000kW；--空气密度（一般取标准大气状态），取1.225kg/m3；Vr--额定风速，取13m/s；D--风轮直径；--传动系统效率，取0.92；--发电机效率，取0.95；--变流器效率，取0.95；Cp--额定功率下风能利用系数,取0.44。由直径计算可得扫掠面积：S===10207综上可得风轮直径D=114m，扫掠面积S=10207。（2）轮毂高度轮毂高度是从地面到风轮扫掠面中心的高度，用Zhub表示Zhub=Zt+Zj=70+2.25.=72.25m式中Zj—塔架高度；Zt—塔顶平面到风轮扫掠中心高度。6、叶片数 B=3现代风力发电机的实度比较小，一般需要1-3个叶片。选择风轮叶片数时考虑风电机组性能和载荷、风轮和传动成本、风力机气动噪声及景观影响等因素。3叶片较1、2叶片风轮有如下优点：平衡简单、动态载荷小。基本消除了系统的周期载荷，输出较稳定转矩；能提供较佳的效率；更加美观；噪声较小；轮毂较简单等。综上所述，叶片数选择3。7、功率曲线和Ct曲线(1)、功率曲线自然界风速的变化是随机的, 符合马尔可夫过程的特征, 下一时刻的风速和上一时刻的结果没什么可预测的规律。由于风速的这种特性, 可以把风力发电机组的功率随风速的变化用如下的模型来表示：P(t)=Pstat(t)+(t)式中P(t)--在真实湍流风作用下每一时刻产生的功率, 它由t时刻的V(t)决定;Pstat(t)--在给定时间段内V(t)的平均值所对应的功率；(t) 表示t 时刻由于风湍流引起的功率波动。对功率曲线的绘制, 主要在于对风速模型的处理。若假定上式表示的风模型中Pstat(t)的始终为零,