课程设计报告-风力发电机组设计与制造.doc

课程设计(综合实验)报告
( 2011 -- 2012年度第 2 学期)
名称: 风力发电机组设计与制造
题目: 风力发电机组设计与制造
院系: 可再生能源学院
班级: 风能0903
学生姓名:
指导教师:
设计周数: 2周
成绩:

日期:2012 年 6 月
设计任务要求
设计内容
风电机组总体技术设计
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:
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。
每位同学独立完成风电机组总体技术设计,包括:
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。
每人撰写一份课程设计报告。
设计正文
原始参数
,, ms,当地历史最大风速为48ms, 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。。
表1 63418翼型的升力系数、阻力系数数据
确定整机设计的技术参数
额定功率Pr:3MW
设计寿命:20年
叶片数B: 3
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小,一般只需要1—3个叶片。3叶轮的平衡简单,动态载荷小,通常能提供较佳的效率,而且噪声小,从审美的角度也比较令人满意。综上所述,叶片数选择3。
切入风速vin:3ms
切出风速vout:25ms
额定风速vr:vr = vave =* =
叶尖速比
叶尖速比是风轮的叶尖线速度的与额定风速之比
式中,
Ω–风轮角速度
R –风轮半径
对于三叶片的风机,叶尖速比选在6—8的范围内,风电机组具有较高的风能利用系数。由于风力发电机组产生的气动噪声正比于λ5,通常将陆基风力发电机组的叶尖速度限制在65ms左右,近海74ms。
本设计取λ=。不同攻角下的风能利用系数随叶尖速比的变化曲线即Cp--λ曲线如图1,由Cp--λ曲线可得出此时Cp = 。
图1不同攻角下的Cp --λ曲线
风轮直径
D=8PrρVr3πCpη1η2=8*3***π***=94m
式中,
Pr —风力机额定功率,设计值为2MW
—(标准大气压)空气密度, kgm3
Vr —额定风速, ms
-- 传动系统效率,
-- 发电机效率,
Cp —额定功率下风能利用系数,
则叶片长度取47m
风轮扫掠面积:
塔架高度
由于风速与距地面高度有关,增高塔架可使风轮获取更多风能,但制造更高的塔架就需要更多的材料,成本也会增加
。大型机组塔架高度H可按下式初步确定:
H = (—)D
式中,
D—风轮直径
另外,塔架高度选择与地形与地貌有关,考虑地貌因数的塔架最低设计高度一般可按下式估算:
H = 。
齿轮箱
图8 齿轮箱结构
传动形式:齿轮箱选用2级行星轮+1级平行轴齿轮
齿轮箱效率:η=
传动比:
低速轴转速:17 rmin
高速轴转速:1500 rmin
齿轮箱功率:考虑到齿轮箱的效率,近似计算齿轮箱功率
P= Prη3*η2*η*= ***=3631kw
联轴器
低速轴联轴器功率:P= Prη3*η2*η2*= ***=3683kw
高速轴联轴器功率:P= Prη3*η2*= **=3581kw
变流器
由于采用的是双馈式发电机组,所以只需要确定和转子连接的变流器功率,对于双馈机组,变流器功率一般取机组额定功率的13—12,考虑到机组的可靠性,此处去变流器功率为额定功率的12,变流器额定功率为1500kw。
偏航执行机构
偏航形式选择:采用变桨电机机械变桨,并采用外齿偏航轴承形式
偏航驱动装置设计:包括驱动电机、减速器、传动齿轮、齿轮间隙调整机构
驱动电机功率:一般由最大偏航扭矩确定,本设计采用四台3kW偏航电机
驱动装置减速器结构形式:采用行星减速器