《风力发电机组设计与制造》课程设计报告.doc

《风力发电机组设计与制造》
课程设计报告

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
。
1)原始参数:,, m/s,当地历史最大风速为48m/s, 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。。
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
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

4
塔架根部截面应力计算
1天
5
报告撰写

6
课程设计答辩

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),在70m处:
Vr==×≈13m/s
4、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),3;
Vr--额定风速,取13m/s;
D--风轮直径;
--传动系统效率,;
--发电机效率,;
--变流器效率,;
Cp--额定功率下风能利用系数,。
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+.=
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)=