风力发电机设计与制造课程设计
风电机组设计与制造课程设计任务书-2013.6.28
课程设计(综合实验)报告( 2012 – 2013 年度第二学期年度第二学期年度第二学期) )名 称：称： 题 目：目： 院 系：系： 班 级：级： 学 号：号： 学生姓名：学生姓名：指导教师：指导教师：设计周数：设计周数：成 绩：绩：日期：2013年6月28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风电机组总体技术设计二、 目的与任务主要目的：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；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；熟悉相关的工程设计软件；3. 掌握科研报告的撰写方法。
掌握科研报告的撰写方法。
主要任务：主要任务：每位同学独立完成风电机组总体技术设计，包括：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；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；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；完成叶片设计任务；5. 确定塔架的设计方案。
确定塔架的设计方案。
6. 每人撰写一份课程设计报告。
每人撰写一份课程设计报告。
三、 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。
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/m 3。
2）设计内容）设计内容（1）确定整机设计的技术参数。
设定几种风力机的C p 曲线和C t 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；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。
风力发电机课程设计
风力发电机课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解风力发电的基本原理，掌握风力发电机的主要组成部分及其功能。
2. 学生能够掌握风力发电机的工作原理，了解风力发电在我国能源领域的应用和重要性。
3. 学生能够描述风力发电机技术的发展趋势及其对环境保护的意义。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，分析风力发电机的优缺点，并提出改进措施。
2. 学生能够通过小组合作，设计并制作一个简易的风力发电机模型。
3. 学生能够运用科学探究方法，对风力发电机模型进行测试和优化。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对新能源技术的兴趣，激发他们积极参与能源节约和环境保护的意识。
2. 培养学生团队合作精神，提高他们面对问题的解决能力和沟通能力。
3. 增强学生的国家使命感和社会责任感，使他们认识到新能源发展对国家经济和环保事业的重要性。
课程性质：本课程为科学实践活动课，结合物理、工程技术等学科知识，以提高学生的科学素养和实践能力。
学生特点：六年级学生具有一定的物理知识基础，好奇心强，善于动手操作，具备初步的团队合作能力。
教学要求：教师应注重理论与实践相结合，引导学生主动参与，关注个体差异，鼓励学生创新思维和动手实践。
在教学过程中，分解课程目标为具体学习成果，以便进行有效的教学设计和评估。
二、教学内容1. 风力发电基本原理：讲解风能转化为电能的物理过程，包括空气动力学原理、风力发电机的工作原理等。
教材章节：《科学》六年级下册第四章“能源与环保”。
2. 风力发电机结构及功能：介绍风力发电机的叶轮、发电机、塔架等主要组成部分及其作用。
教材章节：《科学》六年级下册第四章“风力发电机的构造”。
3. 风力发电机优缺点及改进措施：分析风力发电技术的优缺点，探讨如何提高风力发电效率及降低成本。
教材章节：《科学》六年级下册第四章“风力发电的优缺点及改进”。
4. 简易风力发电机模型设计与制作：指导学生设计并制作一个简易风力发电机模型，培养学生的动手能力和创新思维。
风电机组设计与制造课程设计最终版
课程设计(综合实验)报告( 2012 – 2013 年度第二学期)名称：《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xxxxx班学号：xxxxxxxxxxxx学生姓名：xxxxxx指导教师：田德、王永设计周数： 2成绩：日期：20xx年x月x日目录任务书 (5)一设计内容 (5)二目的与任务 (5)三主要内容 (5)四进度计划 (7)五设计（实验）成果要求 (7)六考核方式 (8)总体参数设计 (8)一额定功率 (8)二设计寿命 (8)三额定风速、切入风速、切除风速 (8)四重要几何尺寸 (8)1风轮直径和扫掠面积 (8)2轮毂高度 (8)五总质量 (9)六发电机额定转速和转速范围 (9)七叶片数B (9)八功率曲线和C T曲线 (9)1功率曲线 (9)2C T曲线 (10)九确定攻角Α，升力系数C L，叶尖速比Λ，风能利用系数C P (10)十风轮转速 (12)十一其他 (12)十二风电机组等级选取 (12)叶片气动优化设计 (13)一优化过程 (13)二叶片优化结果 (14)主要部件载荷计算 (14)一叶片载荷计算 (15)1作用在叶片上的离心力F C (15)2作用在叶片上的风压力F V (15)3作用在叶片上的气动力矩 (16)4作用在叶片上的陀螺力矩M K (16)二主轴载荷计算 (16)三塔架载荷计算 (17)1暴风工况风轮气动推力计算 (17)2塔架的强度设计（考虑塔架高度折减系数的强度计算） (18)主要部件功率 (20)一发电机 (20)二变流器 (21)三齿轮箱 (21)四联轴器 (21)五偏航 (22)风电机组布局 (22)设计总结 (32)参考文献 (25).25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：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。
设计制作风力发电机大班科学教案
设计制作风力发电机大班科学教案一、教学目标1.了解风力发电机的原理和构成；2.理解风力对于机械的影响，加强学生动手能力和实际操作能力；3.能够独立设计、制作和调试一个风力发电机；4.关注环保和可持续发展。
二、教学内容1.风力发电机的原理和构成2.大班实验室制作风力发电机3.风力发电机的实际应用三、教学方法1.PBL（基于问题的学习法）2.任务驱动型学习法3.动手实践，知行合一四、教学过程1.风力发电机的原理和构成（30分钟）让学生画一个风力发电机的示意图，讲解风力发电的基本原理和构成：旋转的风轮带动发电机的发电，通过输电线路将电能输送到城市里。
2.大班实验室制作风力发电机（2个课时）1）第一课时：了解风力发电机的设计思路、发电机的拆解与组装、制作风轮；2）第二课时：制作电机转子、全部装配，进行电路连接和调试；分小组进行，每个小组成员安排任务分别进行加工、实验室装配、调试、检验等环节，教师根据实际情况对每个环节进行指导和辅导。
3.风力发电机的实际应用（30分钟）带领学生观察全球范围内的风力发电机分布情况，面向社会讲解风力发电的优点和局限性，学生代表讲解制作过程和成果，引导学生深入了解环保和可持续发展。
五、教学资源1.风力发电机的原理和构成的科普视频和教材资料。
2.制作风力发电机的原料和工具，例如塑料袋、电机转子、风扇、电线、钳子等。
六、教学评估1.知识测试：测试学生对风力发电的基本原理和构成的理解和掌握情况；2.实验室考察和作品展示：通过实验室考察和作品展示，对学生的实际操作能力进行评估；3.课后作业：设计一份广告标语，宣传风力发电的好处。
七、教学反思1.针对实验考察内容的精化：在制作风力发电机过程中，让学生能够更深入地了解各个组件的作用和调试过程的具体技巧；2.和地理科目的结合：在讲解风力发电机优点和局限性时，可以和地理教师一起协同教学，让学生更好地了解风能发电的全球分布情况和地理位置影响；3.提高学生的实际操作能力：风力发电机制作的实践过程可以引导学生提高动手能力，让教学更加生动有趣。
风力发电机组设计与制造课程设计报告
《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：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：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。
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1.5 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C p曲线和C t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C p曲线和C t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。
风力发电机组设计与制造
2 天全体成员 2 天全体成员 1 天全体成员 1 天全体成员
5 天分工负责，选作 2 天全体成员 1 天全体成员
主要参考 资料
[1] Wind Energy Handbook. John Wiley & Sons Ltd. JOHN WILEY. Tony Burdon, David
Sharpe, Nick Jenkins. [2] 理想风力机理论与叶片函数化设计.科学出版社.姜海波. [3]风能技术(第二版).科学出版社. JOHN WILEY. Tony Burdon, David Sharpe, Nick Jenkins.武鑫.译 [4]《XE115-5MW 海上风机技术规范》，湘电风能有限公司 [5]《大型风电机组功率曲线的分析与修正》.浙江运达风力发电工程有限公司.申新贺， 潘东浩，唐继光 [6] 《风力发电机组设计与制造》.华北电力大学，姚兴佳，田德.校内试用教材（第二 版） [7] 《风力发电原理》.华北电力大学.徐大平等著 [8] 《风力机空气动力学》.华北电力大学校内试用教材.贺德馨等著
和各零部件的主要技术参数。
c) 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。提交有关的分析计算报告。
d) 学习叶片理论，对选取的叶片进行理论分析与计算；用 Solidworks 画整机 3D 模型；
购买和自己动手制作组装整机模型；进行气动方面的实验。
5. 设计（实验）成果要求
新能源 1201 课程设计
1. 额定功率及种类
根据《设计任务书》选定额定功率为 5MW 级别的双馈变速恒频式风力发电机组。
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。
风力发电机组设计与制造课程设计报告书
课程设计(综合实验)报告( 2012 – 2013 年度第二学期)名称：风力发电机组设计与制造题目：风电机组总体技术设计院系：可再生能源学院班级：风能 1002 班学号： 1101540209 学生：凤魁指导教师：田德、王永设计周数： 19周-20周成绩：日期： 2013年 7 月10 日目录课程设计任务书 0第一章风电机组整体参数设计 (4)1.1 额定功率 (4)1.2 设计寿命 (4)1.3 切出风速、切入风速、额定风速 (4)1.4 发电机额定转速和转速围 (4)1.5 重要几何尺寸 (5)1.5.1 风轮直径和扫掠面积 (5)1.5.2 轮毂高度 (6)1.6 叶片数 (6)1.7 风轮转速 (7)1.8 功率曲线、Cp曲线、Ct曲线、攻角ɑ (7)1.9 功率控制方式 (13)1.10 制动系统形式 (13)1.11 风力机等级 (13)第二章风电机组气动特性初步计算 (13)2.1 叶片的设计理论 (13)2.1.1 动量理论 (13)2.1.2 叶素理论 (14)2.2 叶片设计 (15)第三章机组及部件载荷计算 (17)3.1 叶片载荷计算 (17)3.1.1 作用在叶片上的离心力F C (17)3.1.2 作用在叶片上的风压力F V (17)3.1.3 作用在叶片上的气动力矩M b (18)3.1.4 作用在叶片上的陀螺力矩M K (18)3.2 风轮轮毂的载荷计算 (18)3.3 主轴载荷计算 (19)3.5 塔架载荷计算 (20)3.5.1 暴风工况的风轮气动推力计算 (20)3.5.2 欧美国家塔架静态强度设计的一般载荷条件 (21)3.5.3 确定塔架设计载荷的要求 (21)3.6 联轴器载荷计算 (22)第四章主要部件技术参数 (22)4.1 齿轮箱 (22)4.2 发电机 (23)4.3 变流器 (23)4.4 联轴器 (24)4.5 偏航执行机构 (24)4.6 变桨距执行机构 (25)4.7 塔架根部截面应力计算 (25)风力机总体布局图： (27)参考文献： (27)课程设计任务书一、设计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。
风力发电机设计与制造课程设计
一．总体参数设计总体参数是设计风力发电机组总体结构和功能的基本参数，主要包括额定功率、发电机额定转速、风轮转速、设计寿命等。
1.额定功率、设计寿命根据《设计任务书》选定额定功率P r =3.5MW；一般风力机组设计寿命至少为20年，这里选20年设计寿命。
2.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 Vr= 12m/s（对于一般变桨距风力发电机组（选 3.5MW）的额定风速与平均风速之比为1.70左右,Vr =1。
70Vave=1。
70×7。
0≈12m/s）3.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:其中：P r-—风力发电机组额定输出功率,取3。
5MW；——空气密度（一般取标准大气状态），取1.225kg/m3；V r-—额定风速,取12m/s;D——风轮直径;——传动系统效率，取0。
95；——发电机效率,取0.96；——变流器效率，取0。
95；C p-—额定功率下风能利用系数,取0.45。
由直径计算可得扫掠面积：综上可得风轮直径D=104m,扫掠面积A=84824.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：-—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;—-在给定时间段内V（t)的平均值所对应的功率；——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P stat（t)的始终为零，即视风速为不随时间变化的稳定值, 在切入风速到切出风速的范围内按照设定的风速步长，得到对应风速下的最佳叶尖速比和功率系数,带入式:——传动系统效率,取0。
95；-—发电机效率，取0。
96;——变流器效率,取0.95；--空气密度（一般取标准大气状态),取1.225kg/m3；V r—-额定风速，取12m/s；D——风轮直径;C p—-额定功率下风能利用系数，取0.45。
风力发电机组设计与制造课程设计报告
******学号：********** 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：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：所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 V in =3m/s 切出风速 取 V out =25m/s 额定风速 取 V r =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：V r =1.70V ave =1.70×7.6≈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=3r p 1238P V C rπρηηη==114m其中：P r --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/m 3； V r --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；C p --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Z hub 表示Z hub=Z t+Z j=70+2.25.=72.25m式中Z j—塔架高度；Z t—塔顶平面到风轮扫掠中心高度。
风力发电机组设计与制造学习
风力发电机组设计与制造学习The document was prepared on January 2, 2021第一章、绪论1、风力发电机组的组成风力发电机组可分为风轮、机舱、塔架和基础几个部分.1风轮由叶片和轮毂组成.叶片具有空气动力外形,在气流作用下产生力矩驱动风轮转动,通过轮毂将扭矩输入到主传动系统.2机舱由底盘、导流罩和机舱罩组成,底盘上安装除主控制器以外的主要部件.机舱罩后部的上方装有风速和风向传感器,舱壁上有隔音和通风装置等,机舱底部与塔架连接.3塔架支撑风轮与机舱达到所需要的高度.塔架上安置发电机与主控制器之间的动力电缆、控制和通信电缆,还装有供操作人员上下机舱的扶梯,大型机组还设有升降机.4基础为钢筋混凝土结构,根据当地地质情况设计成不同的形式.基础中心预置有于塔架连接的基础部件,以保证将风力发电机组牢牢固定在基础上.基础周围还设置预防雷击的接地装置.2、变桨距、变速型的风力发电机组内部结构1变桨距系统：设在轮毂之中,对于电动变距系统来说,包括变距电动机、变距减速器、变距轴承、变距控制器和备用电源等.2发电系统：包括发电机、变流器等.3主传动系统：包括主轴及主轴承、齿轮箱、高速轴和联轴器等.4偏航系统：由偏航电动机、偏航减速器、偏航轴承、制动机构等组成.5控制与安全系统：包括传感器、电气设备、计算机控制与安全系统含相应软件和控制欲安全系统执行机构等.此外,还设有液压系统,为高速轴上设置的制动装置、偏航制动装置提供液压动力.液压系统包括液压站、输油管和执行机构.为了实现齿轮箱、发电机、变流器的温度控制,设有循环油冷却系统、风扇和加热器.3、风力发电机组的分类：1按功率大小：a微型~1kw；b小型1~100kw；c中型100~1000kw；d大型1000kw以上. 2按风轮轴方向：a水平轴风力发电机组随风轮与塔架相对位置的不同而有上风向与下风向之分.风轮在塔架的前面迎风旋转,叫做上风向风力发电机组；风轮安装在塔架后面,风先经过塔架,再到风轮,则称为下风向风力发电机组.上风向风力发电机组必须有某种调向装置来保持风轮迎风,而下风向风力发电机组则能够自动对准风向,从而免去了调向装置.对于下风向风力发电机组,由于一部分空气通过塔架后再吹向风轮,这样塔架就干扰了流过叶片的气流而形成塔影效应,增加了风轮旋转过程中叶片载荷的复杂性,降低了风力发电机组的出力和其他性能；b垂直轴风力发电机组.3按功率调节方式：a定桨距风力发电机组；b变桨距调节风力发电机组；c主动失速调节风力发电机组.4按传动形式：a高传动比齿轮箱型；b直接驱动型；c中传动比齿轮箱型半直驱.5按发电机转速变化：a定速恒速；b多态定速；c变速.4、设计依据风力发电机组的设计依据是风力发电机组的设计任务书,一般包括基本形式、基本参数和外部条件.1基本形式：目前的主流机型是水平轴、上风向、三叶片、变桨距、变速恒频风电机组.2基本参数：风力发电机组的基本参数主要是指风力发电机组的额定功率、转速范围、总效率、设计寿命和生产成本等.3外部条件：风力发电机组的外部条件包括运行环境条件、电网条件和风场地质情况.运行环境条件主要是风资源、湍流和阵风情况、气候情况等.5、设计内容设计内容包括风力发电机组设计图样和相关的设计文件.设计图样包括外观图、部件图和零件图；设计文件包括设计计算说明书、运输和安装说明书、用户使用和维护手册等. 1外观图：风力发电机组的外观图描述了其整体结构并标注了主要尺寸,同时用文字注明了设备的技术特征,如机组类型、功率调节方式、风轮旋转方向、额定功率、额定风速、风轮直径、风轮转速范围、风轮倾角、风轮圆锥角、变距最大角度、齿轮箱类型、齿轮箱增速比、发电机类型、塔架类型、轮毂中心高和各主要部件质量.2部件图：部件图是各层次安装工作的指导图样,表示各零件之间的装配关系、配合公差、轮廓尺寸、装配技术条件和标题栏等.3零件图：零件图是生产零件的依据,包括零件的结构和形状、尺寸、表面粗糙度和几何公差、材料及表面处理技术要求、技术条件、标题栏等.设计零件时,要进行相应的载荷分析和强度校核.4设计文件：设计文件是与设计相关的规范性文件,详细描述了机组设计、制造、装配、运行维护过程的理念、标准、理论依据、方法和技术要求,用于设计部门存档、指导装配和安装、指导用户作业和指导维修人员的维修作业.6、设计原则可靠性、经济性与社会效益、先进性、工艺性和易维修性、标准化.7、设计步骤1方案设计概念设计：确定风力发电机组的主要参数、整体布局和结构形式；对机组的整体载荷及整机质量进行初步计算,选择主要部件的结构,完成机舱布局的计算机设计模型；同时给定控制策略.在此基础上撰写方案设计说明书.2技术设计初步设计：根据方案设计资料,进行整机和部件结构设计和确定技术要求；进行机组载荷计算和分析；对关键零部件进行校核计算和分析；进行电气控制与安全系统设计；初步选择外购件的型号.在此基础上提供技术设计图样和技术设计说明书.3施工设计详细设计：根据技术设计结果,进行载荷计算,对零部件进行强度和刚度校核及失效分析,对关键零部件进行优化设计；对整机进行可靠性分析和动态分析.修改和审定加工图样和技术文件,填写标准件和外购件明细表,撰写设计计算说明书、运输和安装说明书以及用户使用和维修手册.第二章、风力发电机组机械设计基础1、风力发电机组等级由风速和湍流参数决定,分级的目的在于最大限度的利用风能,风速和湍流参数代表了相应风电机组安装场地的类型.注：1、表中所示参数值对应于轮毂高度.2、V ref表示10min平均参考风速；A表示高湍流特性等级；B表示中湍流特性等级；C表示低湍流特性等级；I ref表示风速为15m/s时湍流强度的期望值.2、风况分为：正常风况风力机正常运行期间频繁出现的风况条件和极端风况1年一遇或50年一遇的风况条件.参考风速：50年一遇在轮毂高度处持续10min阵风.3、风况条件是由平均恒流与确定阵风或湍流结合而成.4、每种类型的外部条件又可分为正常外部条件和极端外部条件.5、湍流：风速矢量相对于10min平均值的随机变化.在使用湍流模型时应考虑风速、风向和风切边变化的影响.6、湍流风速矢量的三个分量；纵向沿着平均风速方向横向水平并且与纵向垂直的方向竖向与纵向和侧向均垂直的方向7、正常风廓线模型NWP：风廓线vz是地表以上平均风速对垂直高度z的函数.Vz=VhubZ/Zhub的a次方.8、极端风况：用于确定风力发电机组的极端风载荷,这些风况包括由暴风及风速和风向的迅速变化造成的风速峰值.9、极端风速模型EWM：极端风速模型可能为稳定的或波动的风模型.风速模型应该基于参考风速Vref和确定的湍流标准差σ1,σ1=Iref+b;b=s,σ1=.10、其他环境条件：热、光、腐蚀、机械、电或其他物理作用、温度、湿度、空气密度、阳光辐射、雨、冰雹、雪和冰、活学活性物质、雷电、地震、盐雾.11、正常环境：温度-30~+150,湿度<=95%,阳光辐射强度1000W/m2.12、电网条件：1电压标称值+10%2频率标称值+2%3三相电压不平衡度,电压负序分量的比率不超过2%4适合的自动重合周期5断电,假定电网一年内断电20次,一次断电6小时为正常条件,断电一周为极端条件.13、设计工况：分为运行工况启动发电关机和临时性工况运输吊装维护14、设计工况：发电、发电兼有故障、起动、正常关机、紧急关机、停机、停机兼有故障、运输装配维护和修复.15、DLC设计载荷状态 ECD方向变化的极端连续阵风模型 EDC极端风向变化模型EOG极端运行阵风模型EWM极端风速模型EWS极端风切变模型ETM极端湍流模型NTM正常湍流模型NWP正常风廓线模型F疲劳性载荷分析U极限强度分析N正常A 非正常 T运输和安装Vmaint维修保养风速.16、局部安全系数：由于载荷和材料的不确定性和易变性,分析方法的不确定性以及零件的重要性,在设计中一定要有必要的安全储备.17、载荷局部安全系数：载荷特征值出现不利偏差的可能性或不确定性；载荷模型的不确定性.18、材料局部安全系数：材料特征值出现不利偏差的可能性或不确定性；零件截面抗力或结构承载能力评估不确定的可能性；几何参数不确定性；结构材料性能与试验样品所测性能之间的差别；换算误差.19、失效影响安全系数用来区分以下几类零件：1一类零件：失效安全结构件结构件失效后不会引起风力发电机组重要零件的失效2二类零件：非失效安全结构件3三类零件：非失效安全机械件把驱动机构和制动机构与主结构连接起来,以执行风力发电机组无冗余的保护功能.20、风力发电机组极限状态分析内容：极限强度分析；疲劳失效分析；稳定性分析；临界挠度分析.21、稳定性分析：在设计载荷作用下,非失效安全的承载件不应发生屈曲.对于其他零件在设计载荷下,允许发生弹性变形.在特征载荷下,任何零件都不应发生屈曲.第三章、总体设计总体参数是涉及到风力发电机组总结结构和功能的基本参数,主要包括额定功率、发电机额定转速、总效率、设计寿命、年发电量、发电成本、总重量、重心.1、额定功率是正常工作条件下,风力发电机组的设计要达到的最大连续输出电功率.2、设计寿命：风电机组安全等级I到Ⅲ的设计寿命至少为20年.3、额定风速是锋利发电机组达到额定功率输出时规定的风速.10~15m/s；切入风速是风力发电机组开始发电时,轮毂高度处的最低风速.3~4m/s；切出风速是风力发电机组达到设计功率时,轮毂高度处的最高风速.25m/s攻角不变,半径r处的叶素弦长与风轮转速Ω的平方成反比；变桨距攻角改变,反比于转速.4、叶片质量正比于外壳厚度与弦长的乘积,因此它随转速而正比增加.5、转速增加导致叶片重量增加、成本增加,同时转速增加导致叶片平面外的疲劳弯矩减小,机舱和塔架成本减少.6、风力发电机组产生的气动噪声正比于叶尖速度的5次方.陆基叶尖速限制在65m/s,海上74m/s.7、比功率：风力发电机组额定功率与风轮的扫掠面积的比值.405W/m平方.风电机组的总体布局包括整机各部件、各系统、附件和设备等布置.8、总体布置原则：保证风力发电机组的强度、刚度、抗振性、平衡和稳定性,支撑部件要力求有足够的刚度；整机各部件、各系统、附件和设备等,要考虑布置得合理、协调、紧凑；保证正常工作和便于维护,并考虑有较合理的重心位置；传统系统力求简短,达到结构紧凑、体积小、重量轻.9、相似设计：根据研究出来的性能良好、运行可靠地模型来设计与模型相似的新风力机.10、风力机相似是指风轮与气体的能量传递过程以及气体在风力机内流动过程相似,他们在任一对应点的同名物理量之比保持常数,这些常数叫相似常数.11、相似条件：几何相似、运动相似、动力相似.12、几何相似：模型与原型风力机的几何形状相同,对应的线性长度比为一定值.13、运动相似：空气流经几何相似的模型与原型机时,其对应点的速度方向相同、比例保持常数.14、动力相似：满足几何相似、运动相似的模型与原型机上,作用于对应点力的方向相同,大小之比应保持常数.15、Re为雷诺数,表示作用于流体上的惯性力与黏性力之比16、对于具有相同叶尖速比的相似模型和原型机,他们的效率也相等.17、模型试验中,雷诺数的值比临界雷诺数高,相似性依旧成立.相反相似性差.18、风电机组成本排序：叶片、塔架、齿轮箱、机舱、电网联接、发电机.第四章、风轮与叶片设计风轮的作用是把风的动能转换成风轮的旋转机械能.风轮的输出功率与风轮扫掠面积或风轮直径的平方、风速的立方和风能利用系数成正比.第一节、概述一、叶片的基本概念1、叶片长度：叶片径向方向上的最大长度；2、叶片面积：叶片旋转平面上的投影面积；3、叶片弦长：叶片径向各剖面翼型的弦长；4、叶片扭角：叶片各剖面弦线和风轮旋转平面的夹角.二、风轮的几何参数1、叶片数：风轮的叶片数取决于风轮尖速比；2、风轮直径：风轮在旋转平面上的投影圆的直径；3、轮毂高度：风轮旋转中心到基础平面的垂直距离；4、风轮扫掠面积：风轮在旋转平面上的投影面积；5、风轮锥角：叶片相对于和旋转轴垂直的平面的倾斜角；其作用是在风轮运行状态下减少离心力引起的叶片弯曲应力和防止叶尖与塔架碰撞的机会.6、风轮仰角：风轮的旋转轴线和水平面的夹角；其作用是避免叶尖和塔架的碰撞.7、风轮偏航角：风轮旋转轴线和风向在水平面上投影的夹角；偏航角可以起到调速和限速的作用,但在大型风力发电机组中一般不采用这种方式.8、风轮实度：叶片在风轮旋转平面上投影面积的总和与风轮扫掠面积的比值；实度大小与尖速比成反比.三、风轮的物理特性1、风轮转速.2、风轮叶尖速比公式.3、风轮轴功率公式.第二节、风轮载荷设计计算一、叶片受力示意图升力,阻力系数公式.翼型的选择：对于低速风轮,由于叶片数较多,不需要特殊的翼型升阻比；对于高速风轮,由于叶片数较少,应当选用在很宽的风速范围内具有较高升阻比和平稳失速特性的翼型,对粗糙度不敏感,以便获得较高的功率系数；另外要求翼型的气动噪声低.二、叶片载荷1、静载荷1最大受力：50年一遇的最大阵风作为最大静载荷值；2最大弯矩：当重力和气动力在同一方向上；3最大扭矩：当最大阵风时.2、动载荷1由阵风频谱的变化引起的受力变化；2风剪切影响引起的叶片动载荷；3偏航过程引起的叶片上作用力的变化；4弯曲力矩变化,由于自重及升力产生的弯曲变形；5在最大转速下,机械、空气动力制动,风轮制动的情况下；6电网周期性变化.三、叶片的受力分析离心力、风压力、气动力矩、陀螺力矩.四、风轮的强度校核1、在载荷下运转时叶片强度的计算.2、无载荷运转时叶片轴强度的计算.3、叶片停转时叶片轴强度的计算.第三节、叶片气动设计一、风力机的性能指标风轮输出功率、风能利用系数、尖速比、推力系数.相关公式二、风力机的空气动力学设计动量理论、叶素理论.三、叶片结构设计与制造一轻型结构叶片的优缺点：优点：1、在变距时驱动质量小,在很小的叶片机构动力下产生很高的调节速度；2、减少风力发电机组总质量；3、风轮的机械制动力矩小；4、周期振动弯矩由于自重减轻而很小；5、减少了材料成本；6、运费减少；7、便于安装.缺点：1、要求叶片结构必须可靠,制造费用高；2、所用材料成本高；3、风轮在阵风时反应灵敏,因此,要求功率调节也要快；4、材料特性和载荷计算必须很准确,以免超载.二叶片材料用于制造叶片的主要材料有玻璃纤维增强塑料GRP、碳纤维增强塑料CFRP、木材、钢和铝等.目前叶片多为玻璃纤维增强复合材料GRP,基体材料为聚酯树脂或环氧树脂.环氧树脂比聚酯树脂强度高,材料疲劳特性好,且收缩变形小.聚酯材料较便宜,它在固化时收缩大,在叶片的连接处可能存在潜在的危险,即由于收缩变形在金属材料与玻璃钢材料之间可能产生裂纹.复合材料的优点：可设计性强、易成型性好、耐腐蚀性强、维护少,易修补.缺点：耐热性差；抗剪切强度低；存在老化问题；生产时安全防护；表面强度低；可以燃烧.GRP材料的风力发电机组叶片成形工艺有手工湿法成形、真空辅助注胶成形和手工预浸布铺层等.三叶片主体结构叶片截面类型：实心截面、空心截面、空心薄壁复合截面等.蒙皮：提供叶片的气动外形,同时承担部分弯曲载荷与大部分剪切载荷.蒙皮的层状结构包括胶衣层、玻纤毡增强层、强度层.主梁：承载叶片的大部分弯曲载荷,是主要的承力结构.四铺层设计原则1、均衡对称原则；2、定向原则；3、按照内力方向的取向原则；4、顺序原则；5、抗局部屈曲设计原则；6、最小比例原则；7、变厚度设计原则；8、冲击载荷区设计原则.五叶根结构形式1、螺纹件预埋式：连接最可靠,但每个螺纹件的定位必须准确；2、钻孔组装式：优点：不需要贵重且质量大的法兰盘；在批量生产中只有一个力传递元件；由于采用预紧螺栓,疲劳可靠性很好；通过螺栓很好的机械联接,法兰不需要粘接.缺点：需要很高的组装精度；在现场安装,要求可靠的螺栓预紧.六功率调节方法1、失速控制优点：叶片和轮毂之间无运动部件,轮毂结构简单,费用低；没有功率调节系统的维护费用；在失速后功率的波动相对较小.缺点：气动制动系统可靠性设计和制造要求高；叶片、机舱和塔架上的动态载荷高；由于常需要制动过程,在叶片和传动系统中产生很高的机械载荷；起动性差；机组承受的风载荷大；在低空气密度地区难以达到额定功率.2、变浆距控制优点：起动性好；刹车机构简单,叶片顺浆后风轮转速可以逐渐下降；额定点以后的输出功率平滑；风轮叶根承受的静、动载荷小.缺点：由于有叶片变距机构,轮毂较复杂,可靠性设计要求高,维护费用高；功率调节系统复杂,费用高.七防雷击保护雷击造成叶片损坏的机理：一方面,雷电击中叶尖后,释放大量能量,使叶尖结构内部的温度急剧升高,引起气体高温膨胀,压力上升,造成叶尖结构爆裂破坏,严重时使整个叶片开裂；另一方面,雷击造成的巨大声波对叶片结构造成冲击损坏.八降噪措施①提高制造精度,降低表面粗糙度；②修正轮齿缘.在制造齿轮时,在齿轮顶侧沿齿宽修成直线或均匀曲线；③改用斜齿轮；④改进齿轮参数.减小v、d,选取互为质数的传动比；⑤齿轮的阻尼处理.高阻尼、不淬火；⑥改进润滑方式.第四节、轮毂设计一、风轮轮毂的结构设计轮毂是连接叶片与主轴的重要部件,作用是传递风轮的力和力矩到后面的机械结构中去.通常轮毂的形状为三通形或三角形.常用的轮毂形式有：1刚性轮毂；2柔性轮毂铰链式轮毂,叶片在挥舞方向、摆振方向和扭转方向上都可以自由活动.由于铰链式轮毂具有活动部件,相对于刚性轮毂来说,制造成本高,可靠性相对较低,维护费用高；它与刚性轮毂相比所说力与力矩较小.二、风轮轮毂的载荷分析轮毂载荷的分析方法：最大剪切法、ASME锅炉和压力容器规则法、变形能法.第五章、传动与控制机构设计1、传动与控制机构：传动机械能所需传动机构和机组控制调节所需驱动机构2、主传动链：风轮轴功率传递到发电机系统所需机构.典型的主传动链包括风轮主轴系统、增速传动机构齿轮箱、轴系的支撑与连接轴承、联轴器和制动装置.设计要求：载荷传递路径最短,结构紧凑,机械传动系统与承载轴承部件集成.主要构件支撑方式：由独立轴承支撑主轴,三点支撑式主轴,主轴集成到齿轮箱,轴承集成在机舱底盘,固定主轴支撑风轮.3、主轴轴承：径向与轴向支撑通常采用滚动轴承,易产生弯曲变形.轴承计算包括静态和动态额定值、轴承寿命分析等.4、主轴：仅考虑主轴传递扭矩的初步结构设计计算,考虑综合载荷作用的主轴强度计算.5、轴系连接构件：高速轴与发电机轴采用柔性联轴器,以弥补安装误差、解决不对中问题；需考虑对机组安全保护功能；可降低成本；还需考虑完备的绝缘措施.轴与齿轮键连接平键、花键.6、主传动链齿轮：采用大传动比齿轮传动装置,将风轮所产生转矩传递到发电机,使其得到相应转速.基本特点：大传动比,大功率,难以确定动态载荷；常年运行在极端环境下,高空维修困难；设法见效其结构和重量；设置刹车装置,配合风轮气动制动.在满足可靠性和工作寿命要求前提下,以最小体积和重量为目标,获得优化的传动方案.7、齿轮箱：箱体,传动机构,支撑构件,润滑系统,其他附件.传动形式：定轴,行星齿轮以及组合传动；级数：单级,多级；布置形式：展开式,分流式,同轴式.风电齿轮箱：多级齿轮传动,采用一级或两级行星齿轮与定轴齿轮组成的混合轮系.8、轮系：由若干对啮合齿轮组成的传动机构,以满足复杂的工程要求.定轴：所有齿轮几何轴线位置固定,分为平面和空间定轴轮系,尽可能使传动级数少.星系轮系：至少有一个齿轮的轴线可绕其他齿轮轴线转动,传动效率高,承载能力强,结构简单工艺性好.9、设计载荷：分析过程要参照相应设计标准.最重要载荷参数是反映风轮输出转矩及其相应特性的载荷谱.制动载荷：风轮制动主要依靠气动制动功能,制动时间比机械制动时间短,机械制动多用于紧急情况.10、齿轮箱结构设计：内部构件尺寸+运行环境确定外部载荷准确信息.一般传动系统设计标准给出工况系数KA..结构设计：初步确定总体结构参数,箱体结构设计,齿轮与轴的结构设计,构建连接.11、传动效率与噪声：散热是紧凑结构齿轮箱的关键,定轴轮系每级损失2%,行星轮1%,机组传动载荷小时效率会有明显下降.12、润滑油：减少摩擦,较高承载,防止胶合,降震,防疲劳点蚀,冷却防腐蚀.润滑系统：强制润滑,设置基本回路以及对润滑油加热冷却的回路.润滑方式有飞溅润滑和强制润滑.润滑油换油周期：开始,500h；运行过程,5000~10000h；定期抽样检测；半年检修；对齿轮箱重新进行检测.13、关机运动方程：空气动力矩,机械制动力矩,发电机电磁力矩.空气制动：定桨距由叶尖扰流器实现,变桨距由顺桨实现.机械制动：多置于高速轴.限制条件离心应力,摩擦速度,摩擦片温升,制动盘温升14、变桨距系统：起动,功率调节,主传动链制动.运动方程：空气动力矩,重力矩,摩擦力矩.。
风力发电机组设计制造课程设计
风力发电机组设计制造课程设计
一、课程设计目的
本课程设计旨在让学生通过对风力发电机组设计制造的实践操作，深入掌握风力发电机组的原理和结构，了解风力发电机组的设计流程和制造工艺，提高学生的工程实践能力和综合素质。
二、课程设计内容
1. 风力发电机组设计流程的学习和掌握，包括制定设计方案、进行初步设计、进行详细设计、进行制造和测试等环节。
2. 风力发电机组的结构和原理的学习和掌握，包括风轮、主轴、变速箱、发电机、控制系统等部分的设计和制造。
3. 风力发电机组的制造工艺的学习和掌握，包括材料选择、加工、装配、测试等环节。
4. 风力发电机组的实验操作，包括组装、调试、测试等环节，对风力发电机组的性能进行评估和分析。
三、课程设计要求
1. 学生需要在指导老师的指导下，独立完成风力发电机组的设计和制造。
2. 学生需要按照设计流程，制定设计方案、进行初步设计、进行详细设计、进行制造和测试等环节。
3. 学生需要掌握风力发电机组的结构和原理，包括风轮、主轴、变速箱、发电机、控制系统等部分的设计和制造。
4. 学生需要掌握风力发电机组的制造工艺，包括材料选择、加工、装配、测试等环节。
5. 学生需要按照实验要求，组装、调试、测试风力发电机组，对其性能进行评估和分析。
四、课程设计评分标准
1. 设计方案：10分
2. 初步设计：20分
3. 详细设计：30分
4. 制造和测试：30分
5. 实验操作：10分总分：100分。
风力发电机组设计与制造讲解
引入切向诱导因子h=(Ω+ω)/Ω ,其中 是风轮转 速。则，比较小时，可认为上式依然成 立，因此
dM vr31 k h 1dr
从而可知，在r~r+dr环域上，气流所提供的功 率为
dP dM v2r31 k h 1dr
叶素理论
①轴向风速
②气流相对叶片的角速 度为
v (1 k)v / 2 ( / 2) (1 h) / 2
dF rv(v2 v22 )dr
联立（2-1）、（2-5）两式，可得
v v v2 / 2
引入轴向诱导因子 k=v2/v∞
v 1 k v / 2
dF v2 (1 k 2 )dr
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ω，因而作用在叶轮r~r+dr环域 上的转矩为
0.14
• C Iref(-)
0.12
• vref=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
P 2000
Pr
3
0.95
2105 kW
发电机 额定功率
Pr
P
2 3
2000 0.97 0.95
2170 kW
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
设 r / v，则
coL
1 2
Cw2Cl dr
风力发电机组设计与制造课程设计报告书
课程设计（综合实验）报告名称：风力发电机设计制造题目：风力发电机组整体技术设计目录课程设计任务书0第一章风力发电机组总体参数设计41.1 额定41.2 设计41.3 切出风速、切入风速、额定风速41.4 发电机额定转速及转速范围41.5 重要的几何尺寸51.5.1 转子直径和扫过面积51.5.2 轮毂61.6 刀片数量61.7 风轮转速71.8功率曲线、Cp曲线、Ct曲线、攻角ɑ87载荷计算18课程设计作业书一、设计内容风机整体技术设计二、宗旨与任务主要目的：1、以大型水平轴风力发电机组为研究对象，掌握系统整体设计方法；2、熟悉相关工程设计软件；3.掌握撰写研究报告的方法。
主要任务：每个学生独立完成风机的整体技术设计，包括：1、确定风机整体技术参数；2、关键部件（齿轮箱、发电机、变流器）的技术参数；3、计算关键部件（叶片、转子、主轴、联轴器、塔架等）的载荷及技术参数；4、完成叶片设计任务；5. 确定塔的设计。
6. 每个人写一份课程设计报告。
三、主要内容每个人选择功率范围在 1.5MW 到 6MW 之间的风力涡轮机进行设计。
1）原始参数：风机安装地点50米高处年平均风速为7.0m/s，60米处年平均风速为7.3m/s，60米处年平均风速为7.3m/s， 70米为7.6m/s，当地历史最大风速为49m/s，用户想安装1.5-6MW的风机。
使用63418翼型，63418翼型的升力系数和阻力系数数据如表1所示。
空气密度设置为1.225 kg/m 3 。
2) 设计内容(1) 该参数包括叶片数、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、制动系统形式和塔筒高度等。
风机等级按标准确定；(2) 关键部件气动载荷计算。
设置多台风机的C p曲线和C t曲线，计算几个关键部件的载荷（叶片载荷、转子载荷、主轴载荷、联轴器载荷和塔架载荷等）；根据负载和功率确定所选型号的主要部件的技术参数（齿轮箱、发电机、变流器、联轴器、偏航和变桨电机等）和类型。
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一．总体参数设计总体参数是设计风力发电机组总体结构和功能的基本参数，主要包括额定功率、发电机额定转速、风轮转速、设计寿命等。
1. 额定功率、设计寿命根据《设计任务书》选定额定功率P r =3.5MW ；一般风力机组设计寿命至少为20年，这里选20年设计寿命。
2. 切出风速、切入风速、额定风速 切入风速 取 V in = 3m/s 切出风速 取 V out = 25m/s额定风速 V r = 12m/s （对于一般变桨距风力发电机组（选 3.5MW ）的额定风速与平均风速之比为1.70左右,V r =1.70V ave =1.70×7.0≈12m/s ） 3. 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： m C V P D p r r 10495.096.095.045.012225.135000008833213≈⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==πηηηπρ 其中：P r ——风力发电机组额定输出功率，取3.5MW ； ——空气密度（一般取标准大气状态），取1.225kg/m 3； V r ——额定风速，取12m/s ； D ——风轮直径；1η——传动系统效率，取0.95；2η——发电机效率，取0.96； 3η——变流器效率，取0.95；C p ——额定功率下风能利用系数,取0.45。
由直径计算可得扫掠面积：222848241044m D A =⨯==ππ综上可得风轮直径D=104m ，扫掠面积A=84822m4. 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：)()()(△t P t P t P sta t +=)(t P ——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;)(t P stat ——在给定时间段V(t)的平均值所对应的功率；)(△t P ——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P stat (t)的始终为零, 即视风速为不随时间变化的稳定值, 在切入风速到切出风速的围按照设定的风速步长, 得到对应风速下的最佳叶尖速比和功率系数,带入式：3212381ηηπηρD V C P r P =1η——传动系统效率，取0.95；2η——发电机效率，取0.96； 3η——变流器效率，取0.95；——空气密度（一般取标准大气状态），取1.225kg/m 3； V r ——额定风速，取12m/s ； D ——风轮直径；C p ——额定功率下风能利用系数,取0.45。
由以上公式，使用excel计算出不同风速对应的功率值,见表1表1 风速功率关系风速（m/s） 3 4 5 6 7 8 9 10 11功率（w）54744 129763 253444 437952 695452 1038109 1478090 2027558 2698680 风速（m/s）12 13 14 15 16 17 18 19 20功率（w）3500000 3500000 3500000 3500000 3500000 3500000 3500000 3500000 3500000 风速（m/s）21 22 23 24 25功率（w）3500000 3500000 3500000 3500000 3500000将得到的数据对绘制成静态风功率曲线，如图一图1 P—v静态功率曲线5.风轮额定转速三叶片风力发电机组的风轮叶尖速比0λ一般在6至8之间，不同攻角下的风能利用系数随叶尖速比的变化曲线即C P -0λ曲线如图2。
图2 C P -0λ曲线由C p -0λ曲线可得出0λ =7.5，则风轮额定转速可由下式计算得到：min/5.16104125.76060300r D V n V Rn r r rr=⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=∴=ππλπλ6. 叶片数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、功率控制方式、制动系统形式功率控制方式选择主动变桨距控制；制动系统形式为第一制动采用气动刹车，第二制动采用高速轴机械刹车。
8、风力机等级由IEC标准，如表2，选择风力机等级为IECIIIA。
表2 风机等级规表注：表中数据为轮毂高度处值，其中：A 表示较高湍流特性级；参考风速Vref 为10min 平均风速； B 表示中等湍流特性级；I 15风速为15m/s 时的湍流强度特性值。
C 表示较低湍流特性级；除表基本参数外，在风力发电机组设计中，还需要某些更重要的参数来规定外部条件。
对风力发电机组IA～IIIC 级，统称为风力发电机组的标准等级。
阶段性总结表二．叶片设计1.叶片材料选择叶片选用T-700碳纤维，相比玻璃纤维，叶片密度较小，发电效率更高，密度为3/1800m kg 。
2. 计算各剖面的叶尖速比将叶片分为20个叶素，每个叶素间隔0.05R ，其中5%半径处叶片是筒状，10%-60%半径处采用钝后缘叶片，65%-100%半径处 采用通用风电机组叶片翼型。
叶片圈采用钝后缘翼型，外圈采用63415翼型。
根据下式求各叶素的叶尖速比λ。
rR λλ=叶素位置和叶尖速比数值见下表2：表2 不同叶素位置的叶尖速比叶素位置/% 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 叶尖速比λ 0.375 0.750 1.125 1.500 1.875 2.250 2.625 3.000 3.375 3.750 叶素位置/% 55 60 65 70 75 80 85 90 95100叶尖速比λ 4.1254.5004.8755.2505.6256.0006.3756.7507.125 7．5003. 根据翼型确定叶片最佳攻角α，升力系数C l ，C d风力机翼型为NACA63-415，图3图3 NACA63-415翼型图计算雷诺数Re在20℃，压强为标准大气压101.325kPa 时，空气的动力粘度6109.17-⨯=μ 761028.6109.175212225.1⨯=⨯⨯⨯==-μρi e VL R 根据所得雷诺数查得Cl/Cd 、Cl/alpha ，见图4图4 C l -C d 曲线 和C l -alpha 曲线图5 C l/C d ——alpha 图从图中可以得出翼型取得最大升阻比时，最佳攻角 25.5=α，此时升力系数C l =0.9461，C d =0.00791，最佳升阻比7.118/=d l C C ,本次设计选取最佳攻角 25.5=α，则升力系数和阻力系数分别为C l =0.9461，C d =0.00791。
叶片每个截面的升力系数相同，为C l =0.9461。
4. 叶片弦长计算步骤通过下面的计算，可以得到沿叶片各径向位置r 上的弦长C 和叶素桨距角β，即可完成叶片的初步设计，但要是想对叶片进一步优化，还需对翼型、叶根、叶尖风进行气动优化设计和工艺优化设计，在本次设计报告中，只对叶片作了初步设计。
如下： （1）求ψ利用公式3arctan 31πλ+=ψ（2）求轴向干扰因子k 利用公式ψ+=cos 12λk（3）求切向干扰因子h 利用公式λ2211k h -+=(4）求入流角φ利用公式)11cot(k harc ++=λφ（5）求叶素桨距角βαφβ-=（6）计算叶片弦长C)1(cos )1(8+-=h BC h r C l φπ叶片气动特性通过excel 计算，得到叶片各个截面气动特性参数，如表3：表3 叶片气动特性参数位置(%) 半径r(m) 叶尖速比λψk h φβC(修正)5 2.6 0.375 1.167 0.420 2.619 0.808 0.716 7.11610 5.2 0.75 1.262 0.380 1.588 0.618 0.527 8.52215 7.8 1.125 1.329 0.361 1.299 0.484 0.393 7.94720 10.4 1.5 1.375 0.351 1.179 0.392 0.300 6.98525 13 1.875 1.407 0.346 1.118 0.327 0.235 6.08630 15.6 2.25 1.431 0.342 1.084 0.279 0.187 5.33535 18.2 2.625 1.449 0.340 1.062 0.243 0.151 4.72140 20.8 3 1.464 0.339 1.048 0.215 0.123 4.22145 23.4 3.375 1.475 0.337 1.038 0.192 0.100 3.80950 26 3.75 1.484 0.337 1.031 0.174 0.082 3.46655 28.6 4.125 1.492 0.336 1.026 0.159 0.067 3.17760 31.2 4.5 1.498 0.336 1.022 0.146 0.054 2.93065 33.8 4.875 1.503 0.335 1.019 0.135 0.043 2.71870 36.4 5.25 1.508 0.335 1.016 0.125 0.034 2.53475 39 5.625 1.512 0.335 1.014 0.117 0.026 2.37380 41.6 6 1.516 0.335 1.012 0.110 0.018 2.23085 44.2 6.375 1.519 0.335 1.011 0.104 0.012 2.10490 46.8 6.75 1.522 0.334 1.010 0.098 0.006 1.99195 49.4 7.125 1.524 0.334 1.009 0.093 0.001 1.889100 52 7.5 1.527 0.334 1.008 0.088 -0.003 1.7975.叶片根部载荷计算与材料选择叶片根部处理方式：距叶根0 ~ 5m处制作成直径为3m的圆柱结构处理，且根部采用金属法兰连接。
见图 6图6 金属法兰连接表4 增强材料力学性能根据表4 材料选择为T700碳纤维，抗拉强度为4.9Gpa∴ 取[]pa pa 991047.1109.43.0⨯=⨯⨯=σ ∴ m M r T d m 07.1)96.01(1047.13018600)912.34663860(32)1()(32349223422min =-⋅⋅⨯+⨯⋅=-⋅⋅+⋅⋅=παπσ取min 1555.311.72121d m c d ≥=⨯== 所以风轮根部直径选择3.6m三. 确定主要部件1．发电机发电机类型：双馈异步变速恒频发电机； 额定功率：3.5MW ； 额定转速：1500r/min ；发电机极对数为2，发电机主轴转矩T 发电机主轴为：m N n P T r ⋅⨯=⨯⨯⨯==43210443.295.096.01500350095509550ηη发电机主轴选择刚轴推荐最大扭剪应力：MPa f s 55=则发电机的主轴直径D 发电机为：m f T D s1313.0105.510443.222237432=⨯⨯⨯⨯⨯==ππ发电机主轴发电机 取发电机主轴直径D 为0.15m. 2．变流器变流器功率通常为风力发电机组的1/2~1/3，为保证机组可靠性，通常为额定功率的1/2,所以变流器功率为1500kW 。