风力机设计
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最优攻角α=5.25 Clmax=1.4429 Cdmax=0.1103
最优攻角α=6.5 Clmax=1.4052 Cdmax=0.10182
各翼型的拟合曲线
NACA63-412 NACA63-415 NACA63-418
控制方式
此次设计由于是大型风力机，所以采用 变速变桨的控制方式，其原理是当风速小于 额定风速时通过调整风轮转速来选用最优叶 尖速比，进而使CP达到最优，从而使输出 功率达到额定功率，当风速大于额定风速时 通过转动整个或部分叶片安装角，减小攻角 从而减小升力系数，以达到控制功率输出的 目的。
设计总结
1.本次设计对风力机气动外形进行了设计，并 且使其满足在额定风速下达到额定功率2MW， 风能利用系数不低于0.48的要求。 2.本次设计对塔架、主轴、偏航系统、变桨系 统、风轮等系统按要求进行了系统设计，并画 出了相应部件图和装配图。
师！
谢谢评委老
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空气密度 风轮直径 叶尖速比 计算马赫数 风轮转速 等分叶片计算过渡段 各截面周速比
NACA63---412 NACA63---415 NACA63---418 确定控制方式 编写流程图 进行编程迭代 输出结果
设计方法
本次设计采用的是动量—叶素理论与 扩展的Glauert 漩涡方法相结合，既考虑 到了轴向和周向诱导，也考虑到了叶尖和 叶根损失，并对其进行了修正，扩展的 Glauert 漩涡方法利用数值法得到轴向和 周向诱导因子，并充分考虑了叶片各个部 位的能量损失情况，从而可以设计出气动 性能更好的叶片，使气动与结构因素都得 到优化。
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主轴
风力发电机组主轴连接风轮和齿轮箱，是风力发 电机组中重要部件，主轴结构安全性和合理性将影 响整机性能，以下是对于主轴的设计。 1.轴的载荷计算: 低速轴轴径Dl=415mm 高速轴轴径DH=110mm 2.轴的强度校核：扭转角ψ <[ψ ] 3.主轴轴承：双列圆锥滚子轴承 4.联轴器： 低速轴与与齿轮箱连接择凸缘联轴器 高速轴与与发电机连接选择弹性联轴器 5.增速齿轮箱：选用行星齿轮箱 6.发电机:选用额定转速为750r/min双馈异步发电机
塔筒设计数据
1.塔筒高100m 2.塔架结构 下段：10%H=10m 中下段：25%H=25m 中上段：25%H=25m 上段：40%H=40m 3.强度计算：塔筒的根部强度分析是确定塔架整体 结构的基础设计 依据。 4.法兰设计 底部法兰:内径Φ4m 螺栓中心线内径Φ4.1m 螺栓选取120XM36 法兰三:内径Φ3.699m 螺栓中心线内径Φ3.799m 外径Φ=3.899m 螺栓选取100XM36 法兰二:内径Φ3.525m 螺栓中心线内径Φ3.585m 外径Φ=3.645m 螺栓选取90XM36 法兰一:内径Φ3.272m 螺栓中心线内径Φ3.332m 外径Φ=3.392m 螺栓选取80XM36 顶部法兰：内径Φ2.895m 螺栓中心线内径Φ2.955m 外径Φ=3.015m 螺栓选取56XM36 5.塔筒壁厚：设计塔筒最厚处为40mm，向塔顶依次减少至20mm 塔顶一段钢板厚30mm
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偏航系统
主要功能是跟踪风向，偏航由四个带电磁制动的电机驱动 齿轮机构完成动作，及时纠正对风误差。偏航过程中，电机电 磁制动配合偏航制动器制动，迅速定位，使偏航动作准确对风， 偏航动作平稳，减小冲击，提高了可靠性。
1.轴承选择：偏航变桨轴承须 承受很大的倾覆力矩，对滚 道的处理、游隙的控制有较 高的要求，因此选取“零游 隙”双排四点接触球式。 2.制动器：液压钳盘式制动器
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1.空气密度ρ=1.038kg/m³ 2风轮直径D=104m 3.叶尖速比λγ=8 4.马赫数Ma=0.2 5.风轮转速n=14.7r/min 6.轮毂半径r=2m 过渡段r0=7.8m 等风叶片 等分为21段 每段长2.2m
7.各截面周速比
λ1=0.851 λ2=1.091 λ3=1.331 λ4=1.571 λ4=1.571 λ5=1.81 λ6=2.05 λ7=2.29 λ8=2.53 λ15=4.21 λ9= 2.77 λ16=2.53 λ10=3.01 λ17= 4.69 λ11=3.25 λ12=3.49 λ18=4.93 λ13=3.73 λ14=3.97 λ21=5.671
2MW-10型 两叶片水平轴风力机设计
wenku.baidu.com
姓 名：刘 会 班 级：13新能源2班 学 号：1319730135 指导老师：李银然
1 2 3 4 5
设计参数 气动设计 性能曲线 主要零部件机构设计 设计总结
额定功率2MW 额定风速10m/s 切入风速3.5m/s 切出风速25m/s 极限风速60m/s 风场大气压 85.8kpa 平均气温15℃ 叶片数2 风轮直径104m
流程图如下
程序迭代
程序输出结果如下
性能曲线图如下
气动外形图
塔筒高度、结构、基础、 法兰设计、塔筒壁厚、
轴的载荷计算、轴的扭矩强度校 核、轴承选择、联轴器设计选择
偏航轴承选择、制动器
塔筒
塔架是风力发电机组主要承载结构， 要承受机舱的重量、风轮作用以及风作 用在塔筒上的弯矩、剪力、转矩等的作 用，还要承受风轮引起的振动载荷。本 次设计塔筒的结构采用锥筒式。塔架包 括塔筒和塔门等。本次设计选择锥形钢 制管状塔架，锥形塔架通常由一系列成 对的金属板卷成两个竖直焊缝连接的半 锥台制造。锥台高度由于设备能力的有 限一般为2-3m，在此次设计中锥台高 度选择2.5m。
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λ19=5.17 λ20=5.41
翼型选择
翼型选择要考虑升阻比高，时速平缓，压力中心随迎角 变化小，相对厚度满足结构设计和受力要求，工艺性好，此 次设计选择的NACA翼型是最具有代表性的低速航空翼型， 特点是使翼型上的最低压力点后移，以增加层流附面层的长 度，降低翼型的摩擦阻力。
最优攻角α=4.25 Clmax=1.3192 Cdmax=0.11779
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最优攻角α=5.25 Clmax=1.4429 Cdmax=0.1103
最优攻角α=6.5 Clmax=1.4052 Cdmax=0.10182
各翼型的拟合曲线
NACA63-412 NACA63-415 NACA63-418
控制方式
此次设计由于是大型风力机，所以采用 变速变桨的控制方式，其原理是当风速小于 额定风速时通过调整风轮转速来选用最优叶 尖速比，进而使CP达到最优，从而使输出 功率达到额定功率，当风速大于额定风速时 通过转动整个或部分叶片安装角，减小攻角 从而减小升力系数，以达到控制功率输出的 目的。
设计总结
1.本次设计对风力机气动外形进行了设计，并 且使其满足在额定风速下达到额定功率2MW， 风能利用系数不低于0.48的要求。 2.本次设计对塔架、主轴、偏航系统、变桨系 统、风轮等系统按要求进行了系统设计，并画 出了相应部件图和装配图。
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空气密度 风轮直径 叶尖速比 计算马赫数 风轮转速 等分叶片计算过渡段 各截面周速比
NACA63---412 NACA63---415 NACA63---418 确定控制方式 编写流程图 进行编程迭代 输出结果
设计方法
本次设计采用的是动量—叶素理论与 扩展的Glauert 漩涡方法相结合，既考虑 到了轴向和周向诱导，也考虑到了叶尖和 叶根损失，并对其进行了修正，扩展的 Glauert 漩涡方法利用数值法得到轴向和 周向诱导因子，并充分考虑了叶片各个部 位的能量损失情况，从而可以设计出气动 性能更好的叶片，使气动与结构因素都得 到优化。
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主轴
风力发电机组主轴连接风轮和齿轮箱，是风力发 电机组中重要部件，主轴结构安全性和合理性将影 响整机性能，以下是对于主轴的设计。 1.轴的载荷计算: 低速轴轴径Dl=415mm 高速轴轴径DH=110mm 2.轴的强度校核：扭转角ψ <[ψ ] 3.主轴轴承：双列圆锥滚子轴承 4.联轴器： 低速轴与与齿轮箱连接择凸缘联轴器 高速轴与与发电机连接选择弹性联轴器 5.增速齿轮箱：选用行星齿轮箱 6.发电机:选用额定转速为750r/min双馈异步发电机
塔筒设计数据
1.塔筒高100m 2.塔架结构 下段：10%H=10m 中下段：25%H=25m 中上段：25%H=25m 上段：40%H=40m 3.强度计算：塔筒的根部强度分析是确定塔架整体 结构的基础设计 依据。 4.法兰设计 底部法兰:内径Φ4m 螺栓中心线内径Φ4.1m 螺栓选取120XM36 法兰三:内径Φ3.699m 螺栓中心线内径Φ3.799m 外径Φ=3.899m 螺栓选取100XM36 法兰二:内径Φ3.525m 螺栓中心线内径Φ3.585m 外径Φ=3.645m 螺栓选取90XM36 法兰一:内径Φ3.272m 螺栓中心线内径Φ3.332m 外径Φ=3.392m 螺栓选取80XM36 顶部法兰：内径Φ2.895m 螺栓中心线内径Φ2.955m 外径Φ=3.015m 螺栓选取56XM36 5.塔筒壁厚：设计塔筒最厚处为40mm，向塔顶依次减少至20mm 塔顶一段钢板厚30mm
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偏航系统
主要功能是跟踪风向，偏航由四个带电磁制动的电机驱动 齿轮机构完成动作，及时纠正对风误差。偏航过程中，电机电 磁制动配合偏航制动器制动，迅速定位，使偏航动作准确对风， 偏航动作平稳，减小冲击，提高了可靠性。
1.轴承选择：偏航变桨轴承须 承受很大的倾覆力矩，对滚 道的处理、游隙的控制有较 高的要求，因此选取“零游 隙”双排四点接触球式。 2.制动器：液压钳盘式制动器
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1.空气密度ρ=1.038kg/m³ 2风轮直径D=104m 3.叶尖速比λγ=8 4.马赫数Ma=0.2 5.风轮转速n=14.7r/min 6.轮毂半径r=2m 过渡段r0=7.8m 等风叶片 等分为21段 每段长2.2m
7.各截面周速比
λ1=0.851 λ2=1.091 λ3=1.331 λ4=1.571 λ4=1.571 λ5=1.81 λ6=2.05 λ7=2.29 λ8=2.53 λ15=4.21 λ9= 2.77 λ16=2.53 λ10=3.01 λ17= 4.69 λ11=3.25 λ12=3.49 λ18=4.93 λ13=3.73 λ14=3.97 λ21=5.671
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额定功率2MW 额定风速10m/s 切入风速3.5m/s 切出风速25m/s 极限风速60m/s 风场大气压 85.8kpa 平均气温15℃ 叶片数2 风轮直径104m
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性能曲线图如下
气动外形图
塔筒高度、结构、基础、 法兰设计、塔筒壁厚、
轴的载荷计算、轴的扭矩强度校 核、轴承选择、联轴器设计选择
偏航轴承选择、制动器
塔筒
塔架是风力发电机组主要承载结构， 要承受机舱的重量、风轮作用以及风作 用在塔筒上的弯矩、剪力、转矩等的作 用，还要承受风轮引起的振动载荷。本 次设计塔筒的结构采用锥筒式。塔架包 括塔筒和塔门等。本次设计选择锥形钢 制管状塔架，锥形塔架通常由一系列成 对的金属板卷成两个竖直焊缝连接的半 锥台制造。锥台高度由于设备能力的有 限一般为2-3m，在此次设计中锥台高 度选择2.5m。
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翼型选择
翼型选择要考虑升阻比高，时速平缓，压力中心随迎角 变化小，相对厚度满足结构设计和受力要求，工艺性好，此 次设计选择的NACA翼型是最具有代表性的低速航空翼型， 特点是使翼型上的最低压力点后移，以增加层流附面层的长 度，降低翼型的摩擦阻力。
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