水平轴风力机课程设计

沈阳航空航天大学

课程设计

说明书

题目水平轴风力机的设计

班级

学号

学生姓名

指导教师

沈阳航空航天大学课程设计

沈阳航空航天大学

课程设计任务书

课程名称风能利用技术

院（系）专业

班级学号

姓名

课程设计题目

课程设计时间: 年月日至年月日一、课程设计的目的及任务

1主要目的：

（1）以大型水平轴风力机为研究对象，掌握系统的总体技术参数计算方法；

（2）熟悉水平轴风力机的总体设计方法；

（3）掌握科研报告的撰写方法。

2主要任务：

（1）确定风力机的总体技术参数；

（2）计算关键零部件（叶片、风轮）载荷和技术参数；

（3）完成叶片设计任务；

（4）确定总体设计方案；

（5）撰写一份课程设计报告。

水平轴风力机的设计

二、课程设计的主要内容

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/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、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、风轮）；根据载荷和功率确定所选定机型主要部件的技术参数。以上内容建议用计算机编程实现，确定风力机的主要技术参数。

（3）最后提交有关的分析计算报告。

指导教师年月日

负责教师年月日

学生签字年月日

沈阳航空航天大学课程设计

沈阳航空航天大学

课程设计成绩评定单

课程名称风能利用技术

院/系能源与环境学院专业新能源科学与工程

课程设计题目水平轴风力机的设计

学号姓名答辩日期年月日指导教师（答辩组）评语：

课程设计成绩：

指导教师（答辩组）签字：

年月日

水平轴风力机的设计

目录

一、设计概述 (1)

1 我国发展风能的趋势及优势 (1)

2 风力机概述 (1)

2.1风力机类型 (1)

2.2风力机的结构和组成 (1)

3 大功率水平轴风力机发展的意义 (2)

4 国内外风力机技术的现状 (2)

4.1国内风力机技术现状 (2)

4.2国外风力机技术现状 (3)

5 风力机叶片设计的理论基础 (3)

5.1简化叶素理论设计方法 (3)

5.2 Glauert理论设计方法 (4)

二、设计内容 (5)

1风力机额定功率、寿命、相关速度参数及叶片数等的确定 (5)

1.1额定功率 (5)

1.2设计寿命 (5)

1.3切入风速、切出风速、额定风速 (5)

1.4叶片数 (5)

1.5各部分效率 (5)

2风力机几何参数的确定 (6)

2.1叶轮直径和扫掠面积 (6)

2.2叶轮扫掠面积 (6)

3 风力机叶尖速比、转速的确定 (6)

3.1叶尖速比的确定 (6)

3.2转速的确定 (7)

4 功率曲线，风能利用系数CP曲线，推力系数CT曲线 (7)

5功率控制方式，传动系统，制动系统的选择 (10)

5.1功率控制方式 (10)

5.2传动系统 (11)

5.3制动系统 (11)

6塔架高度 (11)

7设计标准及风力机等级 (12)

7.1设计标准 (12)

7.2风力机等级 (12)

8关键部件气动载荷计算 (12)

8.1利用Glauert理论设计 (14)

三、设计结果 (16)

四、相关图片及设计程序 (17)

沈阳航空航天大学课程设计

1 相关图片 (17)

2Glauert理论程序 (18)

五、结论 (20)

1设计命题的合理性 (20)

2设计的理论基础 (20)

3设计运用的工具 (20)

4设计中的不足与展望 (20)

参考文献 (22)

水平轴风力机的设计

一、设计概述

1 我国发展风能的趋势及优势

1973 年发生的石油危机，特别是世界范围内化石燃料能源的大量消耗产生一系列的环境问题，给人类生存环境造成的危害日趋明显，风力发电才逐渐被重视起来，尤其到90 年代，由于科学技术的进步，风力发电从新能源中脱颖而出，成为一种最具工业开发规模的新能源。风能是一种可再生能源，它资源丰富，是一种永久性的本地资源，可为人类提供长期稳定的能源供应；它安全、清洁，没有燃料燃烧所产生的危害，更不会在使用过程中污染环境。因此，世界各国都在加快风力发电技术的研究，以缓解越来越重的能源与环境压力。

中国具有丰富的风能资源，风电产业的发展具有良好的资源基础。据估计，内地及近海风资源可开发量约为10 亿千瓦，主要分布在东南沿海及附近岛屿、内蒙古、新疆和甘肃河西走廊，以及华北和青藏高原的部分地区。中国政府将风力发电作为改善能源结构、应对气候变化和能源安全问题主要能源替代技术之一，给予有力的扶持。确定了2010 年和2020 年风电装机容量分别达到1000 万千瓦和1 亿~1.2 亿千瓦的目标，制定了风电设备国产化相关政策，并辅以“风电特许权招标”等措施，推动技术创新、市场培育和产业化发展。

2 风力机概述

2.1风力机类型

目前用于风力发电的风力机按风轮结构和在气流中的位置主要分为两种：一种是水平轴风力机，一种是垂直轴风力机，两种风力机相比各有各的特点。

2.2风力机的结构和组成

风力发电机组主要由叶轮、传动系统、偏航系统、控制系统、发电机、机舱、塔架与基础组成。

叶轮是由叶片和轮毂组成，其功能是将风能转换为机械能。其中，叶片是