水平轴风力发电机组工作原理及结构
风力发电理论及整机基础知识
单s m/s rpm rpm
SL1500/70 1500 3 25 12 70.4
65/70/80 8.5 59.5
11.5-21.2 20.1
IEC Ⅱ /抗台风型
SL1500/61 1500 约3.5 25 14 60.9 65 10.13 80 11-22 20.1
SL1500风力发电机组 整机基础知识
1
课程内容
整机机械传动 叶轮 齿轮箱 联轴器制动器 偏航系统 塔筒
2
机器的组成？
辅助系统，例如润滑、显示、照明等
原动机部分
传动部分
执行部分
控制系统
3
第一篇 整机机械传动
4
一.风力发电理论原理
风能
机械 能
变压器升压 后输送至电
网
电能
叶轮吸收风能 发电机将机械 转化为机械能 能转化为电能
——要采用硬齿面斜齿轮传动。
远程监控配置：
• 高空、无人值守 ——必须有远程监控配置，如设置转速、油温等传感器。
42
三.SL1500风电机组齿轮箱结构
43
行星机构
行星机构的几种应用方式
行星减速机构
44
45
SL1500系列风电机组的齿轮箱参数
型号 主要结构
SL1500/61
SL1500/70 SL1500/77 二级行星，一级平行轴
30
叶片技术发展——材料
木制叶片及布蒙皮叶片 钢梁玻璃纤维蒙皮叶片 铝合金等弦长挤压成型叶片
玻璃钢复合叶片 碳纤维复合叶片
31
叶片技术发展——尺寸
32
叶片技术发展——数量
外形美观性 轮毂所受力和力矩 空气动力平衡性 噪声 振动 价格
风力发电简介介绍
04
风力发电的挑战与前景
风力发源，逐渐在全球范围内受 到关注。然而，风力发电也面临着一些挑战，同时也有着广 阔的前景。
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风力发电的原理
风力发电的原理可以概括为以下几个 步骤
2. 机械能转换：风轮的旋转通过传动 装置连接到发电机上，将风轮的机械 能传递给发电机。
1. 风能捕获：风力发电机的风轮叶片 受到风力的作用，开始旋转。叶片的 特殊设计使得风能能够有效地推动风 轮旋转。
3. 电能生成：发电机内部通过磁场和 导线的相对运动产生电流，即电能。 这个电能经过变压器升压，然后输送 到电网中供给用户使用。
风力发电的优势
01
02
03
04
05
风力发电具有许多优势 ，包括
1. 可再生能源：风能是 一种无穷尽的可再生能 源，与化石燃料相比， 风力发电不会释放温室 气体，对环境友好。
2. 能源安全：通过多样 化能源供应，减少对传 统能源的依赖，提高能 源安全性。
3. 创造就业机会：风力 发电项目的建设和运营 为当地经济创造大量就 业机会，促进经济发展 。
风力发电简介介绍
汇报人： 2023-11-20
目 录
• 风力发电概述 • 风力发电机组的构成与运行 • 风力发电技术发展趋势 • 风力发电的挑战与前景
01
风力发电概述
风力发电的定义
• 风力发电，又称风电，是通过风力发电机将风能转换成电能的 过程。风能是一种清洁、可再生的能源，具有巨大的开发潜力 。
垂直轴风力发电机组：叶片和轴心垂直布置，适 用于城市和小型风电场，具有较低的噪音和较好 的景观效果。
这些类型的风力发电机组在风能利用、机组性能 、适用环境等方面各具特点，根据实际需求选择 合适的风力发电机组是实现风能高效利用的关键 。
风力发电机组基础理论
西方国家意识到对化石能源的依赖性太强，各国政府开始重视其他替代能 源特别是可再生能源（环保压力）。
1、风力发电机组的入门知识
1.2 风机的发展历程
蓬勃发展
能源危机后， 美国、丹麦、 瑞典、德国 下大决心开 发风能。
1、风力发电机组的入门知识
1.2 风机的发展历程
1、风力发电机组的入门知识
1.2 风机的发展历程
风车
辗磨谷物、灌溉
？
风力发电机
发电
1、风力发电机组的入门知识
1.2 风机的发展历程 第一次尝试
丹麦：1891年，Poul La Cour。
一战导致的石油价格的上涨， 推动了风机技术的迅速发展， 到1918年共有120台风力发电机 投入运行（功率10～35kW、风 轮直径最大达20m）。
1.3 风机的类型 3）变桨定速型（主动失速）
停机时刀尖朝前。
1、风力发电机组的入门知识
1.4 风力机的发展趋势 越来越庞大
但并不是越大越好，还要考虑当地风况和机组成本等因素
1、风力发电机组的入门知识
1.4 风力机的发展趋势 陆上——海上
要用较高的塔架以获取更好的风况 一般不大于3MW
风况较好，一般适用于3MW以上 风机，以节约基础成本
6
1、风力发电机组的入门知识
1.2 风机的发展历程
它是利用风能旋转的、最简单的捕风装置
1、风力发电机组的入门知识
1.2 风机的发展历程
1）历史记载的最早的风车出现在公元644年，在现在 的阿富汗一带，为垂直轴，用于辗磨谷物。
1、风力发电机组的入门知识
1.2 风机的发展历程
2）中国也很早开始利用风能，主要使用垂直轴风车。
垂直水平轴的工作原理是
垂直水平轴的工作原理是
垂直和水平轴是指在机械工程中常用的两种旋转轴线。
它们的工作原理如下：
1. 垂直轴原理：垂直轴是指沿着垂直方向旋转的轴线。
一个典型的垂直轴机械就是风力发电机。
它的工作原理是当风力使叶片旋转时，旋转的动能转化为机械能，通过传动系统将机械能转化为电能。
另一个例子是垂直轴泵，当转子旋转时，水被吸入并通过轴向排出。
2. 水平轴原理：水平轴是指沿着水平方向旋转的轴线。
水平轴通常用于驱动设备，如发动机、电动机等。
当驱动设备工作时，通过引擎或电动机的旋转，转动轴线从而驱动相关的机械部件工作。
例如，汽车的发动机通过转动曲轴驱动活塞，从而推动汽车前进。
同样，电机转子通过转动轴线驱动传动装置，使其他机械部件工作。
水平轴风力发电机组原理结构共36页文档
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
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水平轴风力发电机组原理结构
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
水平轴风力发电机设计
目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)1 绪论 (1)1.1风能资源的概述 (1)1.2风能资源的利用 (1)1.3风能资源利用的原理 (1)1.4风力发电的输出 (3)1.5风力发电机的种类 (3)1.5.1水平轴风力发电机 (3)1.5.2垂直轴风力发电机 (4)2 水平轴发电机的基本功能构成及工作原理 (5)2.1水平轴风力发电机的结构简介 (5)2.2水平轴发电机关键部件详细介绍认知 (6)2.2.1风轮叶片介绍 (6)2.2.2发电机 (6)2.2.3调速机构 (8)2.2.4调向机构 (9)2.2.5手刹车机构 (9)2.2.6塔架 (10)3 小型风力发电机叶轮和发电机装置的选择确定 (11)3.1设计风速的确定 (11)3.2风轮外形的计算 (12)3.2.1风能利用系数Cp (12)3.2.2风轮的扫掠面积确定 (12)3.2.3风轮直径的确定 (13)3.2.4回转体水平轴向力的计算 (14)3.2.5发电机的选择确定 (14)4 水平轴风力发电机回转体的设计与计算 (16)4.1回转体结构设定 (16)4.2轴承的计算与选用 (16)4.2.1轴承的功能与作用 (16)4.2.2轴承的查表选用 (16)5 塔架 (22)5.1塔架高度的确定 (22)5.2塔架材料的确定 (22)5.3整体建模效果图 (23)总结 (24)参考文献 (25)致谢 (26)摘要风能是清洁绿色的动力，风力能源目前相对于我国来说还是相当充裕的。
风力发电就是获取风能最主要的一种方法。
风力发电的根本工作原理，是通过风力使其叶片转动，然后经过增速机把风轮转动的速度提高到一定的值，继而使发电机正常工作然后发电。
现在风力发电技术已经达到了一定的地步，基本风速达到3m/s的速度后，发电机就可以开使正常工作继而发电。
该课题是设计一台小型水平轴风力发电机，它的基本组成部件主要有以下五种①叶片②发电机③回转体④塔架⑤控制系统等。
风力发电机组的结构及组成
4 玻璃钢叶片的优点
可充分根据叶片的受力特点设计强度和刚度 容易成型，易于达到最大气动效果的翼型 优良的动力性能和较长的使用寿命 维修简便，以节省大量人力物力 耐腐蚀性和耐气候性好 易于修补
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3.2.2 轮毂
轮毂是将叶片和叶片组固定到转轴上的装置。它 将风轮的力和力矩传递到主传动机构中
• 轮毂是用铸钢或钢板焊接而成。铸钢在加工前 要对其进行探伤，绝不允许有夹渣，缩孔，砂 眼，裂纹等缺陷。焊接的轮毂，其焊缝必须经 过超声波检查，并按浆叶可能承受的最大离心 力载荷确定钢板的厚度。此外，还要考虑交变 应力引起的焊缝疲劳
叶片的主要材料特性
纤维增强复合材料 玻璃纤维复合材料 碳纤维复合材料 玻璃钢复合材料
3 玻璃钢叶片
用于叶片制造的材料一般有木材、金属，如 钢和铝，以及玻璃钢。由于叶片的木材一般要选 用优质木材，如桦木、核桃木等，材料来源困难、 取材率低、造价高、维修不便。钢金属材料制造， 又存在加工复杂、工艺装备多、生产周期长、产 品不耐腐蚀等一系列问题。因此，目前在国内已 很少选用木材或金属制造叶片，大多数采用玻璃 钢。
轮箱；7－刹车机构；8－联轴器；9－发电机；10－散热器；11－冷却风扇 ；12－风速仪和风向标；13－控制系统；14－液压系统；15－偏航驱动； 16－偏航轴承；17－机舱盖；18－塔架；19、变桨距部分
3.2.1 风轮及其组成
叶片
风轮 轮毂
风轮 轴
风轮的组成图
风轮是风力机最重要的部件，它是风力机区别 于其它动力机的主要标志。风轮的作用是捕捉和 吸收风能。并将风能转变成机械能。再由风轮轴 将能量送给传动装置以水平轴升力型风力机的风 轮为例(下图)来说明风轮功率的计算。
第三讲 风力发电机组的结构及组成
风力发电机组的结构及组成
3.1 风力发电机组概述
风力发电机组是将 风能转化为电能的
装置
按其容量划分
按其主轴与地面 的相对位置
小型（10KW以下)
中型（10~100KW)
大型（100KW以上）
）
水平轴风力发电机组 （主轴与地面平行）
垂直轴风力发电机组 （主轴与地面垂直）
小型及大型风力发电机组
水平轴及垂直轴风力发电机组
3.2 水平轴风力发电机组的结构
径向
力
受力
力
形式
弯矩
转矩
风机每经历一次起动和停机，主轴所受的各种 力，都将经历一次循环
因此会产生循环疲劳
主轴有较高的综合机械性
3.3 齿轮箱
齿轮箱是风力发电机组关键零部件之一。由于 风力机工作在低转速下，而发电机工作在高转速下， 为了实现风力机和发电机的匹配，采用增速齿轮箱。
齿轮箱的分类
按传统类型 按传动的级数
塔架的功能是支撑位于空中的风力发电系统塔架与基础相连接承受风力发电系统运行引起的各种载荷同时传递这些载荷到基础使整个风力发电机组能稳定可靠地运行
第三讲 风力发电机组的结构及组成
3.1 风力发电机组概述 3.2 水平轴风力发电机组结构组成 3.3 齿轮箱 3.4 调速装置 3.5 发电机 3.6 塔架 3.7 控制系统及附属部件
3.2.1.1 叶片及叶片材料
叶片是风力机的关键部件，其良好的设计、可靠的质 量和优越的性能是保证机组正常稳定运行的决定因素
叶片材料经历了木制叶片
布蒙皮叶片 钢梁玻璃纤维蒙皮叶片
铝合金叶片 复合材料叶片 新型复合材料叶片。
3.2.1.1 叶片发展趋势
风力机风轮叶片向大功率、长叶片方向发展
风力机风轮叶片不断的更新设计，以有好的气动性能
风力发电机的工作原理及风能利用率提升
风力发电机的工作原理及风能利用率提升风力发电机是一种利用风能转化为电能的装置。
它借助风的力量带动发电机发电，从而实现可再生能源的利用。
本文将介绍风力发电机的工作原理以及提升风能利用率的方法。
一、风力发电机的工作原理风力发电机的工作原理基于风能转化为机械能的过程，再由机械能转化为电能。
下面是风力发电机的工作步骤：1. 风力捕捉：风力发电机通过装置（如桨叶）捕捉到自然风力的能量。
风力对桨叶施加压力，使得桨叶开始旋转。
2. 风能转化：旋转的桨叶带动轴件转动，将风能转化为机械能。
这个过程类似于风车的原理。
3. 发电机工作：旋转的轴件带动发电机内部的转子旋转。
转子内的导线被磁场感应，产生交变电流。
4. 电能输出：产生的交变电流通过变压器进行增压，并通过电缆输送出来。
最终，电能储存在电网中供人们使用。
这就是风力发电机的基本工作原理。
但要提高风能的利用效率，我们还需要思考优化设计和运行调整。
二、提升风能利用率的方法1. 选择优良的发电机类型：风力发电机的类型有多种，如水平轴风力发电机、垂直轴风力发电机等。
根据实际条件和需求，选择适合的类型，以提高整体效率。
2. 合理设计桨叶：桨叶是捕捉风能的重要部分。
通过改变桨叶的形状、数量和尺寸等参数，可以提高风机的转换效率。
优化的桨叶设计能更好地适应不同风速和风向情况，提高发电效率。
3. 定位风能资源：风能资源的分布不均匀，某些地区的风能更加丰富。
因此，在选择风力发电机的建设地点时，应充分考虑风能资源的分布情况，选择最佳的地点以提高风能利用率。
4. 多风力发电机并联：将多个风力发电机并联连接在一起，可以增加总的发电量。
在发电机组并联时，要合理设计每个风力发电机的布局和间距，避免互相遮挡、干扰，提高风能的利用。
5. 智能化控制系统：应用先进的智能化控制系统，能够根据实时监测的风速、风向等参数，进行风机转速的调整，以优化风能的利用。
通过智能化控制，可以使风力发电机在不同风速下保持最佳的工作状态，提高风能的利用率。
风力发电机组的结构简介
发电机组的自动启动、自动调向、自动调速、自 动并网、自动解列、运行中机组故障时的自动停 机、自动执行电缆解绕、过振动停机以及风速过 大时的自动停机等自动控制。 风电
场的各风电机组群之间可以实现联网管理、互相 通信，出现故障的风电机组会在微机总站的微机 终端和显示器上显示出来，可以进行程序的调出 和修改程序等操作，实现现场无人值守
叶片一直正对着风的方向，以充分利用风的能量， 在机舱转盘底座上安装了调向机构。由调向电机 和调向制动器来共同实现该功能。调向系统具有 自动解缆和扭缆保护装置。 风轮
的直径比较大，在运行时转速比较低。为匹配交 流发电机，满足发电机的转速要求，在低速的风 轮轴和高速的发电机轴之间安装有增速器，使传 递到发电机轴上的转速达到发电机的额
机组现场具有可靠的通信连接。 风力发电机的微机自动控制是将风向标、风速仪、 风轮的转速、发电机的电压、电流、频率等参数， 以及发电机温升、增速器温升、机舱和塔架的
振动、电缆的过缠绕、电网的电压、电流、频率 等传感器信号，通过A/D转换，输送给微机，微 机进行分析比较后，再按设定的程序发出各种执 行指令。从而实现风力发电机组的自
的方向转动一定的角度，来使叶片所接受的风能 减少，以维持风轮在额定的转速之内运行；当风 速减小时，微机发出的指令信号与前述相反，变 桨矩液压油缸动作，以减小叶片的安装
角，使叶片所接受的风能增加，维持风轮在额定 的转速范围内运转。 交流发电机的防护等级应能满足防盐雾、防沙尘 暴的要求。在湿度较大的地区，发电机内部还设 有加热装置，
由叶片带动垂直轴转动，再去带动发电机进行发 电。垂直轴风力发电机的增速器、联轴器、发电 机、制动器等都是安装在地面上的，整个机组的 安装、调试和维修均比水平轴风力发电
机要方便一些。但由于一些难以解决的技术问题， 垂直轴风力发电机的发展和应用受到了很大的限 制。下面主要介绍水平轴风力发电机的结构以及 工作过程。 大型水平轴风力发电
水平轴风力发电机组工作原理及结构41页PPT
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水平轴风力发电机组工作原理及结构
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
水平轴风力发电机设计
目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)1 绪论 (1)1.1风能资源的概述 (1)1.2风能资源的利用 (1)1.3风能资源利用的原理 (1)1.4风力发电的输出 (3)1.5风力发电机的种类 (3)1.5.1水平轴风力发电机 (3)1.5.2垂直轴风力发电机 (4)2 水平轴发电机的基本功能构成及工作原理 (5)2.1水平轴风力发电机的结构简介 (5)2.2水平轴发电机关键部件详细介绍认知 (6)2.2.1风轮叶片介绍 (6)2.2.2发电机 (6)2.2.3调速机构 (8)2.2.4调向机构 (9)2.2.5手刹车机构 (9)2.2.6塔架 (10)3 小型风力发电机叶轮和发电机装置的选择确定 (11)3.1设计风速的确定 (11)3.2风轮外形的计算 (12)3.2.1风能利用系数Cp (12)3.2.2风轮的扫掠面积确定 (12)3.2.3风轮直径的确定 (13)3.2.4回转体水平轴向力的计算 (14)3.2.5发电机的选择确定 (14)4 水平轴风力发电机回转体的设计与计算 (16)4.1回转体结构设定 (16)4.2轴承的计算与选用 (16)4.2.1轴承的功能与作用 (16)4.2.2轴承的查表选用 (16)5 塔架 (22)5.1塔架高度的确定 (22)5.2塔架材料的确定 (22)5.3整体建模效果图 (23)总结 (24)参考文献 (25)致谢 (26)摘要风能是清洁绿色的动力，风力能源目前相对于我国来说还是相当充裕的。
风力发电就是获取风能最主要的一种方法。
风力发电的根本工作原理，是通过风力使其叶片转动，然后经过增速机把风轮转动的速度提高到一定的值，继而使发电机正常工作然后发电。
现在风力发电技术已经达到了一定的地步，基本风速达到3m/s的速度后，发电机就可以开使正常工作继而发电。
该课题是设计一台小型水平轴风力发电机，它的基本组成部件主要有以下五种①叶片②发电机③回转体④塔架⑤控制系统等。
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1.定桨失速型
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1.定桨失速型
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1.定桨失速型
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2.变桨变速型
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2.变桨变速型
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3.主动失速型
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3.主动失速型
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二.风电机组分系统简介
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二.风电机组分系统简介
风轮系统：将风能转变为机械能。
传动链：将叶轮的转速提升到发电机的所需转速。
发电机：将叶轮获得的机械能再转变为电能。
偏航系统：使叶轮可靠地迎风转动并解缆。
塔架：将风轮置于一定高度以获取风能。
控制系统：使风力机在各种自然条件与工况下正常运行
的保障机制，包括调速、调向和安全。
地基：支撑整个机组。
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二.风电机组分系统简介
3
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推力系数
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T CT 1 AV 2
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7.叶片气动外形设计简介
气动设计过程
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7.叶片气动外形设计简介
设计理论：
动量理论
涡流理论
叶素理论
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7.叶片气动外形设计简介
叶片扭角
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7.叶片气动外形设计简介－扭角
叶片扭角分布
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7.叶片气动外形设计简介－弦长
叶片弦长分布a
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二.风电机组基本类型
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风轮系统
MY1.5s风力发电机组吊装
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风轮系统
ENERCON E-112叶 片
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ENERCON E-
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传动链
REPOWER
5M
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发电机
CLIPPER LIBERTY 2.5MW
ENERCON E-112
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偏航系统
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塔架
a
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塔架
桁架式塔架
混凝土塔架a
钢制锥筒式塔架 35
60
1.157 1.02 -0.251
120 -0.511 1.06 -0.325
180 -0.022 0.012
0
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4.作用在叶片上的力
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4.作用在叶片上的力
气流方向:是指的风速与旋转速度的合速度的方向。
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5.作用在整机上的气动力
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6.机组功率系数和推力系数
功率系数
CP
1
P AV
3
飞机是怎么抵抗地心引力的？
1.翼型
美国NACA系列：NACA44系列、NACA63系 列
美国NREL系列、丹麦RISO-A系列、
瑞典FFA-W系列和荷兰DUa 系列。
5பைடு நூலகம்
2.攻角αA
攻角:气流方向与翼弦之间的夹角。 升力的产生——压差产生的，用伯努利方程体现。 压力面（PS）与吸力面（SS）
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机舱罩
a
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地基
板式地基
基桩 式 地
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地基
a
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谢谢！
水平轴风力发电机组 工作原理及结构
2009.10.19
概要
一.风电机组空气动力学简述 二.风电机组基本类型 三.风电机组分系统简介
a
2
一.风电机组空气动力学简述
1.翼型
2.攻角
3.翼型气动特性参数
4.作用在叶片上的气动力
5.作用在机组上的气动力
6.机组功率系数和推力系数
7.叶片气动外形设计简介
a
6
3.翼型气动特性参数
升力系数
L
Cl
1 2
V 2c
阻力系数
Cd
1 2
D V 2c
力矩系数
M
Cm
1 2
V3c
a
7
3.翼型气动特性参数
α
cl
cd
cm
-180 -0.022 0.012
0
-120 0.539 1.06 0.325
-60 -0.838 1.06 0.315
0
0.453 0.006 -0.109