水平轴风力发电机组工作原理及结构
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
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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
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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
风力发电机工作原理及原理图
风力发电机工作原理及原理图风力发电机作为可再生的能源发电方式之一，越来越受到人们关注。
那么，究竟是什么让风力发电机能够实现将风能转化为电能的呢？本文将从风力发电机的工作原理及原理图两个方面详细介绍。
一、风力发电机的工作原理风力发电机是通过利用风力来驱动发电机发电的一种装置，而风能的来源来自于地球大气层内的动能转化而成。
在风力发电机中，风床被放置在离地面一定高度的位置上，风经过风床的转动，带动转子转动。
转子旋转时，产生的旋转力矩由主轴转换成电能输出。
风力发电机可以分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。
水平轴风力发电机有三个主要部分，分别是旋转的叶片、驱动装置和电力生成部分。
垂直轴风力发电机则不同，主要是由旋转的罩和罩周边的腔室来驱动风车转动。
无论是水平轴风力发电机还是垂直轴风力发电机，其本质工作原理是一样的，都是利用风所产生的动能，通过风车将动能转化为旋转能来开启发电机发电。
而在转速控制方面，风力发电机可以使用一个倾斜机构来控制风车的转速，确保风车的速度不过快。
二、风力发电机的原理图风力发电机的原理图可以分为机械部分和电气部分两个部分。
1. 机械部分：机械部分主要由风力机组成，包括叶片、主轴、发电机和控制系统，如下图所示。
叶片：是风力机转动的动力组成部分。
通常由复合材料或金属制成，并且采用逐渐变细的形式来减小风叶的重量。
主轴：连接发电机和叶片的主体，旋转时由风叶驱动工作。
发电机：风力机的核心部件，通常使用同步发电机或异步发电机，将转动的机械能转换为电能输出。
控制系统：将风力机的运行状态进行实时监测，并对其进行保护和控制，保证稳定运行。
2. 电气部分：常见的风力机都是将电能输送至配电网上。
电气部分主要由功率变流器、连接器、保护设备、电缆、变压器和计量装置组成，如下图所示。
功率变流器：将直流的电能转换为交流的电能，输出到电网上。
连接器：连接风力机与变流器、变压器、电缆和并网。
保护设备：对风力机进行保护，防止断路和其他损坏。
水平轴风力发电机组工作原理及结构41页PPT
Thank you
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。
风力发电技术讲义PPT课件
03
风力发电机组与设备
风力发电机组的主要类型与特点
水平轴风力发电机组
利用水平轴将风能转化为机械旋 转动力，根据风向调节转子叶片 角度，具有较高的风能利用率。
垂直轴风力发电机组
利用垂直轴将风能转化为机械 旋转动力，无需调节转子叶片 角度，适用于低风速地区。
大型风力发电机组
适用于风能资源丰富的地区， 具有高发电量、低成本等优点 ，但建设和安装周期较长。
预防性检修
根据机组运行状态和历史数据，预测 潜在的故障，提前进行检修，避免故 障发生。
风力发电场的运营模式与产业链
01
02
03
运营模式
介绍风力发电场的运营模 式，包括独立运营、合作 运营、租赁运营等。
产业链
分析风力发电产业链的各 个环节，包括设备制造、 风电场建设、运营维护、 电力输送等。
商业模式
风力发电技术的未来发展趋势
技术创新
未来风力发电技术的发展将继续依赖于技术创新，包括新材料、新工艺、智能控制等方面的研究与应 用。这些技术将进一步提高风能利用率和发电效率。
海上风电
海上风电是未来风能发展的重要方向。随着海上风电技术的成熟和成本的降低，海上风电将成为全球 能源供应的重要来源之一。同时，海上风电的建设也将促进海洋工程、船舶制造等相关产业的发展。
风力发电与其他可再生能源的协同发 展有助于提高可再生能源的总体占比， 加速能源结构的转型和优化。
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THANKS
包括维护、管理、保险等方面 的费用。
投资回报期
评估风电场的投资回报期，判 断投资是否具有经济可行性。
05
风力发电的运行与维护
风力发电机组的运行管理
风力发电机组的启动与关闭
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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DU系列。
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）
3.翼型气动特性参数
推力系叶片气动外形设计简介
气动设计过程
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
7.叶片气动外形设计简介
叶片扭角
7.叶片气动外形设计简介－扭角
叶片扭角分布
7.叶片气动外形设计简介－弦长
叶片弦长分布
二.风电机组基本类型
按气动控制方式分类：
的保障机制，包括调速、调向和安全。
地基：支撑整个机组。
二.风电机组分系统简介
风轮系统
MY1.5s风力发电机组吊装
风轮系统
ENERCON E-112叶片
ENERCON E-70
传动链
REPOWER 5M
发电机
CLIPPER LIBERTY 2.5MW
ENERCON E-112
偏航系统
塔架
1.定桨失速型 2.变桨变速型
3.主动失速型
1.定桨失速型
1.定桨失速型
1.定桨失速型
2.变桨变速型
2.变桨变速型
3.主动失速型
3.主动失速型
二.风电机组分系统简介
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
1.06
1.06 0.006 1.02 1.06 0.012
0.325
0.315 -0.109 -0.251 -0.325 0
4.作用在叶片上的力
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。
5.作用在整机上的气动力
6.机组功率系数和推力系数
功率系数
CP P 1 AV 3 2
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
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
升力系数
Cl L 1 V 2c 2
阻力系数 Cd 1 V 2c
2
D
力矩系数
Cm
M 1 V3c 2
3.翼型气动特性参数
α -180 cl -0.022 cd 0.012 cm 0
-120
-60 0 60 120 180
0.539
-0.838 0.453 1.157 -0.511 -0.022
塔架
桁架式塔架
混凝土塔架
钢制锥筒式塔架
机舱罩
地基
桩 式 地 基 板式地基
地基
谢 谢 ！