风电机组整体方案设计概述
风力发电机组方案设计
风力发电机组方案设计一、引言风力发电作为一种可再生能源，正逐渐受到越来越多的关注和重视。
风力发电机组是将风能转化为电能的装置，具有环保、可持续等优点，被广泛应用于各地的发电项目中。
本文将对风力发电机组的方案进行设计，以满足特定需求和要求。
二、风力资源评估在设计风力发电机组之前，需要首先进行风力资源评估。
该评估包括测定所选发电站点的年平均风速、风能密度以及风能资源的分布情况等。
通过风力资源评估可以确定风力发电机组的设计参数，如机组容量、风轮直径等。
三、风力发电机组结构设计1.风轮设计根据风力资源评估的结果，确定合适的风轮直径。
风轮是将风能转化为机械能的关键部件，其尺寸的大小直接影响到风力发电机组的发电能力。
同时，风轮的材料选择和设计要考虑到耐久性、可靠性以及生产成本等因素。
2.发电机设计发电机是将机械能转化为电能的核心设备。
根据风轮的设计参数和需求，选择合适的发电机类型和容量。
常见的发电机类型包括同步发电机和异步发电机，其选用和设计要根据具体需求和预算进行评估。
3.控制系统设计四、电网接入设计五、经济评估六、安全和环保考虑在风力发电机组方案设计的过程中，必须充分考虑安全和环保因素。
包括选用符合安全标准的设备和材料、设置安全保护装置、合理规划建设场地，以及满足环境保护的要求等。
确保风力发电机组的安全运行和对环境的友好性。
七、总结通过对风力发电机组方案的设计，可以满足特定的需求和要求。
风力发电作为一种可再生能源，具有广阔的应用前景。
随着技术的不断发展，风力发电机组的效率和可靠性不断提升，将为人类的可持续发展做出重要贡献。
风力发电机组设计方案
风力发电机组设计方案近年来，随着气候变化问题的日益严重和能源需求的增长，可再生能源逐渐受到人们的关注和重视。
作为一种清洁、可持续的能源形式，风能被广泛应用于电力生成领域。
本文将提出一种风力发电机组设计方案，以满足不同环境和能源需求的要求。
一、设计目标风力发电机组设计的目标是提高能量利用效率、降低成本、提高可靠性和可维护性。
通过优化设计方案，确保发电机组在不同风速条件下都能稳定运行，并尽可能减少对环境的影响。
二、设计要素1. 风轮设计风轮是风力发电机组的核心部件，其设计关乎能量转换的效率。
为了提高风轮的效率，可以采用复合材料制造，并根据实际风速情况选择合适的风轮直径和叶片数目。
同时，考虑到强风等恶劣气象条件下的运行稳定性，应加强风轮的结构强度和抗风能力。
2. 发电机选择发电机是将风能转化为电能的关键设备。
根据预期的发电功率和输出电压要求，选择适当的发电机类型。
常见的风力发电机组发电机类型有永磁发电机和感应式发电机，可以根据具体需求作出选择，并确保其效率高、体积小、重量轻。
3. 控制系统设计风力发电机组的控制系统对风轮转速和发电功率进行实时监测和调节。
通过合理设计控制算法，可以使发电机组在变化的风速条件下实现最佳运行状态，提高发电效率。
同时，设计控制系统要考虑到故障检测和保护功能，确保发电机组的安全运行。
4. 塔架与基础设计风力发电机组需要稳定地安装在塔架上，因此塔架设计要考虑结构强度和稳定性。
根据实际场地条件，选择适当的塔架高度和材料，以确保风力发电机组在强风等恶劣气象条件下仍能稳定运行。
同时，基础设计要进行地质勘察和承载力计算，确保塔架稳固地安装在地面或水下。
三、设计流程1. 需求分析在设计风力发电机组之前，需要了解用户的能源需求和环境条件。
根据需求分析，确定设计的发电容量和使用场所，以便选择合适的设备和参数。
2. 设计方案制定根据需求分析结果，制定合理的设计方案。
包括风轮设计、发电机选择、控制系统设计和塔架基础设计等。
风电工程工程总体策划方案
风电工程工程总体策划方案一、总体目标随着全球对可再生能源的需求不断增长，风电能源作为一种清洁、可再生的能源形式，受到了广泛关注。
本项目的总体目标是在现有的风能资源基础上，利用现代化技术和设备，建设一个可持续发展的风电工程，为当地提供可靠的清洁能源。
二、项目规划1. 选址风电工程的选址是项目规划的重要环节。
需要进行充分的勘探和分析，确定风电场的选址，以充分利用风资源，同时尽量减少对当地环境的影响。
2. 设备选择在风电工程的规划中，设备的选择是非常重要的。
需要充分考虑风机的类型、功率、数量和布局，以及与之配套的变流器、变压器等设备，在保证发电效率的同时，尽量减少对环境的影响。
3. 建设周期风电工程的建设周期需要合理安排。
需要充分考虑地形、气候条件等因素，尽量避免在恶劣天气条件下施工，以确保建设进度和质量。
4. 资金投入风电工程项目需要大量的资金投入。
需要充分评估项目的投资回报率，并制定合理的资金筹措计划，以确保项目的顺利进行。
5. 安全规划在风电工程的规划中，安全问题是至关重要的。
需要制定详细的安全规划和应急预案，以确保工程施工和运营过程中的安全。
三、项目建设1. 勘探和测量在项目建设之前，需要进行充分的勘探和测量，以确保选址的准确性，并对风电场的地质、地形等情况进行详细的调查分析，为后续的设计和施工提供可靠的数据支持。
2. 土地准备和平整项目建设需要对选址进行土地准备和平整工作。
需要进行土地整治和平整，以确保风机的安装和运行条件。
3. 设备安装在风电工程的建设中，设备安装是至关重要的环节。
需要对风机、变流器、变压器等设备进行准确的安装，确保设备的稳定性和安全性。
4. 施工管理在项目建设中，需要建立完善的施工管理体系，严格按照规定的建设标准和技术要求进行施工，确保工程的质量和安全。
5. 环保和节能在项目建设中，需要充分考虑环保和节能问题。
采用先进的环保设备和技术，加强对土地、水源和大气等环境的保护，同时减少能源消耗，提高能源利用效率。
风力发电机组总体设计9
第五章 风力发电机组总体设计5.1设计步骤 ......................................................................................... - 141 -5.2设计标准 ......................................................................................... - 142 -5.2.1风条件定义标准 .................................................................. - 143 -5.2.2 IEC 负载级别 ...................................................................... - 143 -5.2.3 局部安全因子 ..................................................................... - 144 -5.2.4极端负载状况 ...................................................................... - 144 -5.3 风力发电机组的几种结构形式 .................................................... - 147 -5.3.1 风轮轴方向的不同形式：水平轴或垂直轴 ..................... - 147 -5.3.2功率控制方式：失速、变桨距、气动表面控制或偏航控制 .... -147 -5.3.3风轮位置：塔架下风向或塔架上风向 .............................. - 148 -5.3.4偏航控制：驱动偏航、自由偏航或固定式偏航 .............. - 148 -5.3.5风轮速度：恒速或变速 ...................................................... - 148 -5.3.6设计尖速比和实度 .............................................................. - 148 -5.3.7轮毂类型：实体、摇摆、铰链叶片或万向型 .................. - 148 -5.3.8实度的选择，柔性叶片或硬性叶片 .................................. - 148 -5.3.9叶片数量 .............................................................................. - 149 -5.3.10塔架结构 ............................................................................ - 150 -5.3.11其它考虑因素 .................................................................... - 150 -5.4材料的选择 ..................................................................................... - 150 -5.4.1钢 .......................................................................................... - 150 -5.4.2复合材料 .............................................................................. - 151 -5.4.3铜 .......................................................................................... - 151 -5.4.4混凝土 .................................................................................. - 151 -5.5 风机性能曲线 ................................................................................ - 151 -5.5.1λ-P C 性能曲线 .................................................................. - 152 -5.5.2实度对性能曲线的影响 ...................................................... - 152 -5.5.3λ-Q C 性能曲线 .................................................................. - 153 -5.5.4λC性能曲线 .................................................................. - 154 --T5.6设计成本优化................................................................................. - 154 -5.6.1以风轮直径为设计参考值.................................................. - 155 -5.6.2以额定风速为设计参考值.................................................. - 156 -5.6.3各参数与风轮半径的比例变化关系.................................. - 158 -5.7风力发电机组优化设计................................................................. - 161 -5.7.1风轮转速优化设计.............................................................. - 161 -5.7.2叶片数量优化设计.............................................................. - 162 -5.7.3跷跷板摆动结构.................................................................. - 164 -5.7.4功率控制.............................................................................. - 165 -5.7.5刹车系统.............................................................................. - 169 -5.7.6变速运行方式...................................................................... - 169 -5.7.7发电机的选择...................................................................... - 171 -5.7.8传动链布局.......................................................................... - 171 -5.8人身安全设计考虑......................................................................... - 173 -第五章风力发电机组总体设计风力发电机组除了完成最基本的能量转换之外，还要考虑成本和竞争性。
风力发电机组总体设计
1．总体设计一、气动布局方案包括对各类构形、型式和气动布局方案的比较和选择、模型吹风，性能及其他气动特性的初步计算，确定整机和各部件（系统）主要参数，各部件相对位置等。
最后，绘制整机三面图，并提交有关的分析计算报告。
二、整机总体布置方案包括整机各部件、各系统、附件和设备等布置。
此时要求考虑布置得合理、协调、紧凑，保证正常工作和便于维护等要求，并考虑有效合理的重心位置。
最后绘制整机总体布置图，并编写有关报告和说明书。
三、整机总体结构方案包括对整机结构承力件的布置，传力路线的分析，主要承力构件的承力型式分析，设计分离面和对接型式的选择，和各种结构材料的选择等。
整机总体结构方案可结合总体布置一起进行，并在整机总体布置图上加以反映，也可绘制一些附加的图纸。
需要有相应的报告和技术说明。
四、各部件和系统的方案应包括对各部件和系统的要求、组成、原理分析、结构型式、参数及附件的选择等工作。
最后，应绘制有关部件的理论图和有关系统的原理图，并编写有关的报告和技术说明。
五、整机重量计算、重量分配和重心定位包括整机总重量的确定、各部分重量的确定、重心和惯量计算等工作。
最后应提交有关重量和重心等计算报告，并绘制重心定位图。
六、配套附件整机配套附件和备件等设备的选择和确定，新材料和新工艺的选择，对新研制的部件要确定技术要求和协作关系。
最后提交协作及采购清单等有关文件。
总体设计阶段将解决全局性的重大问题，必须精心和慎重地进行，要尽可能充分利用已有的经验，以求总体设计阶段中的重大决策建立在可靠的理论分析和试验基础上，避免以后出现不应有重大反复。
阶段的结果是应给出风力发电机组整机三面图，整机总体布置图，重心定位图，整机重量和重心计算报告，性能计算报告，初步的外负载计算报告，整机结构承力初步分析报告，各部件和系统的初步技术要求，部件理论图，系统原理图，新工艺、新材料等协作要求和采购清单等，以及其他有关经济性和使用性能等应有明确文件。
风电机组结构概述
(二)变速(变频)系统
对于目前几乎的所有变速型机组，无论是双馈型、半直驱型，还是直
驱型机组 ， 都毫不例外地使用了变频器 CFrequency Converter) .因此在现在
以及将来的一段时间内，变频器必将作为风力发电机组中发电机控制的关键设
备而长期存在。变频器，顾名思义就是对频率进行变换的器件 ， 它是机组中最 重要的电控设备之
24VDC 供电与信号电缆、通信电缆等。
而轮毅中的变桨电气柜一般为七柜式 : 三个轴柜，分别负责三个时片
的变桨电机的控制 ， 主要包含三个变桨电机和电磁刹车的驱动装置 ， 三个电池
柜，包含有三个时片在紧急情况下的顺桨供电电池 ， 一个变桨主控柜 ， 负责向
三个轴柜和三个电池柜供电 ， 并收集三个时片的相关信息。或者为四柜式将
(8) 刹车片厚度监测、刹车片温度检测 ，
小球 (Micon 600kW) 、振动摆锤 (G5X 850kW) 等 ，
( 0 ) 其它带辅助触点的
变送器 ，如超速监测棋块、振动监测棋块、过热保护模块 等。 4 、液压系统
液压系统是风力发电机组很重要的执行子 系统之一 ， 主控系统通过电
磁阀(包括 比例阀)以及压力传感器、压力继电器(压力开关)构成控制闭环 ，
机外转子(永磁体)相连接。
( 三 〉发电机
发电机是风力发电机组最重要的设备之一，是机电一体化的产物。从 机械角度看 ， 发电机的安装、对中、减震等都很重要。
(四〉液压系统
在风力发电机组中 ， 液压系统是机组重要的执行系统，从液压系统的
组成上来说， 它主要包括动力元刊 一二液压泵、执行元件一二液压缸和液压马 达、控制元件 各种控制阀 、 辅助元1'1 蓄能器和油箱等 :从液压的应用
第3章_风电机组总体设计
l
设计风速的选择原则
同样可分析额定风速vR与切出风速vF的关系。目前典型商业风电 机组的vF一般为20~25m/s，而vR在10~15m/s之间。显然，风电机组切 出风速vF高，可以更有效的利用风能，但同时会导致风电机组制造成 本的增加。比如，若取vF = 2.5vR，即(2.53=15.6)，则要求风电机组至 少能够在15倍vR风速所提供能量的范围正常发电，对结构强度和控制 系统等方面的设计要求会随之提高。因而，除非为了特定的目的取很 小的vR值时，一般情况下取vF < 2.5vR 。 对额定风速vR的分析中需要提及，出于扩大设备的生产规模和降 低制造成本的考虑，以往欧美国家的风电制造企业一般只选择两种额 定风速作为设计值：其一为vR =11m/s，主要针对平均风速小于6m/s的 风场的需求；另一个则取vR =13m/s或vR =14m/s，用于平均风速较高些 的风场。此种选择可以不考虑一般风场的额定风速设计，对大批量生 产当然很实用。但有鉴于目前风电场大型化的发展趋势，简单的估算 和选择风电机组额定风速可能对风电机组的发电量产生较大影响。
式中，PeR为额定电功率；vC为切入风速；vR为额定风速；vF为切出风 速。
Ø
设计风速与电功率的基本关系 式(3-3)中的指数k为威布尔分布f(v)的形状参数，相应的系数a和b 由下式给出：
l
风电机组平均功率及其分析
平均功率主要用于风电机组总发电量的评估。积分形式表达的平 均功率定义为 ∞ 3-6 P = P f (v)dv
n l
风电机组设计风速与功率 基本概念 如图3-1所示，在风功率PW的作用下，风轮低速轴产 生机械功率Pm，一般需要经传动链产生高速轴功率Pt，输 入发电机后产生电功率Pe。
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风力发电机组方案设计
风力发电机组方案设计风力发电机组是一种利用风能转化为电能的设备。
它由风轮、发电机、塔架和控制系统等部分组成。
在设计风力发电机组方案时，需要考虑以下几个方面：风资源评估、电力需求、风轮选择、塔架设计、发电机选择和控制系统设计。
首先，进行风资源评估是设计风力发电机组的第一步。
通过选择合适的测风点，并收集风速和风向数据，对风能资源进行评估。
可以利用气象台的数据或安装测风塔来进行多年的测量，以确定是否适宜建设风力发电机组。
评估结果将有助于决定风力发电机组的规模和数量。
其次，要考虑电力需求。
根据实际需求和预测负荷，确定所需的风力发电机组容量。
容量的选择应该在满足电力需求的前提下，尽量避免过度建设。
同时，还需要考虑系统的可靠性和备用容量，以应对突发负荷增加和设备故障等情况。
接下来是风轮的选择。
风轮的设计和选择是风力发电机组方案设计的核心。
常见的风轮类型有水平轴和垂直轴两种。
水平轴风轮通常是三叶片结构，转动方向与风向垂直；垂直轴风轮则可以是多叶片或直翼叶片结构，转动方向与风向平行。
根据风能资源评估结果，选择适应当地风速和风向的风轮类型和直径。
塔架设计是风力发电机组方案设计的又一个重要环节。
塔架的高度将会影响到风轮的受力和发电效率。
一般情况下，塔架的高度应该使风轮转动区域能够达到更高风速的区域，但同时也要考虑成本和可行性。
适当的塔架高度能够提高发电效率，减小受地面摩擦影响，但过高的塔架会增加制造和安装成本。
发电机的选择也是设计风力发电机组方案的重要一环。
发电机通常是由风轮带动的，并将机械能转化为电能。
根据风力发电机组的容量和设计要求，选择合适的发电机类型和额定功率。
常见的发电机类型有同步发电机和异步发电机。
同步发电机适用于大型风力发电机组，而异步发电机适用于小型和中型风力发电机组。
最后是控制系统设计。
控制系统对于风力发电机组的运行和性能至关重要。
控制系统应该能够监测风速、风向和电力需求等参数，并通过调整转速和叶片角度等参数来实现最佳发电效果。
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2 风电机组传动链概念设计及评估
2.2 传动链概念 ●基本要素：主轴、轴承、发电机或齿轮箱
中速发电机
低速发电机
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大直径低速发电机
大直径中速发电机
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2 风电机组传动链概念设计及评估
2.2 传动链概念 ●基本要素：主轴、轴承、发电机或齿轮箱
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2 风电机组传动链概念设计及评估
2.1 概述一 风电机组设计总体目标
● 三大目标 高可靠性 大发电量 高性价比 ●三个方面综合考虑：
气动
传动链
发电单元（发电方式）
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2 风电机组传动链概念设计及评估
概述二---常见机组概貌
2.1
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2 风电机组传动链概念设计及评估
1-直驱动 2-一级/二级齿轮箱
2-1-1 2-1-2 2-1-3 (Clipper)
2.2.3 传动链基本方案类型及说明（36/13/14） 3-三级齿轮箱
Planetary Bearings
Ball bearing
Roller bearing without outer ring Spherical roller bearing Tapered roller bearing
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2 风电机组传动链概念设计及评估
2.2 传动链概念 ●基本要素：主轴、轴承、发电机或齿轮箱
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内部资料，注意保密
风电机组整体设计概述
袁
炜
2013年1月14日
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风电机组整体设计概述
1.风电机组设计流程和内容
2.风电机组传动链设计及评估
3.风电机组发电方案设计 4.交流
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1 风力发电机组设计流程和内容
1.1 1.2
设计阶段概述 概念阶段设计
载荷计算
部件详细设计
部件技术规范 订单或市场 合同
采 购
部件设计图纸和BOM
设计第一阶段
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1 风力发电机组设计流程和内容
1.4 详细设计阶段一工作内容
第一阶段详细 设计内容及概念
最终图纸 最终部件清单 最终技术规范 辅助部件 部件分析及计算
载荷计算1
叶片结构
叶片材料测试
高速发电机
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2 风电机组传动链概念设计及评估
2.2.1 传动链基本组成 ● 齿轮箱-------齿轮类型
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2 风电机组传动链概念设计及评估
三级
2.2.1 传动链基本组成 ● 齿轮箱-------类型
新型齿轮箱
一级
变速比变化的齿轮箱
20
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2 风电机组传动链概念设计及评估
2.2 传动链概念 ●基本要素：主轴、轴承、发电机或齿轮箱
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2 风电机组传动链概念设计及评估
Double tapered roller bearing Roller bearing with cage Roller bearing without cage
2.2.2 传动链基本构成方式 2.2.3 传动链基本方案分类 2.2.4 传动链典型方案案例分析
● 3-1-1： 双轴承的三级齿轮箱 ● 3-2-1 ：单轴承三点支撑的三级齿轮箱 ● 1-1-7 ： 无齿轮箱的双轴承的直驱方案 ● 3-3-1：双列滚子轴承的三级齿轮箱
2.3 传动链方案评估
11
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Bosch Rexroth
Wikov Gear s.r.o.
Renk 南高齿
杭齿
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2 风电机组传动链概念设计及评估
2.2.1 传动链基本组成 ●其他辅助部分
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2 风电机组传动链概念设计及评估
2.2.2 传动链基本构成方式
（1）每一个基本单元独立、且有相关的支撑架； （2）部分集成：一些基本单元集成在主机架内或常规的支撑架； （3）所有基本单元集成在主机架内。
1.3 详细设计阶段 1.3.1 详细设计阶段 ● 详细设计阶段一 ● 详细设计阶段二 1.3.2 关键流程和内容
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3
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1 风力发电机组设计流程和内容
1.1 风力发电机组设计阶段概述 时间
概念设计 详细设计第一阶段
详细设计第二阶段
采
购 制 造 原 认 型 机 证
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1 风力发电机组设计流程和内容
1.2 概念阶段设计内容
风机额定功率
风轮直径 叶片数量选择 发电机概念 正常转速 功率控制概念 额定风速 主要技术参数
安全链概念
运行方式
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1 风力发电机组设计流程和内容
1.3 详细设计阶段一工作内容
技术参数 叶片数量
设计理念或 概念
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2 风电机组传动链概念设计及评估
2.2.1 传动链基本组成 ● 齿轮箱-------供应链情况
WINERGY AG
Jahnel Kestermann Eickhoff Maschinenfabrik Zollern Dorstener Moventas Oy 中国二重 Hansen Transmission 大连华锐重工
1 风力发电机组设计流程和内容
安全和控制电控系统 优化
1.5 详细设计阶段关键流程和内容
叶片设计
控制器、传感器、 原理图
2. 载荷计算 轮毂 传动链 支撑部件
(功率系统设计)
平台、配件、小部件 偏航系统 防雷保护
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变桨系统
机舱罩和轮毂罩设计
塔筒设计
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1 风力发电机组设计流程和内容
1.5 详细设计阶段关键流程和内容
◆影响载荷计算的因素 控制参数 叶片设计 安全设计
载荷计算
部件设计
控制策略
塔筒设计
基础刚度
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2 风电机组传动链概念设计及评估
2.1 2.2
概Hale Waihona Puke 传动链概念 2.2.1 传动链基本组成
● 主轴和轴承分类 ● 发电机类型 ● 齿轮箱组成及类型
最后载荷计算
主要部件供应链 产品技术参数
技术文件
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1 风力发电机组设计流程和内容
1.5 详细设计阶段关键流程和内容
叶片初步设计
安全和控制电控系统 1. 载荷计算 轮毂 传动链 支撑部件 偏航系统 防雷保护
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变桨系统
塔筒设计
机舱罩和轮毂罩类型
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