风力发电机组设计与制造讲解

齿轮箱 额定功率
P
2000
Pr
1 2 3
0.95 0.97 0.95
2284 kW
齿轮箱
• 结构形式 1极行星和2极平行轴 • 增速比 • 效率 0.95 • 润滑方式 油泵强制润滑 • 油冷却方式 循环式风冷 • 重量 17t
偏航系统
• 偏航电机 • 偏航齿轮箱 • • 偏航轴承 • • 偏航速度
n 60vr 6013.25 14.0rpm
D
90
风轮扫掠面积
A D2 902 6362 m2
4
4
控制系统
功率控制方式
采用液压驱动独立变桨距控制系统 (7-12°/s)
偏航系统
• 类型 • 偏航轴承形式 • 偏航速度
主动电驱动型 四点接触滚珠轴承,内齿 0.6度/秒
制动系统
《风力发电机组设计与制造》 课程设计
可再生能源学院 风能0902班 马丽 1091540219
主要设计内容
一 二 三 四 五
主要内容
每人选择功率范围在1.5MW至6MW之间的风电机组 进行设计。
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 48m/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。
dM 2vr3dr
引入切向诱导因子h=(Ω+ω)/Ω ,其中 是风轮转 速。则，比较小时，可认为上式依然成 立，因此
dM vr31 k h 1dr
从而可知，在r~r+dr环域上，气流所提供的功 率为
dP dM v2r31 k h 1dr
叶素理论
①轴向风速
②气流相对叶片的角速 度为
v (1 k)v / 2 ( / 2) (1 h)ຫໍສະໝຸດ Baidu/ 2
四台3kW电动机；380v；960rpm 速比1110；模数20；齿数14；重 量540kg 四点接触滚珠轴承；模数20；齿 数128；重量1930kg 0.6度/秒
二、风电机组气动特性初步计算
动量理论
• ①来流风速为v∞，静压p∞ • ②流过风轮风速为v，风轮前后静压 为p+ p• ③风轮后很远处风速为v2，静压为p∞
在风轮r~r+dr的环域内应用动量定理，则 风作用在该环域上的轴向推力为
dF (v v2 ) 2rvdr
又由于风轮前后有压力差ΔP= P+_ P- , 则 轴向力又可用下式表示
dF 2r( pd pd )dr
利用伯努力方程得
1 2
v2
p
1 2
v2
pd
1 2
v
2
2
p
1 2
v2
pd
根据以上两式相减，带入（2—2）得
设 r / v，则
cot 1 h
1 k
由于升力和阻力为
dL
1 2
Cw2Cl dr
dD
1 2
Cw2Cd dr
叶片设计
Cp 2 (1 k)(
1 k2
1 2
1)
k 2 1 cos
1 arctan
3
3
参数计算
dF rv(v2 v22 )dr
联立（2-1）、（2-5）两式，可得
v v v2 / 2
引入轴向诱导因子 k=v2/v∞
v 1 k v / 2
dF v2 (1 k 2 )dr
气流经过风轮后，除轴向速度会发生变化以 外，还将产生与风轮转动方向相反的旋 转角速度ω，因而作用在叶轮r~r+dr环域 上的转矩为
r 65 5
vr 13.2
查风能利用系数Cp曲线 得Cp=0.25
由任务书所给数据可得攻角α与升阻比Cl/Cd 的关系
攻角α与升力系数Cl、阻力系数Cd特性曲线
根据以上两图，并参考整机设计的实际 情况， 选取攻角α=10°
此时 Cl=1.307，Cd=0.018
基本参数的确定
参数选择
• 主制动:全顺桨独立制动 • 第二制动系统:转向刹车 偏航改变风轮迎风角度
液压刹车 高速轴盘式液压软刹车 机械刹车 手动插销圆盘刹车
风力发电机组等级
• 风电机组安全等级 I II III S
• vref (m/s)
50 42.5 37.5 设置值由
设计者选定
• A Iref(-)
0.16
• B Iref(-)
0.14
• C Iref(-)
0.12
• vref=5*v=5*7.6=38m/s,故风力发电机组等级可选为 IIIA等级
机型主要部件的功率
变流器 额定功率
P 2000
Pr
3
0.95
2105 kW
发电机 额定功率
Pr
P
2 3
2000 0.97 0.95
2170 kW
发电机
• 额定功率2170kW • 额定电压 690v • 额定频率 50Hz • 额定转速1800rpm • 转速范围 1000-2000rpm • 定子额定电流 1035A • 转子额定电流 382A • 形式 4极双馈异步电机 • 绝缘等级 F • 效率 97% • 重量 6.8t
• 轮毂高度H=70m • 叶片数B=3 • 年平均风速v=7.6 m/s • 额定风速 vr 3 v 13.2m/s • 切入风速v1=4m/s • 切出风速v2=25m/s • 额定功率P=2000kW • 风能利用效率Cp=0.25 • 空气密度 ρ=
1.225kg/m3
• 主传动系统的总效率1 0.95 • 发电系统的总效率2 0.97 • 变流器效率 3 0.95 • 叶尖速比 λ=5 • 最佳升阻比
一、风电机组整体参数设计
风能利用系数Cp和叶尖 风能推力系数Ct和叶尖
速比λ
速比λ
0.5
1.5
0.4
1.2
0.3
0.9
0.2
0.6
0.1 0.3
0.0
0.0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 2
Cp
Ct
风力发电机组产生的气动噪声正比与叶 尖速比的5次方。通常将陆基风力发 电机组的叶尖速度限制在65m/s。
Cl/Cd=72.61 • 攻角 α=10° • 升力系数 Cl=1.307 • 风轮仰角 5° • 风轮锥角 0°
参数计算
风轮直径计算
P
1 8
C p D2vr3123
D
8P
Cp vr3123
8 20001000
0.251.22513.23 0.95 0.97 0.95
90m
风轮额定转速计算