10MW风电机组空气动力设计初探
10MW风电机组空气动力设计初探
肖京平1陈坤1, 2刘刚1
（1 中国空气动力研究与发展中心，四川省绵阳市，621000；2空气动力学国家重点实验室，四川省绵阳市，621000）
摘要：以风电机组系统角度探索了我国未来设计10MW风电机组在空气动力设计方面的一些问题及对策。从分析风
能分布与风速分布关系以及风电机组风能利用系数随风速变化关系出发，研究了风轮基本参数确定方法，并以动量叶
素理论为基础，建立了优化设计模型对10MW叶片外形优化设计进行了初步探索，并对风轮性能进行了评估，完成了
10MW机组叶片及风轮外形建模。提出了通过适当提高叶尖线速度及拓宽风轮转速范围，可以达到优化机组塔头质量，
节约成本，提高年发电量等多重有利目标的观点。
关键词：10MW；风电机组；风轮；叶片；空气动力；动量叶素理论
Preliminary Study on Aerodynamic Design of 10MW Wind Turbine
Xiao Jingping Chen Kun Liu Gang
（1 China Aerodynamics Research and Development Center, Mianyang 621000, Sichuan Province, China; 2 State Key Laboratory
of Aerodynamics）
Abstract: Some problems and games about the aerodynamic design of 10MW wind turbine generator system (WTGS) are discussed from system respect. The relationships of the wind energy and the power coefficient of wind turbine changing with wind speed are analyzed, and based on the Blade Element-Momentum Theory, the mathematical model was built for the optimal design of the 10MW blade aerodynamic profile. And the performance of the wind turbine rotor was calculated. The profiles of the blade and the rotor of the 10MW wind turbine are built. The views were proposed that the weight of tower head of wind turbine could be decreased, the cost could be saved, and annual electric production could be enhanced by increasing the speed of the blade tip and widening the range of rotate speed of the wind turbine rotor.
Key words: 10MW; wind turbine generator system; rotor; blade; aerodynamic; Blade Element-Momentum Theory
引言
目前世界上在研的10MW及以上的风电机组大约共有七个，其中包括五个水平轴机组，分别是英国Clipper公司的Britannia、挪威SW AY公司的10MW机组、美国AMSC的SeaTitan?、意大利ICORASS 170（失速型）以及意大利OWT-15 14MW 机组；还有两个垂直轴机组，分别是英国Vertax公司的10MW V AWT机组和英国Arup公司的Aerogenerator X。从公开信息看，这些机组有共同特点：（1）技术创新较多，包括机组空气动力设计方面的创新，比如意大利OWT-15机组叶片分两段风轮半径40m以内叶片是不能变桨控制的，风轮半径40m~100m范围是可以变桨控制的，叶根也是翼型而不是圆柱，见图1[1]。（2）由于尺寸巨大，力求减轻部件质量，如Clipper的Britannia 10MW机组塔头质量力求控制在440~550t之间，与目前已经试运行的REpower 5MW机组（410t）和ENERCON 公司4.5MW机组（500t）相当。但是意大利OWT-15 14MW机组是例外，塔头质量达到惊人的1040t ~1500t。（3）尽管采用了很多创新技术，尽量减轻机组质量，投资仍然巨大，如Clipper在2008年到2009年间共投入研发经费共计2200多万美元；SWAY公司目前已投入2.8亿挪威克朗（约4800万美元），整个原型机花费估计会高达7000万美元。
目前，我国多家风电整机企业已经着手研制5MW/6MW风电机组，长度62m的5MW叶片也在中复连众公司成功下线。因此不久将来我国的10MW机组研制也将进行。本文针对10MW量级风电机组空气动力设计方面的问题进行探索，主要从提升机组性能途径、风轮设计、叶片设计等方面进行了研究。
对于10MW 风电机组这么大的系统工程来说，空气动力设计是整机系统设计的重要一环，也是决定整机效率的关键，在空气动力设计时必须与系统设计协调，并通过空气动力方面的优化设计为系统减轻重量，减小由于部件质量引起的惯性载荷，节约成本。
图1 部分变桨控制叶片的OWT-15机组200m 风轮效果图 Fig. 1 The view of 200m rotor with partial-span blade pitch
control of OWT-15 wind turbine
风电机组空气动力设计主要包括专用翼型族设计、风轮设计、叶片气动外形设计、机舱减阻设计、风速风向仪参数修正研究、塔架风致响应研究等方面。其中专用翼型族设计、风轮设计及叶片气动外形设计是最主要的方面。在设计方法方面，由于基于工程算法的动量叶素理论简单、计算速度快、在工程上误差不是非常大，因此是目前国际风电行业性能、载荷主流计算软件空气动力学模块的基础。由于风轮数值计算的网格数量巨大、网格生成困难、耗时等特点，数值计算应用到叶片气动外形设计目前还有一定距离，但是用动量叶素理论进行初步设计后，用CFD 方法研究风轮流场细节，对叶片进行详细设计是非常有必要的。
5
101520
25
V(m/s)
0.00
0.020.040.06
0.080.10p
100200300400500600E (k W h /m ^2/y e a r
)
图2 IEC II 类风区风速概率及风能分布
Fig. 2 Distributions of wind speed probability and wind energy
in IEC II region
1 风轮参数确定
变速变距型式仍然是10MW 机组较好的选择。10MW 风电机组是用于海上风电场的，海上风电场
风资源比较好，但是年平均风速10m/s 以上的IEC I 类风区仍然不是太多，因此假设10MW 风机适用于IEC II 类风区的机组。图2给出了IEC II 类风区，年平均风速8.5m/s ，风速分布符合Rayleigh 分布时的风速概率分布（黑线，左轴）和每年每平方米面积下风的能量分布（红线，右轴），由图2可知，风速概率超过0.07的风速是4m/s~10m/s （平均风速，间隔1m/s ），最大概率是7m/s 时的0.08918，而风的能量超过450kWh/m 2/year 的风速是11~16m/s ，最大能量是14m/s 时的532kWh/m 2/year 。造成两条曲线峰值错开原因是风能是与风速的立方成正比的。
图3是典型变速变距风电机组运行时风能利用系数随风速变化曲线，曲线明显分为四个区域：（1）区域I 为风速约在3~5m/s 区间，由于发电机最低转速限制，风轮不能运行在最优叶尖速比，风能利用系数小于最大风能利用系数，由于这个区域风能并不大，因此对年发电量贡献不大；（2）区域II 大致在5~8m/s 风速范围，风轮运行在最优叶尖速比，风能利用系数最大，叶片气动外形决定了这个区域的发电量；（3）区域III 风速范围约在8m/s 到额定风速的区间时，由于控制系统的限制（最大叶尖线速度限制风轮转速等），风轮不能运行在最优叶尖速比，风能利用系数小于最大风能利用系数，由于此区域风的能量较大，对此区域的优化可以明显影响机组的年发电量；（4）区域IV 为额定风速至机组切出风速，机组满发状态运行，发电量没有提升空间。
5
101520
25
V(m/s)
0.0
0.10.20.30.40.5C p
I II
III
IV
图3 风能利用系数随风速变化曲线
Fig. 3 Curve of power coefficient changing with wind speed
所以，仅仅从机组发电量提升角度考虑，在风轮直径一定，并且控制系统也能使机组运行在最优的情况下，可能的措施有：（1）叶片气动外形优化，提高区域I 、II 、III 的效率，并有效降低额定风速；（2）发电机宽转速范围设计，拓宽区域II 的范围；（3）提高叶尖线速度，尽量减小区域III 的范围，甚至是区域II 直接延伸到区域IV 。
现代大型水平轴风电机组是升力型机组，机组的驱动力主要来源于叶片的前缘吸力，即升力在风
轮旋转平面内的分量，线速度高一些对叶片空气动力特性的发挥是有帮助的。叶尖线速度其实是从小于70m/s 逐渐放开至目前高于85m/s 甚至90m/s ，这个限制主要基于控制气动噪声，10MW 机组是海上风电机组，对噪声要求可以放宽。如果10MW 机组叶尖线速度放开至120m/s ，这时马赫数约为0.35附近，处于低速空气动力学与亚音速空气动力学跨界的区域。这样对机组的好处将有几个方面：（1）实现前面讨论的缩小机组风能利用系数随风速变化曲线区域III 的范围，最大限度发挥机组效率，提高机组发电量；（2）适当提高机组运行最优叶尖速比到10~11之间，减小风轮实度，使叶片变得更细，柔性更高，质量更小，利于减小机组由于叶片质量引起的载荷；（3）叶尖线速度增加20%~30%，意味着风轮旋转角速度增加20%~30%，对直驱机组意味着扭矩减小，电流减小，切割磁力线速度又增加，叠加减小直驱发电机以及塔头质量，大幅节约成本，如果有齿轮箱，将减小齿轮箱变速比，也将减小塔头质量。因此，无论直驱或是有齿轮箱机组，提高叶尖线速度是有利的。
据统计，失速型风电机组额定风速是年平均风速的1.7倍附近，变速变距型风电机组额定风速则是年平均风速1.4倍附近，因此初步确定10MW 机组额定风速V r 为12m/s 附近，并根据式（1）初步确定风轮直径D 为160.76m ，而国际上几个10MW 在研机组风轮直径在145m~170m 之间。
s P r r C D V P ηπρ???=4
212
3 （1）
式中：功率P r 取10MW ，空气密度ρ取1.225 kg/m 3，风能利用系数取0.49，系统效率ηs 取0.95。
因此确定风轮及叶片基本参数如下：
叶片数目B ：
3 风轮直径D ：
160.76m 风轮面积A ：
20298m 2 风轮仰角τ： 5? 风轮锥角χ： 0?
最优尖速比λopt ： 10、11 风轮转速n ： 5.7 rpm ～16.5rpm 额定转速n r ： 14.125rpm （叶尖线速度略小于
120m/s ） 切入风速V in ：
3.0 m/s 切出风速V out ： 25 m/s
额定功率P r ：
10MW 叶片长度L ：
74.0 m 功率控制： 变速变距
适用风区： IEC II 类
2 叶片气动外形优化设计
本文基于动量叶素理论对叶片气动外形作初
步设计，仅仅是探索性工作，可以利用CFD 进行详细设计。10MW 风电机组叶片选择常用的DU 系列翼型和NACA 634系列翼型，从叶根向叶尖依次布DU 00-W2-401、DU 00-W2-350、DU 97-W-300、DU 91-W2-250、NACA 63421、NACA 63418和NACA 63415翼型。靠近叶根布置大厚度翼型是由结构安全决定的，其分布将是追求高的空气动力性能向结构安全要求妥协的结果。既然是探索性工作，试着设计根部也是翼型的叶片。 2.1 设计方法
动量叶素理论主要通过动量理论和经典翼型理论以及一些必要合理的假设，得到叶素（小的叶片段）位置的诱导速度。通过迭代方法求得轴向诱导因子a 和周向诱导因子b ，迭代步骤如下：
（1）假设a 和b 初值，一般可取0； （2）计算入流角
()()r
b V a Ω+-=11arctan
1φ （2）
（3）计算迎角α = φ - η；
（4）根据翼型空气动力特性曲线得到叶素的升力系数C l 和阻力系数C d ；
（5）计算法向力系数C n 和切向力系数C t
φ
φφφcos sin sin cos d l t d l n C C C C C C -=+= （3）
（6）计算新的a 和b 值
φ
φσφ
σcos sin 41sin 412F C b b F C a a
t n =
+=
-
（4）
（7）比较计算的a 和b 值与上一次的a 和b 值，如果误差小于设定的误差值（一般可取0.0001），则迭代终止；否则，再回到（3）继续迭代。
进一步得到作用在叶素上的气流速度关系、入流角和迎角等角度关系（图4），求得作用在叶素上的空气动力（升力L 、阻力D ）对风轮转矩力及推力的贡献分量d F n 和d F t ，对三叶片的叶素分量求和可以计算出风轮的转矩M 、主轴功率P 和推力T ，并计算风轮风能利用系数C P 和推力系数C T 。详细可参考文献[5]。
?????
??==r C cV F r C cV F t t n n d 21
d d 2
1d 2020ρρ
（5）
?=r C cV B T n d 21
20ρ
（6） ?=r r C cV B M t d 2
1
20ρ
（7） Ω=M P
（8） 3121
AV P
C P ρ=
（9）
212
1
AV T
C T ρ=
（10）
图4 叶素上的气流速度三角形和空气动力分量
Fig. 4 The air speed triangle and aerodynamic force
components on the blade element
叶片气动外形优化设计的数学模型是一个单目标多变量的最优化设计数学模型f (x )，它是基于动量叶素理论建立的：
[]
u b x x x x f ,)(min ∈ （11）
受约束于
S ib ≤S i ≤S iu ， i = 1，…，n （11）
式中x b 为设计变量下限，x u 为设计变量上限，S 为约束条件。
对于变速变距的叶片，目标函数是选择某叶尖速比值的风能利用系数的负数：
design
)(λλ=-=P
C x f （12）
式中C P 为风电机组风轮风能利用系数，λdesign 为设计最优叶尖速比，对于10MW 机组，本文取10、11两个叶尖速比对比研究。
设计变量是沿叶片展向变化的剖面弦长c 、扭角η。相对厚度t/c 则选择同一相对厚度分布。约束条件是给出风轮叶片沿展向分布的剖面弦长、厚度和扭角的上、下限制值。 2.2 叶片气动外形
在外形设计时，优先考虑性能的情况下力求将叶片表面积减少到最小，以减小叶片质量。确定叶片气动外形，即弦长c 、扭角η和相对厚度t 沿叶片展向的分布。图5为叶片剖面弦长沿叶片展向的分布曲线，图6为叶片剖面扭角沿叶片展向的分布曲线，图7为相对厚度分布曲线，图8为叶片厚度分布。本文图5~图15中黑色曲线和红浅色曲线分别代表设计最优叶尖速比10和11的情况。
25
50
75
L(m)
0123456789c (m
)
图5 叶片剖面弦长c 沿展向分布 Fig. 5 The chord c distribution along the blade
25
50
75
L(m)
-5
0510152025
η
图6 叶片剖面扭角η沿展向分布
Fig. 6 The twist angle η distribution along the blade
25
50
75
L(m)
10
2030
40
t /c (%
)
图7 叶片剖面相对厚度t/c 沿展向分布
Fig. 7 The comparative thickness t/c distribution along the blade
25
50
75L(m)
0.0
0.51.01.52.02.53.03.5t (m
)
图8 叶片厚度t 沿展向分布
Fig. 8 The thickness t distribution along the blade
由图5与图6可以看到，在同一相对厚度分布（图7）情况下，将设计最优叶尖速比从10提高到11时，叶片弦长分布和扭角分布均是减小的，意味着风轮实度降低。具体来说，设计最优叶尖速比10时，三叶片风轮实度约为4.08%（不含半径6.38m 的轮毂实度）；设计最优叶尖速比11时，三叶片风轮实度降为3.16%。在新材料新工艺大量应用于叶片上时，结构设计满足叶片结构安全情况下，风轮实度大幅降低的好处是使叶片质量大幅降低。 3 三叶片风轮性能
在叶片气动外形设计完成后，用性能程序对三叶片风轮进行了性能校核计算。图9和图10给出风轮风能利用系数曲线和推力系数曲线。性能计算结果表明最大风能利用系数均达到0.504，分别发生在设计叶尖速比10和11，满足风能利用系数的假设设计目标；风能利用系数超过0.48的叶尖速比范围较宽。
4
8
12162024
λ
0.0
0.10.20.30.4
0.5
0.6C
p
图9 风轮风能利用系数C P 曲线（0?桨距角） Fig. 9 The coefficient of power C P curve of the three blades
rotor (when the blade pitch angle is 0 degree)
4
8
12162024
λ
0.0
0.20.40.60.81.01.21.41.6C
t
图10 风轮推力系数C t 曲线（0?桨距角） Fig. 10 The coefficient of thrust C t curve of the three blades
rotor (when the blade pitch angle is 0 degree)
4 风电机组主要性能参数随风速变化规律 在假设较优的直驱发电机转速扭矩曲线（图11）情况下，分别计算了随风速变化的风轮性能。图12和图13分别给出了风电机组功率P 和风能利用系数C P 随风速的变化情况。计算结果表明，额定风速略小于12m/s ，满足额定风速的设计目标；功率曲线基本重合；由于叶尖线速度的放开以及风轮宽的转速范围，几乎在整个低风速区，风能利用系数保持最高的水平；在设计最优叶尖速比10的情况，甚至在额定风速时风能利用系数也是最大，使图3中区域II 一直延伸到区域IV ；在设计最优叶尖速比11的情况，区域III 的范围也大幅缩小。图14和图15给出了桨距角η*和风轮转速n 随风速变化曲线，在超过额定风速后，变桨是为了抑制超发功率；在大部分低风速区，转速与风速成线性关系，这时风轮以最优叶尖速比运行。
4
6
8
1012
14
16
n(rpm)
1000
2000300040005000600070008000M (k N m
)
图11 发电机转速扭矩曲线
Fig. 11 The curves of the generator torque changing with its
revolving speed
5
1015
20
25
V(m/s)
02468
10P e (M W
)
图12 风电机组功率P e 随风速变化曲线 Fig. 12 The curves of the electrical power P e changing with
wind speed
5
1015
20
25
V(m/s)
0.0
0.10.20.30.4
0.50.6C
p
图13 风能利用系数C P 随风速变化曲线
Fig. 13 The curve of the coefficient of power C P changing with
wind speed
5
1015
20
25
V(m/s)
05101520η
*
图14 桨距角η*随风速变化曲线
Fig. 14 The curve of the pitch angle η* changing with the wind
speed
5
1015
20
25
V(m/s)
05
10
15
n (r p m
)
图15 风轮转速n 随风速变化曲线
Fig. 15 The curve of the rotor speed n changing with wind
speed
5 风电机组年发电量估计
根据IEC II 类风区，年平均风速8.5m/s ，风速分布符合Rayleigh 分布时，可以计算每个风速在1年内的时间（图2）及该风速下机组功率（图12），累加得到机组年发电量约为3783万kWh ，机组容量系数约为43.2%。 6 叶片外形及风轮外形
根据叶片弦长、扭角和相对厚度分布，以及翼型在叶片展向的分布，可以确定叶片剖面曲线在空间的分布，并通过扫略相应得到叶片的三维外形。以设计最优叶尖速比10的情况建立叶片及风轮外形，考虑到叶片高柔性，叶尖预弯6m 。图16为叶片剖面曲线在空间的分布，图17为叶片外形，图18为10MW 风电机组风轮，图19为风轮轮毂外形，轮毂长度约20m ，最大轮廓直径约12.66m ，机舱设计为水滴状，可以有效减小机舱阻力。
图16 叶片剖面曲线在空间的分布
Fig. 16 The cross section curves distribution in the space
图17 叶片外形
Fig. 17 The blade profile
图18 10MW 风电机组风轮
Fig. 18 The 10MW wind turbine rotor
图19 风轮轮毂外形 Fig. 19 The rotor hub profile
7 结论
本文简要介绍了目前国际上几个在研10MW
风电机组的情况，从分析风能分布与风速分布关系以及风电机组风能利用系数随风速变化关系出发，确定了风轮基本参数，并以动量叶素理论为基础，建立了优化设计模型对10MW 叶片外形优化设计进行了初步探索，设计了最优叶尖速比10和11两个方案的10MW 叶片气动外形，性能计算结果表明，风能利用系数及额定风速等指标均达到机组参数确定时的指标，其中风能利用系数达到0.504。此外还对叶片及风轮外形建模进行了初步探索，完成了10MW 机组叶片及风轮外形建模。提出了通过适当提高叶尖线速度及拓宽风轮转速范围，可以达到优化机组塔头质量，节约成本，提高年发电量等多重有利目标的观点。
参考文献
[1] Gaetano Gaudiosi, Franco Rispoli and Pierfilippo Petaccia. OWT-15 Proposal of a New Rotor Configuration of a Multi-MW Offshore Wind Turbine. European Offshore Wind, 2009
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[3] Amir Mikhail. The Britannia 10MW Wind Turbine : Innovating Design Builds Cost-effective Offshore Technology. Clipper Windpower, Inc., European Offshore Wind, 2009 [4] Amir Mikhail, etc. The Clipper 10 MW Britannia Cost-Effective Offshore Technology. EWEC 2010
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[13]https://www.wendangku.net/doc/8d4038447.html,/hostednews/afp/article/ALeqM5j-BZEK4lR-_hxsz2hQ-92_c0oSHQ
[14]https://www.wendangku.net/doc/8d4038447.html,/files/2010/02/norway_to_build _worlds_most_powerful_offshore_wind_turbine.php
国内风电机组的技术来源
国内风电机组的技术来源 链接：https://www.wendangku.net/doc/8d4038447.html,/tech/22894.html 国内风电机组的技术来源 根据对国内正在制造和生产的风电机组的调查分析，其主要技术来源大致可分为以下五类： 第一类：引进国外的设计图纸和技术，或者是与国外设计技术公司联合设计， 在国内进行制造和生产。象金风科技引进的1.2MW. 1.5MW直驱风电机组，现在已在国内大批量生产和供货。还有浙江华仪、广东明阳、国电联合动力的1.5MW双馈风电机组，重庆海装、上海电气的2MW双馈风电机组等都是采取这种方式引进的，现在这些公司的产品有的已经批量生产，有的样机已经下线。 第二类： 购买国外成熟的风电技术，在国内进行许可生产。象金风科技和浙江运达的754kW定桨距风电机组，华锐风电、东方汽轮机的1.5MW的双馈风电机组，都在国内成功大批量生产并实现产业化，这些机组是国内的主力机型。还有重庆海装的850kW，保定惠德、武汉国测、吴忠仪表的1MW，上海电气的1.25MW,北重的2MW等都是采取这种方式引进的，现在这些公司的产品已经批量生产。 第三类： 与国外公司合资，引进国外的成熟技术在国内进行生产。象航天安迅能、恩德风电的1500kW双馈风电机组，在国内已成功生产并实现产业化。还有湘电风能、瑞能北方的2000kW等公司都是采取这种方式引进的，现在这些公司的产品有的已经批量生产，有的样机已投入试运行。 第四类： 国外的风电机组制造公司在国内建立独资企业，将其成熟的设计制造技术，在国内进行生产。象歌美飒风电的850kW 、苏司兰的1250kW、通用电气的1500kW、维斯塔斯的2000kW机组都是采取这种方式进行生产的，目前已经投入大批量生产。 第五类： 采用国内大学和科技公司自行开发的设计制造技术，在国内进行生产的风电机组。例如：沈阳华创、江苏新誉、浙江运达、三一重工开发的1.5MW机组，上海万德的1.5MW机组都是采取这种方式进行生产的。目前，沈阳华创、江苏新誉、浙江运达开发的1.5MW双馈风电机组都已经投入批量生产，并在风电场进行运行。 原文地址：https://www.wendangku.net/doc/8d4038447.html,/tech/22894.html 页面 1 / 1
我国大型风电机组技术发展情况
截至2013年底，国内约30家大型风电机组整机制造企业已向国内外风电市场提供了合格的大型风电机组整机产品。2013年在我国风电场建设中，国产风电机组的市场占有率达到94%，大幅超过外资企业。其中，在国内新增总装机占比中，金风科技的份额最大，占23.31%；联合动力第二，占9.25%；广东明阳第三，占7.99%。通过对我国大型风电机组发展情况的分析，归纳出我国大型风电机组技术主要呈现如下特点。 1 水平轴风电机组是主流 水平轴风电机组的应用已近100年。由于水平轴风电机组的风轮具有风能转换效率高、传动轴较短、控制和制动技术成熟、制造成本较低、并网技术可靠等优点，近年来大型并网水平轴风电机组得到快速发展，使大型双馈式和直驱永磁式等水平轴风电机组成为国内大型风电场建设所需的主流机型，并在国内风电场建设中占到100%的市场份额。 2 垂直轴风电机组有所发展 大型垂直轴风电机组因具有全风向对风、变速装置及发电机可置于风轮下方或地面等优点。近年来相关研究和开发也在不断进行并取得一定进展，单机试验示范正在进行，在美国已有大型垂直轴风电机组在风电场运行，但在我国还无垂直轴风电机组产品在风电场成功应用的先例。 3 风电机组单机容量持续增大 近年来，国内风电市场中风电机组的单机容 我国大型风电机组技术发展情况 中国农业机械化科学研究院 ■ 沈德昌 量持续增大，2012年新安装机组的平均单机容量达1.65 MW ， 2013年为1.73 MW 。2013年我国风电场安装的最大风电机组为6 MW 。 随着单机容量不断增大和利用效率的提高，国内主流机型已从2005年的750～850 kW 增加到2014年的1.5～2.5 MW 。 近年来，海上风电场的开发进一步加快了大容量风电机组的发展。我国华锐风电的3 MW 海上风电机组已在海上风电场批量应用。3.6、4、5、5.5、6和6.5 MW 的海上风电机组已陆续下线或投入试运行。目前，华锐、金风、联合动力、湖南湘电、重庆海装、东方汽轮机、广东明阳和太原重工等公司都已研制出5～6.5 MW 的大容量海上风电机组产品。 4 变桨变速功率调节技术得到全面应用 由于变桨距功率调节方式具有载荷控制平稳、安全高效等优点，近年在大型风电机组上得到广泛应用。结合变桨距技术的应用及电力电子技术的发展，大多数风电机组制造厂商采用了变速恒频技术，并开发出变桨变速风电机组，在风能转换效率上有了进一步完善和提高。从2012年起，国内定桨距并网风电机组已停止生产，在全国安装的风电机组全部采用了变桨变速恒频技术。2 MW 以上的风电机组大多采用3个独立的电控调桨机构，通过3组变速电机和减速箱对桨叶分别进行闭环控制。 5 双馈异步发电技术仍占主导地位 外资企业如丹麦V estas 公司、西班牙Gamesa 收稿日期：2014-11-27 通信作者：沈德昌 ，男，研究员，中国农业机械化科学研究院。shendc06@https://www.wendangku.net/doc/8d4038447.html,
永磁同步风力发电机的设计说明
哈尔滨工业大学 《交流永磁同步电机理论》课程报告题目：永磁同步风力发电机的设计 院 (系) 电气工程及其自动化 学科电气工程 授课教师 学号 研究生 二〇一四年六月
第1章小型永磁发电机的基本结构 小型风力发电机因其功率低，体积小，一般没有减速机构，多为直驱型。发电机型式多种多样，有直流发电机、电励磁交流发电机、永磁电机、开关磁阻电机等。其中永磁电机因其诸多优点而被广泛采用。 1.1小型永磁风力发电机的基本结构 按照永磁体磁化方向与转子旋转方向的相互关系，永磁发电机可分为径向式、切向式和轴向式。 （1）径向式永磁发电机径向式转子磁路结构中永磁体磁化方向与气隙磁通轴线一致且离气隙较近，漏磁系数较切向结构小，径向磁化结构中的永磁体工作于串联状态，只有一块永磁体的面积提供发电机每极气隙磁通，因此气隙磁密相对较低。这种结构具有简单、制造方便、漏磁小等优点。 径向磁场永磁发电机可分为两种：永磁体表贴式和永磁体内置式。表贴式转子结构简单、极数增加容易、永磁体都粘在转子表面上，但是，这需要高磁积能的永磁体（如钕铁硼等）来提供足够的气隙磁密。考虑到永磁体的机械强度，此种结构永磁电机高转速运行时还需转子护套。内置式转子机械强度较高，但制造工艺相对复杂，制造费用较高。 径向磁场电机用作直驱风力发电机，大多为传统的内转子设计。风力机和永磁体内转子同轴安装，这种结构的发电机定子绕组和铁心通风散热好，温度低，定子外形尺寸小；也有一些外转子设计。风力机与发电机的永磁体外转子直接耦合，定子电枢安装在静止轴上，这种结构有永磁体安装固定、转子可靠性好和转动惯量大的优点，缺点是对电枢铁心和绕组通风冷却不利，永磁体转子直径大，不易密封防护、安装和运输[1]。表贴式和径向式的结构如图1-1 a)所示。 a)径向式结构 b)切向式结构
风电机组地基基础设计规定
1 范围 1.0.1 本标准规定了风电场风电机组塔架地基基础设计的基本原则和方法，涉及地基基础的工程地质条件、环境条件、荷载、结构设计、地基处理、检验与监测等内容。 1.0.2 本标准适用于新建的陆上风电场风电机组塔架的地基基础设计。工程竣工验收和已建工程的改（扩建）、安全定检，应参照本标准执行。 1.0.3 风电场风电机组塔架的地基基础设计除应符合本标准外，对于湿陷性土、多年冻土、膨胀土和处于侵蚀环境、受温度影响的地基等，尚应符合国家现行有关标准的要求。
2 规范性引用文件 下列标准中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用标准，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些标准的最新版本。凡是不注日期的引用标准，其最新版本适用于本标准。 GB 18306 中国地震动参数区划图 GB 18451.1 风力发电机组安全要求 GB 50007 建筑地基基础设计规范 GB 50009 建筑结构荷载设计规范 GB 50010 混凝土结构设计规范 GB 50011 建筑抗震设计规范 GB 50021 岩土工程勘察规范 GB 50046 工业建筑防腐蚀设计规范 GB 50153 工程结构可靠度设计统一标准 GB 60223 建筑工程抗震设防分类标准 GB 50287 水力发电工程地质勘察规范 GBJ 146 粉煤灰混凝土应用技术规范 FD 002—2007 风电场工程等级划分及设计安全标准 DL/T 5082 水工建筑物抗冰冻设计规范 JB/T10300 风力发电机组设计要求 JGJ 24 民用建筑热工设计规程 JGJ 94 建筑桩基技术规范 JGJ 106 建筑基桩检测技术规范 JTJ 275 海港工程混凝土防腐蚀技术规范
风力发电机设计
高等教育自学考试毕业设计（论文） 风力发电机设计题目 级机电一体化工程09专业班级 姓名高级工程师指导教师姓名、职称
所属助学单位 2011年 4月1 日 目录 1 绪论………………………………………………………………………………… 1 1.1 风力发电机简介 (1) 1.2 风力发电机的发展史简介 (1) 1.3 我国现阶段风电技术发展状况 (2) 1.4 我国现阶段风电技术发展前景和未来发展 (2) 2 风力发电机结构设计……………………………………………………………… 3 2.1 单一风力发电机组成 (3) 2.2 叶片数目 (3) 2.3 机舱 (4) 2.4 转子叶片 (5) 3 风力发电机的回转体结构设计和参数计算 (5) 3.1联轴器的型号及主要参数 (5) 3.2 初步估计回转体危险轴颈的大小 (5) 3.3 叶片扫描半径单元叶尖速比 (6) 4 风轮桨叶的结构设计……………………………………………………………… 6 4.1桨叶轴复位斜板设计 (6) 4.2托架的基本结构设计 (6) 5 风力发电机的其他元件的设计 (6) 5.1 刹车装置的设计 (6) 6 风力发电机在设计中的3个关键技术问题 (7) 6.1空气动力学问题 (7) 6.2结构动力学问题 (7) 6.3控制技术问题 (7)
7 风力发电机的分类………………………………………………………………… 7 8 风力发电机的选取标准 (8) 9 风力发电机对风能以及其它的技术要求………………………………………… 8 9.1风力发电机对风能技术要求 (8) 9.2风力发电机建模的技术是暂态稳定系统 (9) 9.3风力电动机技术之间的能量转换 (10) 10 风力发电机在现实中的使用范例 (10) 结论 (12) 致谢 (13) 参考文献 (14) 摘要 随着世界工业化进程不断加快，能源消耗不断增加，全球工业有害物质排放量与日俱增，造成了能源短缺和恶性疾病的多发，致使能源和环境成为当今世界两大问题。因此，风力发电的研究显得尤为重要。 我国风电场内无功补偿的方式是在风电场汇集站内装设集中无功补偿装置，这造成风电场无功补偿的投资很大。文章结合实例，通过对不同发电量下风电场的无功损耗和电压波动情况进行计算，提出利用风力发电机的无功功率可基本实现风电场的无功平衡，风电场母线电压的变化是无功补偿设备选型的依据，对于发电量变化引起的母线电压变化不超出电网要求的风电场，应利用风力发电机的无功功率减小汇集站内无功补偿装置的容量，降低无功补偿的投资。 关键词：风力发电、风电场、无功补偿、电压波动
风力发电基础桩基施工方案
天津大港沙井子风电四期工程 桩基施工方案 1.适用范围 本方案适用于天津大港沙井子四期风电工程风机桩基工程的沉桩施工。2.编制依据 《建筑工程施工质量验收统一标准》（GB50300-2013） 《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2016） 《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011） 《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008） 《预制钢筋混凝土方桩》（04G361） 《建设工程施工安全强制性条文》 《施工现场临时用电技术规范》（JGJ46——2012） 《建筑施工安全检查标准》（JGJ 59—2011） 《电力建设施工质量验收及评定规程（第1部分：土建工程）》(DLT 5210.1－2012) 《工程建设标准强制性条文：房屋建筑部分》（2013年版） 3.工程概况 国电天津大港沙井子风电场位于大港区南部，大港区位于天津东南部,系天津市东南部滨海行政区,现辖原北大港区及南郊部分地区,大港区南面与河北省的黄骅市接壤,周边分别与塘沽、津南、西青和静海毗临。大港地区是退海之地,以后逐渐形成现在的滨海平原。天津大港沙井子风电四期工程机位位于北排河排、沧浪渠河滩（堤）上，共安装21台风机，其中1#-19#风机布置在翟庄子周围，20#、21#风机机位布置在窦庄子村东侧。 本期工程共安装21台联合动力UP115/2000MW级风力发电机组。风机叶轮直径115米，轮毂高度100米。 本场区内无活动断裂分布，第四系松散堆积物厚度大，场区抗震设防烈度为7度，根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)，可忽略发震断裂错动对地面建筑的影响。通过上述报告分析，场区内不存在地震时可能发生崩塌、滑坡、泥石流、地陷、地裂等灾害的地段。场区内地层从上而下呈层状分布，除个别地层
1.5兆瓦风力发电机组塔筒及基础设计解析
1.5兆瓦风力发电机组塔筒及基础设计 摘要：风能资源是清洁的可再生资源，风力发电是新能源中技术最成熟、开发条件最具规模和商业化发展前景最好的发电方式之一。塔筒和基础构成风力发电机组的支撑结构，将风力发电机支撑在60—100m的高空，从而使其获得充足、稳定的风力来发电。塔筒是风力发电机组的主要承载结构，大型水平轴风力机塔筒多为细长的圆锥状结构。一个优良的塔筒设计，可以保证整机的动力稳定性，故塔筒的设计不仅要满足其空气动力学上得要求，还要在结构、工艺、成本、使用等方面进行综合分析。基础设计与基础所处的地质条件密不可分，良好的地质条件可以为基础提供可靠的安全保证，从风机塔筒基础特点的分析可以看出，风机塔筒基础的重要性及复杂性是不言而喻的。在复杂地质条件下如何确定安全合理的基础方案更是重中之重。 关键词：1.5兆瓦；风力发电机组；塔筒；基础；设计 1、我国风机基础设计的发展历程 我国风机基础设计总体上可划分为三个阶段，即2003年以前小机组基础的自主设计阶段，2003— 2007年MW机组基础设计的引进和消化阶段，2007年以后MW机组基础的自主设计阶段， 在2003年以前，由于当时的鼓励政策力度不大，风电发展缓慢，2002年末累计装机容量仅为46.8万kw，当年新增装机容量仅为6.8万kw，项目规模小、单机容量小，国外风机厂商涉足也较少，风机基础主要由国内业主或厂商委托勘测设计单位完成，设计主要依据建筑类的地基规范。 从2003年开始，由于电力体制改革形成的电力投资主体多元化以及我国开始实施风电特许权项目，尤其是2006年《可再生能源法》生效以后，国外风机开始大规模进入中国，且有单机容量600kw、750kw很快发展到850kw、1.0MW、1.2MW、1.5MW 和2.0MW，国外厂商对风机基础设计也非常重视，鉴于国内在MW风机基础设计方面的经验又不够丰富，不少情况下基础设计都是按照厂商提供的标准图、国内设计院
风电机组设计与制造课程设计最终版
课程设计(综合实验)报告( 2012 – 2013 年度第二学期) 名称：《风力发电机组设计与制造》 课程设计报告 院系：可再生能源学院 班级：风能xxxxx班 学号： xxxxxxxxxxxx 学生姓名： xxxxxx 指导教师：田德、王永 设计周数： 2 成绩： 日期：20xx年 x月x日
目录 任务书 (4) 一设计内容 (4) 二目的与任务 (4) 三主要内容 (4) 四进度计划 (7) 五设计（实验）成果要求 (7) 六考核方式 (8) 总体参数设计 (8) 一额定功率 (8) 二设计寿命 (8) 三额定风速、切入风速、切除风速 (8) 四重要几何尺寸 (8) 1风轮直径和扫掠面积 (8) 2轮毂高度 (8) 五总质量 (9) 六发电机额定转速和转速范围 (9) 七叶片数B (9) 八功率曲线和C T曲线 (9) 1功率曲线 (9) 2C T曲线 (10) 九确定攻角Α，升力系数C L，叶尖速比Λ，风能利用系数C P (10) 十风轮转速 (12) 十一其他 (12) 十二风电机组等级选取 (12) 叶片气动优化设计 (13) 一优化过程 (13) 二叶片优化结果 (14) 主要部件载荷计算 (14) 一叶片载荷计算 (15) 1作用在叶片上的离心力F C (15) 2作用在叶片上的风压力F V (15)
3作用在叶片上的气动力矩 (16) 4作用在叶片上的陀螺力矩M K (16) 二主轴载荷计算 (16) 三塔架载荷计算 (17) 1暴风工况风轮气动推力计算 (17) 2塔架的强度设计（考虑塔架高度折减系数的强度计算） (18) 主要部件功率 (20) 一发电机 (20) 二变流器 (21) 三齿轮箱 (21) 四联轴器 (21) 五偏航 (22) 风电机组布局 (22) 设计总结 (24) 参考文献 (25) (25)
风电机组的技术发展趋势
风电机组的技术发展趋势 1、单机容量持续增大，单位成本迅速下降。 风电机组的技术发展趋势 2、风机类型越来越多，控制技术越来越先进。 1.1风电场及变电站主要设备 由风轮、传动系统、偏航系统、液压系统、制动系统、发电机、 控制与安全系统、机舱、塔架和基础等组成。 (1) 风轮：由叶片和轮毂组成，是风力发电机组获取风能的关键部件。 (2) 传动系统：由主轴、齿轮箱和联轴节组成（直驱式除外）。 (3) 偏航系统：由风向标传感器、偏航电动机或液压马达、偏航轴承和齿轮等组成。 (4) 液压系统：由电动机、油泵、油箱、过滤器、管路和液压阀等组成。 (5) 制动系统：分为空气动力制动和机械制动两部分。 (6) 发电机：分为异步发电机、同步发电机、双馈异步发电机和低速永磁发电机。 (7) 控制与安全系统：保证风力发电机组安全可靠运行，获取最大能量，提供良好的电 力质量。 (8) 机舱：由底盘和机舱罩组成。 (9) 塔架和基础：塔架有筒形和桁架两种结构形式，基础为钢筋混凝土结构。 变压器：利用电磁感应原理制成的一种静止的电气设备，将某种电压等级的交流电能转成频率相同的另一种或几种电压等级的交流电能。 (1)断路器： 作用：控制和保护，断路器除长期承受分断、关合负荷电流外，还可分断或关合短路电流；并具有一定的动、热稳定性。 分类：按其灭弧介质，可分油断路器、空气断路器、六氟化硫(SF6)断路器、真空断路器等。 (2)负荷开关： 作用：控制电路，用来承受和分断、关合负荷电流，具有一定的动、热稳定性，但不能分断短路电流，在一定条件下，可以关合短路电流。 分类：按其灭弧介质，可分产气式负荷开关、压气式负荷开关、六氟化硫(SF６)负荷开关和真空负荷开关。负荷开关与熔断器组合使用，还可使其具有过电流 保护功能。 (3)熔断器： 作用：电路的过电流保护。 分类：分为户外式和户内式两种，户 外式为跌落式熔断器，户内式 为限流型熔断器。 (4)隔离开关： 作用：隔离电源的安全作用。隔离开关具有一定的动、热稳定性，但不可带负荷电流开断电路。隔离开关一般均配合断路器使用，隔离开关也可作接地开关用。 箱式变电所是一种将高压开关设备、变压器、低压配电设备、功率因数补偿装置及电度计量装置等变电站设备组合成一体的快装型成套配电设备。 1、结构紧凑，占地少； 1、箱式变安装周期短，可比老式 2、安装方便，建造快速；土建配电室缩短一倍的时间； 3、投资省，效益高； 2、占地面积小，如一台老式变压 4、组合方式灵活；器的配电室占地在100m2以上，而 5、通用性互换性强；箱式变则仅需约30m2；
海上风力发电机组基础设计
摘要 这篇文章介绍了海上风电场建设概况、海上风力发电机组的组成、海上风电机组基础的形式、海上风电机组基础的设计。 关键词电力系统；海上风电场；海上风电机组基础；设计
Abstract This article describes the overview of offshore wind farm construction, the composition ofthe offshore wind turbine, offshore wind turbines based on the form-based design ofoffshore wind turbines. Key Words electric power system;Offshore wind farm; Offshore wind turbine foundation; design
1前言 1.1全球海上风电场建设概况 截止到2012年2月7日，全球海上风电场累计装机容量达到238,000MW，比上年增加了21％。 1.2 中国 截至2010年底，中国的风电累计装机容量达到44.7GW，首次居世界首位，亚洲的另外一个发展中大国印度也首次跻身风电累计装机容量世界前五位。 1.3海上风力发电机组通常分为以下三个主要部分： （1）塔头（风轮与机舱） （2）塔架 （3）基础（水下结构与地基） ?与场址条件密切相关的特定设计；?约占整个工程成本的20%-30%； ?对整机安全至关重要。支撑结构
2 海上风电机组基础的形式 2.1海上风电机组基础的形式 目前经常被讨论的基础形式主要涵盖参考海洋平台的固定式基础，和处于概念阶段的漂浮式基础，具体包括： ?单桩基础； ?重力式基础； ?吸力式基础； ?多桩基础； ?漂浮式基础 2.1.1单桩基础：（如图1所示） 采用直径3～5m 的大直径钢管桩，在沉好桩后，桩顶固定好过渡段，将塔架安装其上。单桩基础一般安装至海床下10-20m，深度取决于海床基类型。此种方式受海底地质条件和水深约束较大，需要防止海流对海床的冲刷，不适合于25m 以上的海域。 2.1.2重力式基础：（如图2所示） 图1 单桩基础示意图
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。 2．总体参数 在风轮气动设计前必须先确定下列总体参数。 一、风轮叶片数B 一般风轮叶片数取决于风轮的尖速比λ。目前用于风力发电一般属于高速风力发电机组，即λ＝4-7 左右，叶片数一般取2—3。用于风力提水的风力机一般属于低速风力机，叶片数较多。叶片数多的风力机在低尖速比运行时有较低的风能利用系数，即有较大的转矩，而且起动风速亦低，因此适用于提水。而叶片数少的风力发电机组的高尖速比运行时有较高的风能利用系数，且起动风速较高。另外，叶片数目确定应与实度一起考虑，既要考虑风能
风电场风机基础设计方案标准
附件3 中国国电集团公司 风电场风机基础设计标准 1 目的 为规范中国国电集团公司的风力发电工程中的风机基础设计工作，统一风机基础设计的内容、深度，本着因地制宜、保护环境和节约资源的原则，做到技术先进、安全适用、经济合理、便于施工，特制定本标准。本标准主要规定了风力发电工程中风机基础设计基本原则和方法，涉及地基基础的工程地质条件、荷载、基础选型、设计流程、地基处理、基础构造等内容。 2 范围 本标准适用于中国国电集团公司全资和控股建设的的陆上风力发电工程风机的地基基础设计。 3 引用标准和文件 《风电场工程等级划分及设计安全标准》FD002-2007 《风电机组地基基础设计<试行）》FD003-2007 《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2002 《高耸结构设计规范》GBJ 50135-2006 《混凝土结构设计规范》GB 50010-2018 《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002
《冻土地区建筑地基基础设计规范》JGJ 118-98 《建筑抗震设计规范》GB 50011-2018 《构筑物抗震设计规范》GB 50191-93 《建筑桩基技术规范》JGJ 94- 2008 《工业建筑防腐蚀设计规范》GB 50046-2008 《水工建筑物抗冰冻设计规范》DL/T 5082-1998 《混凝土外加剂应用技术规范》GB50119-2003 《大体积混凝土施工规范》GB50496-2009 《湿陷性黄土地区建筑规范》GB 50025-2004 《膨胀土地区建筑技术规范》GBJ 112-1987 《建筑变形测量规程》JGJ/T8-97 4 术语和定义 本标准中的术语定义与下列标准中的规定相同： 《风电机组地基基础设计设计规定<试行）》FD003-2007 《混凝土结构设计规范》GB50010-2018 5 一般规定 5.1基础设计应本着因地制宜、保护环境和节约资源的原则，做到安全适用、经济合理、技术先进、便于施工。 5.2风电机组地基基础主要按《风电机组地基基础设计规定<试行）》设计。对于湿陷性土、多年冻土、膨胀土和处于侵蚀环境、受温度影响的地基等，尚应符合国家现行有关标准的要求。 5.3风机基础设计采用极限状态设计方法，荷载和分项系数的取
空气动力学基础知识及飞行基础原理笔试题
空气动力学基础及飞行原理笔试题 1绝对温度的零度是：C A -273℉ B -273K C -273℃ D 32℉ 2 空气的组成为C A 78％氮，20％氢和2％其他气体 B 90％氧，6％氮和4％其他气体 C78％氮，21％氧和1％其他气体 D 21％氮，78％氧和1％其他气体 3 流体的粘性系数与温度之间的关系是? B A液体的粘性系数随温度的升高而增大。 B气体的粘性系数随温度的升高而增大。 C液体的粘性系数与温度无关。 D气体的粘性系数随温度的升高而降低。 4 在大气层内，大气密度：C A在同温层内随高度增加保持不变。B随高度增加而增加。 C随高度增加而减小。D随高度增加可能增加，也可能减小。 5 在大气层内，大气压强：B A随高度增加而增加。B随高度增加而减小。 C在同温层内随高度增加保持不变。C随高度增加可能增加，也可能减小。 6 增出影响空气粘性力的主要因素 B C A空气清洁度B速度梯度C空气温度D相对湿度 7 对于空气密度如下说法正确的是B A空气密度正比于压力和绝对温度B空气密度正比于压力，反比于绝对温度C空气密度反比于压力，正比于绝对温度D空气密度反比于压力和绝对温度 8 “对于音速．如下说法正确的是”C A只要空气密度大，音速就大”B“只要空气压力大，音速就大“ C”只要空气温度高．音速就大”D“只要空气密度小．音速就大” 9 假设其他条件不变，空气湿度大：B A空气密度大，起飞滑跑距离长B空气密度小，起飞滑跑距离长 C空气密度大，起飞滑跑距离短D空气密度小，起飞滑跑距离短 10一定体积的容器中。空气压力D A与空气密度和空气温度乘积成正比B与空气密度和空气温度乘积成反比
风力发电机设计
摘要 自然风的速度和方向是随机变化的，风能具有不确定特点，如何使风力发电机的输出功率稳定，是风力发电技术的一个重要课题。迄今为止，已提出了多种改善风力品质的方法，例如采用变转速控制技术，可以利用风轮的转动惯量平滑输出功率。由于变转速风力发电组采用的是电力电子装置，当它将电能输出输送给电网时，会产生变化的电力协波，并使功率因素恶化。 风能利用发展中的关键技术问题风能技术是一项涉及多个学科的综合技术。而且，风力机具有不同于通常机械系统的特性：动力源是具有很强随机性和不连续性的自然风，叶片经常运行在失速工况，传动系统的动力输入异常不规则，疲劳负载高于通常旋转机械几十倍。 本文通过对风力发电机的总体设计，叶片、轮毂机构的设计，水平回转机构的设计，齿轮箱系统的设计，以达到利用风能发电的目的，有效利用风能资源，减少对不可再生资源的消耗，降低对环境的污染。 关键词：风能；风力发电机；叶片；轮毂；齿轮箱
Abstract Natural wind speed and direction of change is random, wind characteristics of uncertainty, how to make wind turbine output power stability, wind power technology is an important subject. So far, have raised a variety of ways to improve the quality of the wind, such as the use of variable speed control technology, can make use of wind round the moment of inertia smooth power output. Because variable speed wind power group using a power electronic devices, when it will transfer to the output of electric power grids, will change in the wave's power, and power factor deterioration. Use of wind energy in the development of key technical issues involved in wind energy technology is one of a number of integrated technical disciplines. Moreover, the wind turbine is usually different from the mechanical system characteristics: a strong power source is not random and continuity of the natural wind, the leaves often run in the stall condition, the power transmission system very irregular importation, fatigue load than Rotating Machinery usually several times. Based on the wind turbine design, leaves, the wheel design, level of rotating the design, gear box system design, use of wind power to achieve the objective of effective use of wind energy resources, reduce non-renewable resources Consumption, reduce the environmental pollution. Key words: wind power；wind power generators；blade；wheel；Gearbox
1第一章空气动力学基础知识
第四单元飞机与飞机系统 第一章空气动力学基础知识 大气层和标准大气 地球大气层 地球表面被一层厚厚的大气层包围着。飞机在大气层内运动时要和周围的介质——空气——发生关系，为了弄清楚飞行时介质对飞机的作用，首先必须了解大气层的组成和空气的一些物理性质。 根据大气的某些物理性质，可以把大气层分为五层：即对流层(变温层)、平流层(同温层)、中间层、电离层(热层)和散逸层。 对流层的平均高度在地球中纬度地区约11公里，在赤道约17公里，在两极约8公里。对流层内的空气温度、密度和气压随着高度的增加而下降，并且由于地球对大气的引力作用，在对流层内几乎包含了全部大气质量的四分之三，因此该层的大气密度最大、大气压力也最高。大气中含有大量的水蒸气及其它微粒，所以云、雨、雪、雹及暴风等气象变化也仅仅产生在对流层中。另外，由于地形和地面温度的影响，对流层内不仅有空气的水平流动，还有垂直流动，形成水平方向和垂直方向的突风。对流层内空气的组成成分保持不变。 从对流层顶部到离地面约30公里之间称为平流层。在平流层中，空气只有水平方向的流动，没有雷雨等现象，故得名为平流层。同时该层的空气温度几乎不变，在同一纬度处可以近似看作常数，常年平均值为摄氏零下度，所以又称为同温层。同温层内集中了全部大气质量的四分之一不到一些，所以大气的绝大部分都集中在对流层和平流层这
两层大气内，而且目前大部分的飞机也只在这两层内活动。 中间层从离地面30公里到80至100公里为止。中间层内含有大量的臭氧，大气质量只占全部大气总量的三千分之一。在这一层中，温度先随高度增加而上升，后来又下降。 中间层以上到离地面500公里左右就是电离层。这一层内含有大量的离子(主要是带负电的离子)，它能发射无线电波。在这一层内空气温度从-90℃升高到 1 000℃，所以又称为热层。高度在150公里以上时，由于空气非常稀薄，已听不到声音。 散逸层位于距地面500公里到1 600公里之间，这里的空气质量只占全部大气质量的1011 ，是大气的最外一层，因此也称之为“外层大气”。 大气的物理性质 大气的物理性质主要包括：温度、压强、密度、粘性和可压缩性等。 气体的压强p是指气体作用于容器内壁的单位面积上的正压力。大气的压强是指大气垂直地作用于物体表面单位面积上的力。 随着高度的增加，由于大气越来越稀薄，大气的压强逐渐降低。 气体的温度T表征气体的冷热程度，是与气体分子运动密切相关的。温度的度量单位常用摄氏温标t[℃]和绝对温标T[K]来表示。从微观来看，气体分子作不规则的热运动时，它的运动平均动能越大，则宏观表现为温度越高。气体分子运动的平均动能与绝对温度成正比。在绝对温标零点，理想气体的分子热运动就终止了。 单位体积物体所含有的质量称为密度。在国际单位制中，密度的单位是千克/米3。空气的密度与压力的变化成正比，与温度的变化成反比。随着高度的增加，大气的密度逐渐降低。 当气体层间发生相对运动或气体与物体间发生相对运动时，在气体内部两个流体层接触面上或者在气体与物体的两个接触面上，便产生相互牵扯和相互粘连的内摩擦力，
2021年浅谈国内风电整机技术发展
浅谈国内风电整机技术发展 董礼 中国的低风速风电发展至今，已经进入了风电开发的“无人区”，下一步怎么走只有自己向前探索，仅仅靠引进技术很难走得太远。 近日，华锐的A股股价跌到近5元，名副其实的是A股最低价格的股票了，似乎也走到了退市的边缘。昔日风电老大如今的境况有点让人惋怜。而盾安高价收购华创，让垂涎欲滴的明阳没能实现产业的进一步扩张。有朋友说，这一收购将开启了国内整机商的并购大幕，这个还需要拭目以待。但无论怎样，中国风电整机市场这些年的竞争可以用惨烈来形容，28年统计的国内整机制造商超过8多家，而今天成规模的只有2家左右，这个数字还将会进一步的缩小。 （一）技术之源 记得27年左右，我还在廖明夫教授那读博士，一个造纸厂的老板找到主持中德风电培训项目的廖教授，说要搞风电整机，而且认为自己完全有能力搞，觉得搞个风车很容易的事情。这样“自信”的公司非常之多，找廖老师的也很多，多是想让其指点一二，均被廖老师泼了冷水。很多企业在后来的风电整机路上也并不顺利，其最主要的原因就是盲目自信、忽略了风电的复杂性、犯了一些设计原则性的问题。有些公司据说为了规避倒塔，其某型号塔筒设计重量比行业内的佼佼者高出近百吨。如果真是这样的话，何谈竞争力呢？华创应该算是自主设计了，沈阳工大的技术，但始终没有较佳的表现。 而目前国内排名靠前的整机厂，无一不是采用了技术引进、消化、再“创新”的路线，技术来源包括Furlander、Vensys、Aerodyn、GH、Windtec、Repower等。其中，华锐引进了Furlander的5MW整机技术，并创造了过山车似的发展历史，而当时的Furlander在德国几乎是“揭不开锅的”（欧洲没什么市场），华锐的橄榄枝挽救了Furlander几年的生命，不过在213年这家公司还是破产了。记得6年底我还去了这家公司参观访问，大胡子老板的中国式的热情，也印证了他对中国人的好感。当然华锐股价从上市之初的9元一路走到今天的全股市最低价，肯定不能完全归咎于引进技术的优劣，然而技术之源确实影响深远。 国内的联合动力、明阳、海装的主流机型的技术来源于德国Aerodyn公司。所引进的设计秉承了德国工业“靠谱”的特点，设计出的机组安全性较好，传动链选用可靠性较高的四点支撑结构，机组的余量较大。这也为这些公司近年来在低风速的平台化推进奠定了基础，在引进的5MW技术平台上联合动力推出了最大到97m风轮直径的产品，并且适用到3类风区，确实是步伐不小。至于行业最大的黑马远景，也是高仿GE和Siemens的产品，某种程度上也算是一种技术引进。历史是一面镜子，或许今天海上风电的发展应以史为鉴，还好我们今天的基础要比当年好很多，但真正靠谱的可以引进的技术也并不多，需要认真鉴别。上海电气和西门子的绑定会不会成功，拭目以待吧。
风力发电机组的运行维护技术通用范本
内部编号：AN-QP-HT893 版本/ 修改状态：01 / 00 The Production Process Includes Determining The Object Of The Problem And The Scope Of Influence, Analyzing The Problem, Proposing Solutions And Suggestions, Cost Planning And Feasibility Analysis, Implementation, Follow-Up And Interactive Correction, Summary, Etc. 编辑：__________________ 审核：__________________ 单位：__________________ 风力发电机组的运行维护技术通用范 本
风力发电机组的运行维护技术通用范本 使用指引：本解决方案文件可用于对工作想法的进一步提升，对工作的正常进行起指导性作用，产生流程包括确定问题对象和影响范围，分析问题提出解决问题的办法和建议，成本规划和可行性分析，执行，后期跟进和交互修正，总结等。资料下载后可以进行自定义修改，可按照所需进行删减和使用。 随着科技的进步，风电事业的不断发展。风能公司下属的达坂城风力发电场的规模也日益扩大，单机容量从30kW逐渐升至 600kW，风机也由原来的引进进口设备，发展到了如今自己生产、设计的国产化风机。伴随着风机种类和数量的增加，新机组的不断投运，旧机组的不断老化，风机的日常运行维护也是越来越重要。现在就风机的运行维护作一下探讨。 一．运行
叶片的空气动力学基础
叶片的空气动力学基础 在风力机基础知识一节中介绍过叶片的升力与阻力基本知识,本节将进一步介绍相关理论知识。在风力机基础知识一节中已作介绍的不再重复,仅介绍有关内容的提高部分。 常用叶片的翼型 由于平板叶片攻角略大就易产生气流分离,阻力增大;平板的强度也很低,所以正式的叶片截面都就是流线型的,即使有一定厚度阻力也很小。图1就是一幅常见翼型的几何参数图,该翼型的中弧线就是一条向上弯曲的弧线,称这种翼型为不对称翼型或带弯度翼型,比较典型的带弯度翼型为美国的NACA4412。 图1--翼型的几何参数 当弯度等于0时,中弧线与弦线重合,称这种翼型为对称翼型,图2就是一个对称翼型,比较典型的对称翼型为美国的NACA0012。
图2--对称翼型的几何参数 图3就是一个性能较好的适合风力机的低阻翼型,就是带弯度翼型,在水平轴风力机中应用较多。 图3--带弯度的低阻翼型 翼型的升力原理 有关翼型的升力原理解释有多种,归纳起来主要依据就是基于牛顿定律的气流偏转产生反作用力与基于伯努利原理的气流速度不同产生压差两个原理,我们结合这两个原理对翼型的升力作通俗的解释。
带弯度翼型在攻角为0度时的升力与阻力 图4就是一个带弯度翼型在攻角为0度时的流线图与压强分布图,左图就是该翼型的流线图,由于翼型上下面不对称,气流在上下面的流动状态也不同。翼型上表面就是凸起的,通道截面减小,气流的流速会加快,另一个原因就是凸起的表面使翼型后面的气压有所减小,前后的压差使得气流速度加快,特别就是翼型上表面前端流速较快。翼型下表面较平,多数气流基本就是平稳流过,由于由于上表面前端高速气流产生低压的吸引,翼型前端气流都向上表面流去,造成靠下表面的气流通道加宽,导致靠近下表面的气流速度有所下降。这样流过上表面的气流速度要比下表面快,根据伯努利原理,流速快的地方压力比流速慢的地方压力小,也就就是说翼型下方压力大于上方,压力差使翼型获得一个向上的力Fl,所以说带弯度翼型在攻角为0度时也会有升力。 图4--翼型在攻角为0度时的流线图与压强分布图图4右图就是该翼型的压力分布图,图中翼型上部分浅绿色区域内的绿色箭头线就是上表面的压力分布,箭头线的长短与方向表示该点的压
风电基础施工方案设计
目录 第一章前言 (2) 第二章施工优势 (2) 第三章工程概况及特点 (3) 第四章主要工程量 (5) 第五章工程难点特点分析及采取的措施 (6) 第六章施工部署 (7) 第七章施工总平面布置及管理措施 (13) 第八章主要施工方案及措施 (20) 第九章工程进度计划及管理 (33) 第十章质量管理及技术管理 (38) 第十一章职业安全健康保证体系 (45) 第十二章环境保护及文明施工 (51) 第十三章特殊条件下的施工措施 (54) 第十四章计划、统计和信息管理 (55)
第一章前言 编制说明 本工程施工组织设计是按《国华乾安一、二期项目风机及箱变基础建筑、安装工程招标文件》、国家现行技术法规及施工规、规程、标准编制的。依据的主要技术标准与规见下：风电机组地基基础设计规定（2007）FD003-2007 建筑结构荷载规（2006年版）GB 50009-2001 混凝土结构设计规GB 50010-2002 建筑地基基础设计规GB 50007-2002 建筑抗震设计规（2008年版）GB 50011-2001 地下工程防水技术规GB50108—2001 建筑结构制图标准GB/T 50105-2001 房屋建筑制图统一标准GB/T 50001-2001 建筑结构可靠度设计统一标准GB 50068-2001 《电力建设施工质量及评定规程》（第1部分：土建工程） 建筑工程施工质量验收统一标准GB50300-2001 混凝土结构工程施工质量验收规GB50204-2002 其它有关的现行规程、规 第二章施工优势 一、真诚的感谢业主对我公司的信任，能够给予我公司参与本工程投标机会！我们深知本工程的特殊性与重要性，我公司从上到下表现出了高度的重视程度，我们将会十分珍惜此次机遇。 二、接到招标文件和设计图纸后，我公司多次组织工程技术管理人员对招标文件和图纸进行了仔细认真的研究，并组织了各个专题会对该项工程的特点、重点、难点进行反复的研究和方案论证比较，并认真的准备了该工程投标预备会的答疑文件，其目的是使施工组织设计科学、合理、详尽，具有很强的可操作性和针对性。 三、我公司通过认真研究招标文件和图纸后对本工程的“桩基础施工方案”、“混凝土施工方案”、“安装工程施工方案”、“工程测量和检验试验方案”、“工程进度计划安排和进