风电增速箱结构设计叙谈

文章编号:1004-2539(2004)05-0033-02

风电增速箱结构设计叙谈

(杭州前进齿轮箱集团有限公司,　浙江杭州　311200)　汤克平

摘要　对风电增速箱结构作了较为详尽的阐述,对风电增速箱选用及设计有实用参考价值。

关键词　风电增速箱　行星机构　均载机构　强制润滑　组合密封

引言

在我国电力供应结构中,火力发电占75%。由于煤炭为不可再生能源,随着我国工业的高速发展,产业发展正面临能源日益短缺带来的威胁。同时火力发电带来大量的二氧化碳排放,严重污染环境。水力发电也面临水资源匮乏的制约。而我国风能资源非常丰富,可供开发利用的风能年发电量可达4万亿kW?h,相当于目前我国年总发电量的二倍多。风能可以说取之不尽,用之不竭。且风力发电无污染,为绿色能源。1996年以来,31%的年平均增长率在高速增长。但至2002年风电发电量只占我国总发电量的0.4%,开发风电能源前景非常广阔。

任重道远,发展风电正面临技术瓶颈的制约。目前我国各大风电场所使用风电机组绝大部份依赖进口,成本居高不下,不利于风电市场进一步大规模开发。风电技术的国产化是我国发展风电领域的重要课题。而风电增速箱又是风电机组中的核心部件。风电增速箱结构受机组选型的限制,国内机组选型往往借鉴国外经验。而国外机型多种多样,远没有达到标准化、系列化的程度。

作者从事风电增速箱的开发设计工作已有多年,接触过不同功率的风电增速箱设计,从200kW、250kW、300kW、600kW、660kW、750kW、1100kW一直到1300kW。在从事设计的工作过程中,积累了不少认识和体会,在此与大家探讨。希望本文对风电机组选型以及风电齿轮箱结构设计有参考作用。

1　总体结构简况

目前,国内风电增速箱由于受机组选型的限制,结构各异。200kW、250kW、300kW风电增速箱多为两级定轴传动结构。600kW风电增速箱结构型式最多,如新疆金风科技的是一级行星+两级定轴传动结构,北京万电的是两级行星传动结构,洛拖美德的是功率分流型传动结构。浙江省机电研究院的750kW风电增速箱结构更是新颖,为一级双联行星+一级定轴传动组合。1100kW、1300kW风电增速箱为一级行星+两级定轴传动结构。

2　结构设计要点

2.1　齿轮箱输入端的联接

联接方式主要有以下几种:

1)输入大轴由两轴承单独支撑,齿轮箱通过胀紧套与轴联接,齿轮箱只传递转矩不承受弯矩,如浙江省机电研究院的200kW、250kW风电增速箱。

2)输入大轴一端支承在机舱里的大轴承上,另一端支承在齿轮箱上,齿轮箱通过胀紧套与轴联接,齿轮箱在传递转矩的同时,且承受叶片作用的弯矩,如内蒙古引进F LE NDER公司的600kW、洛拖美德的660kW、浙江省机电研究院的750kW以及江西直升飞机研究所的1300kW等齿轮箱。

3)输入大轴与齿轮箱连成一体,如新疆金风科技的600kW齿轮箱,输入大轴与叶片轮毂通过法兰联接。齿轮箱传递转矩的同时且承受叶片作用的重力及弯矩。

从齿轮箱维修角度看,输入大轴单独支撑,既便于与齿轮箱分离,又能减轻齿轮箱的承载,大大降低维修费用,较为合理。

输入大轴与齿轮箱输入轴的联接方式主要有法兰、花键、胀紧套等。随着风电技术向大功率方向发展,胀紧套联接最为常见。胀紧套联接传递转矩大、结构紧凑,且具有超载保护作用。但实际应用中也出现大轴与齿轮箱输入轴咬死,分离困难等情况。设计时,在提高材质性能、接合面硬度及表面粗糙度同时,在齿轮箱输入轴加高压油孔及油槽是较为有效的解决办法。

2.2　行星架结构

行星架是行星机构中结构较为复杂的零件,承受

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第28卷　第5期 风电增速箱结构设计叙谈

力矩最大,要求足够的强度与刚度,受载变形要小。通常采用整体双壁式结构,常用材料QT700-2、ZG310-570、ZG340-640、ZG40Cr等铸造材料;如行星架与输入轴为一体,且齿轮箱输入轴与输入大轴经胀紧套联接,则材料取合金铸钢为宜,如ZG34CrNiM o等,具有较高的强度、冲击韧性及抗蠕变性。整体式铸造结构刚度好,宜用于批量生产。对于单件生产,也可采用焊接式行星架。单壁式行星架轴向尺寸小,刚性差,一般只适用于中小功率的传动。行星架一般需做平衡试验。

2.3　均载机构型式

为补偿不可避免的制造误差,行星传动一般采用均载机构,均衡各行星轮传递的载荷,提高齿轮的承载能力、啮合平稳性和可靠性,同时可降低对齿轮的精度要求,从而降低制造成本。由于太阳轮重量轻,惯性小,作为均载浮动件时浮动灵敏,结构简单,被广泛应用于中低速工况下的浮动均载。在风电增速箱中,常采用太阳轮浮动。太阳轮通过齿形联轴器与第一级定轴主动轴联接,为增加太阳轮的浮动量,配对外齿需加工为鼓形齿。为增加耐磨性,内外齿齿面需有较高的硬度。

2.4　定轴级大齿轮与轴的联接型式

通常采用圆柱过盈配合的方法,其过盈量需经精确计算,加工容易,工作可靠。也有采用双平键联接的,如内蒙风场进口F LE NDER公司生产的600kW齿轮箱,尽管拆卸方便,但加工精度要求高。

2.5　高速轴的设计

由于制动器一般装于高速端,瞬间制动对高速轴的冲击较大,高速轴故障频率较高,高速轴设计安全系数宜大不宜小。同时应考虑高速轴维修方便,以在机舱上能完成维修任务为佳。

2.6　轴承选用

由于风电增速箱可靠性要求高,要求采用进口轴承,原则上轴承设计承寿命为13万小时。输入端大轴承采用单列滚子轴承较为普遍,对于中小功率齿轮箱也有采用双列调心滚子轴承的。行星轮中间的轴承以采用短圆柱滚子轴承或双列调心滚子轴承为宜。定轴级轴承:对于600kW以下齿轮箱,双列调心滚子轴承应用较广,因为双列调心滚子轴承具有较高的额定载荷,同时能承受一定的轴向力。如250kW、600kW齿轮箱均采用双列调心滚子轴承。随着风电齿轮箱向大功率方向发展,单一的双列调心滚子轴承已难以满足承载需要,通常采取单列滚子与四点接触轴承组合方式,四点接触轴承可以承受较大的轴向力。如750kW、1100kW、1300kW风机增速箱均为此结构。

2.7　齿轮精度等级

提高齿轮精度等级,可以提高齿轮载能力,改善啮合平稳性,提高润滑油油膜比厚,保持油膜稳定性。较高的齿轮精度等级是必要的,对风电增速箱而言,外齿轮一般采用5级,内齿圈采用6级精度。

2.8　润滑系统的设置

除较小功率齿轮箱,如200kW、250kW风电增速箱的润滑均采用飞溅润滑方式外,功率大于300kW的齿轮箱均需强制润滑,齿轮箱需外接一套润滑系统。系统需配备一定流量的循环润滑系统并应带有冷却器(有风冷式和水冷式两种),根据测定油温,决定是否启用强制冷却方式,还需配备温度、油位传感器等远程控制元器件。润滑油采用美孚齿轮油SHC X MP320等类似的油品为佳,既有较好的低温适应性(倾点可达-38℃),有利于低温起动,又有较好的高温稳定性,保持较高的工作黏度等级,有利于油膜的形成,提高和保持齿轮齿面承载能力。油管直径由大到小,总油管宜取较大通径,以利于均衡分配各润滑点的油量,并应保持一定的供油压力。中、高速级齿轮及各轴承均需强制润滑。

2.9　齿轮箱轴端密封型式的选择

通常有间隙密封、密封圈密封、盘根密封以及组合密封等。风电增速箱处于较为恶劣的工作环境,对润滑油密封的同时还需考虑防尘。本人认为,油槽甩油密封与盘根组合使用,密封效果好且维修方便。盘根以选增强聚四氟乙烯材料为宜,因其有较高的许用线速度。

3　结束语

以上是针对风电增速箱常见结构,以及主要部件、相关技术的罗列及部份结构设计技术的探讨。齿轮箱有关方面的设计制造技术还有许多,文中介绍并不是全部。深信经过我们大家的不懈努力,会完全掌握彻底替代进口产品的设计制造技术。愿我国风电事业更快、更好地发展。

参考文献

1　成大先.机械设计手册.北京:机械工业出版社,2002

2　施鹏飞.风力发电的进展与趋势.中国电力,2002(9):86～90

收稿日期:20040110 收修改稿日期:20040225

作者简介:汤克平(1971-),男,浙江省天台县人,工程师

43 机械传动 2004年

风力发电机的增速齿轮箱的设计

摘要 风电产业的飞速发展促成了风电装备制造业的繁荣，风电齿轮箱作为风电机组的核心部件，倍受国内外风电相关行业和研究机构的关注。但由于国内风电齿轮箱的研究起步较晚，技术薄弱，特别是兆瓦级风电齿轮箱，主要依靠引进国外技术。因此，急需对兆瓦级风电齿轮箱进行自主开发研究，真正掌握风电齿轮箱设计制造技术，以实现风机国产化目标。 本文设计的是兆瓦级风力发电机组的齿轮箱，通过方案的选取，齿轮参数计算等对其配套的齿轮箱进行自主设计。 首先，确定齿轮箱的机械结构。选取一级行星派生型传动方案，通过计算，确定各级传动的齿轮参数。对行星齿轮传动进行受力分析，得出各级齿轮受力结果。依据标准进行静强度校核，结果符合安全要求。 其次，基于Pro／E参数化建模功能，运用渐开线方程及螺旋线生成理论，建立斜齿轮的三维参数化模型。 然后，对齿轮传动系统进行了齿面接触应力计算。先利用常规算法进行理论分析计算。关键词：风力发电，风机齿轮箱，结构设计，建模 Abstract The rapid development of wind power industry lead to the prosperity of wind power equipment manufacturing industry．As the core component of wind turbine，the gearbox is received much concern from related industries and research institution both at home and abroad．However, due to the domestic research of gearbox for wind turbine starts late，technology is weak，especially in the gearbox for MW wind turbine，which mainly relied on the introduction of foreign technology．Therefore，it is urgent need to carry out independent development and research on MW wind power gearbox，and truly master the design and manufacturing technology in order to achieve the goal of localization． This paper takes the wind power。The independent design of the gearbox matching for the wind turbine has been carried out by selecting the transmission scheme and calculating the gear parameters。 Firstly, the mechanical structure of gearbox is determined．The two-stage derivation planetary transmission scheme is selected．The gear parameters of every stage transmission is

风电叶片设计流程

叶片设计流程 一．空气动力设计 1．确定风轮的几何和空气动力设计参数 2．选择翼型 3．确定叶片的最佳形状 4．计算风轮叶片的功率特性 5．如果需要可以对设计进行修改并重复步骤4，以找到制造 工艺约束下的最佳风轮设计。 6．计算在所有可遇尖速比下的风轮特性 对于每个尖速比可采用上面步骤4所述的方法，确定每个叶素的空气动力状态，由此确定整个风轮的性能。 7．风力机叶片三维效应分析 8．非定常空气动力现象 9．风力机叶片的动态失速 10．叶片动态入流 二．风机载荷计算 作为风力机设计和认证的重要依据，用于风力机的静强度和疲劳强度分析。国际电工协会制定的IEC61400-1标准、德国船级社制定的GL 规范和丹麦制定的DS 472标准等对风力机的载荷进行了详细的规定。

2.1IEC61400-1 标准规定的载荷情况 2.2风机载荷计算 1计算模型 1）风模型 （1）正常风模型 （2）极端风模型 （3）三维湍流模型 2）风机模型 风机模型包括几何模型、空气动力学模型、传动系统动力学模型、控制系统闭环模型和运行状态监控模型等。 2风力机载荷特性 1）叶片上的载荷 （1）空气动力载荷 包括摆振方向的剪力Q yb和弯矩M xb、挥舞方向的剪力Q xb和弯矩M yb以及与变浆距力矩平衡的叶片俯仰力矩M zb。可根据叶片空气动力设计步骤4中求得的叶素上法向力系数Cn和切向力系数Ct, 通过积分求出作用在叶片上的空气动力载荷。 （2）重力载荷 作用在叶片上的重力载荷对叶片产生的摆振方向弯矩，随叶片方位角的变化呈周期变化，是叶片的主要疲劳载荷。 （3）惯性载荷

（4）操纵载荷 2）轮毂上的载荷 3）主轴上的载荷 4）机舱上的载荷 5）偏航系统上的载荷 6）塔架上的载荷 三．风力机气动弹性 当风力机在自然风条件下运行时，作用在风力机上的空气动力、惯性力和弹性力等交变载荷会使结构产生变形和振动，影响风力机的正常运行甚至导致风力机损坏。因此，在风力机的设计中必须考虑系统的稳定性和在外载作用下的动力响应，主要有①风力机气动弹性稳定性和动力响应②风力机机械传动系统的振动③风力机控制系统（包括偏航系统和变浆距系统等）的稳定性和动力响应④风力机系统的振动。 3.1风力机气动弹性现象 1．风力机叶片气动弹性稳定性问题 2．风力机系统振动和稳定性问题 3.2风力机气动弹性分析 目的是保证风力机在运行过程中不出现气动弹性不稳定。主要的方法是特征值法和能量法。特征值法是在求解弹性力学的基本方 程中，考虑作用在风力机叶片上的非定常空气动力，建立离散的描述风力机叶片气动弹性运动的微分方程。采用Floquet理论求解，最后 稳定性判别归结为状态转移矩阵的特征值计算。

风机齿轮箱介绍

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低温状态下抗冷脆性等特性；应保证齿轮箱平稳工作，防止振动和冲击；保证充分的润滑条件，等等。对冬夏温差巨大的地区，要配置合适的加热和冷却装置。还要设置监控点，对运转和润滑状态进行遥控。 不同形式的风力发电机组有不一样的要求，齿轮箱的布置形式以及结构也因此而异。在风电界水平轴风力发电机组用固定平行轴齿轮传动和行星齿轮传动最为常见。 如前所述，风力发电受自然条件的影响，一些特殊气象状况的出现，皆可能导致风电机组发生故障，而狭小的机舱不可能像在地面那样具有牢固的机座基础，整个传动系的动力匹配和扭转振动的因素总是集中反映在某个薄弱环节上，大量的实践证明，这个环节常常是机组中的齿轮箱。因此，加强对齿轮箱的研究，重视对其进行维护保养的工作显得尤为重要。 第二节设计要求 设计必须保证在满足可靠性和预期寿命的前提下，使结构简化并且重量最轻。通常应采用CAD优化设计，排定最佳传动方案，选用合理的设计参数，选择稳定可靠的构件和具有良好力学特性以及在环境极端温差下仍然保持稳定的材料，等等。 一、设计载荷 齿轮箱作为传递动力的部件，在运行期间同时承受动、静载荷。其动载荷部分取决于风轮、发电机的特性和传动轴、联轴器的质量、刚度、阻尼值以及发电机的外部工作条件。 风力发电机组载荷谱是齿轮箱设计计算的基础。载荷谱可通过实测得到，也可以按照JB/T1030 0标准计算确定。当按照实测载荷谱计算时，齿轮箱使用系数KA＝1。当无法得到载荷谱时，对于三叶片风力发电机组取KA=1.3。 二、设计要求 风力发电机组增速箱的设计参数，除另有规定外，常常采用优化设计的方法，即利用计算机的分析计算，在满足各种限制条件下求得最优设计方案。 （一）效率 齿轮箱的效率可通过功率损失计算或在试验中实测得到。功率损失主要包括齿轮啮合、轴承摩擦、润滑油飞溅和搅拌损失、风阻损失、其它机件阻尼等。齿轮的效率在不同工况下是不一致的。 风力发电齿轮箱的专业标准要求齿轮箱的机械效率应大于97%，是指在标准条件下应达到的指标。 （二）噪声级 风力发电增速箱的噪声标准为85dB（A）左右。噪声主要来自各传动件，故应采取相应降低噪声的措施： 1. 适当提高齿轮精度，进行齿形修缘，增加啮合重合度； 2. 提高轴和轴承的刚度； 3. 合理布置轴系和轮系传动，避免发生共振； 4. 安装时采取必要的减振措施，将齿轮箱的机械振动控制在GB/T8543规定的C级之内。（三）可靠性 按照假定寿命最少20年的要求，视载荷谱所列载荷分布情况进行疲劳分析，对齿轮箱整机及其零件的设计极限状态和使用极限状态进行极限强度分析、疲劳分析、稳定性和变形极限分析、动力学分析等。分析方法除一般推荐的设计计算方法外，可采用模拟主机运行条件下进行零部件试验的方法。 在方案设计之初必须进行可靠性分析，而在施工设计完成后再次进行详细的可靠性分析计算，其中包括精心选取可靠性好的结构和对重要的零部件以及整机进行可靠性估算。 本月热门 ·语文教学论文集语文论文·毛泽东军事思想来源论略_·电子商务与物流_电子商务·建立科学有效的绩效管理体·浅谈小学一年级数学教学数·突围三农：求教马克思_经·锁定高效沟通管理_管理理·音乐课应重视音乐欣赏论·小学低年级识字教学浅谈语·网络营销市场每周分析摘要·小学一年级语文数学试卷集·德育“六化”_德育论文 ·初中学生期末评语300条_班·试论旅游资源的开发与保护·“做个守纪律的学生”主题 本日热门 ·浅谈小学一年级数学教学数·小学低年级识字教学浅谈语·音乐课应重视音乐欣赏论·突围三农：求教马克思_经·初中学生期末评语300条_班·试论大学生体育能力及其培·社交礼仪 ·全面预算发展趋势——战略·学会宽容_思想道德论文·如何创建学习型组织 ·目前国内经济形势与建立社·“做个守纪律的学生”主题·小学一年级数学试题库 ·探究──小学科学教育的灵·在企业各层级建立领导力

风力发电机齿轮增速箱毕业设计完整版

风力发电机齿轮增速箱 毕业设计 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】

摘要 风电产业的飞速发展促成了风电装备制造业的繁荣，风电齿轮箱作为风电机组的核心部件，倍受国内外风电相关行业和研究机构的关注。但由于国内风电齿轮箱的研究起步较晚，技术薄弱，特别是兆瓦级风电齿轮箱，主要依靠引进国外技术。因此，急需对兆瓦级风电齿轮箱进行自主开发研究，真正掌握风电齿轮箱设计制造技术，以实现风机国产化目标。 本文设计的是兆瓦级风力发电机组的齿轮箱，通过方案的选取，齿轮参数计算等对其配套的齿轮箱进行自主设计。 1）根据风电齿轮箱承受载荷的复杂性，对其载荷情况进行了分析研究,确定齿轮箱的机械结构。选取两级行星派生型传动方案，在此基础上进行传动比分配与各级传动参数如模数，齿数，螺旋角等的确定；通过计算，确定各级传动的齿轮参数；选择适当的齿轮。 2）对行星齿轮传动进行受力分析，得出各级齿轮载荷结果。依据标准进行静强度校核，结果符合安全要求。 3）绘制CAD装配图，并确定恰当合理参数。 关键词：风电齿轮箱；风力发电；结构设计。

ABSTRACT The rapid development of wind power industry lead to the prosperity of wind power equipment manufacturing industry．As the core component of wind turbine，the gearbox is received much concern from related industries and research institution both at home and abroad．However, due to the domestic research of gearbox for wind turbine starts late，technology is weak，especially in the gearbox for MW wind turbine，which mainly relied on the introduction of foreign technology．Therefore，it is urgent need to carry out independent development and research on MW wind power gearbox，and truly master the design and manufacturing technology in order to achieve the goal of localization． 1）The load Cases of gearbox for wind turbines ale analyzed，and the interrelation of loading cycle numbers under different torque levels is deduced according to the curve of materials’fatigue．the mechanical structure of gearbox is determined．The two-stage derivation planetary transmission scheme is selected．The gear parameters of every stage transmission is calculated．，and the force analysis results is obtained．

风电机组增速箱制造技术研究与进展

第３８卷第１期重庆大学学报Ｖｏｌ．３８Ｎｏ．１２０１５年２月Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＦｅｂ．２０１５ ｄｏｉ：１０．１１８３５／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－５８２Ｘ．２０１５．０１．０２１ 风电机组增速箱制造技术研究与进展 宣安光１，朱才朝２ （１．杭州前进齿轮箱集团股份有限公司，杭州３１１２０３；２．重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆４０００４４） 摘　要：增速齿轮箱作为风力发电设备的核心部件，其制造质量是保证机组整体性能的关键。 风电机组增速箱制造是一个涉及多学科的综合性技术，应充分利用现有技术条件，深入研究工艺基 础理论，完善工艺控制方法，促进新技术、新工艺、新材料的应用，真正实现数字化精益制造。文章 针对风电机组增速箱结构特点和使用工况，结合工程生产实践，总结风电齿轮箱的工艺技术要求和 特点；分析风电齿轮箱齿轮、箱体及行星架等关键零部件的制造技术现状及存在的问题，提出提高 加工效率和控制热处理变形的措施，最后介绍风电齿轮箱测试技术。文章对指导风电增速箱制造 具有一定工程应用价值。 关键词：风电机组增速箱；工艺技术；热处理变形；加工；测试 中图分类号：ＴＭ６１４文献标志码：Ａ文章编号：１０００－５８２Ｘ（２０１５）０１－０１５５－０６ Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｎ ｗｉｎｄ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｇｅａｒｂｏｘ ＸＵＡＮ　Ａｎｇｕａｎｇ１，ＺＨＵ　Ｃａｉｃｈａｏ２ （１．Ｈａｎｇｚｈｏｕ　Ａｄｖａｎｃｅ　Ｇｅａｒｂｏｘ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｈａｎｇｚｈｏｕ　３１１２０３，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ； ２．Ｔｈｅ　Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　４０００４４，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｑｕａｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｇｅａｒｂｏｘ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ａ　ｃｏｒｅ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ，ｉｓ　ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｇｕａｒａｎｔｅｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅｓｕｐｅｒｉｏｒ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｗｉｎｄ　ｔｕｒｂｉｎｅ．Ｗｉｎｄ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｇｅａｒｂｏｘ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｉｓ　ａ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｎｅｓｓ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｉｎｖｏｌｖｅｄｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｄｉｓｃｉｐｌｉｎｅｓ．Ｔｏ　ｒｅａｌｉｚｅ　ｔｈｅ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｌｅａｎ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ｔｈｅ　ｉｎ－ｄｅｐｔｈ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｔｈｅｏｒｙ　ａｎｄｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｅｔｈｏｄ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ　ｂｙ　ｔａｋｉｎｇ　ｆｕｌｌ　ａｄｖａｎｔａｇｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ．Ａｌｓｏ，ｓｏｍｅ　ｎｅｗｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，ｎｅｗ　ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ　ａｎｄ　ｎｅｗ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｅｄ．Ｂｙ　ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｆｅａｔｕｒｅｓａｎｄ　ｔｈｅ　ａｃｔｕａｌ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｗｉｎｄ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｇｅａｒｂｏｘ　ａｎｄ　ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｐｒａｃｔｉｃｅｓ，ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ａｒｅ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｓｔａｔｅ，ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｔｅｎｄｅｎｃｙ　ｏｆ　ｈｉｇｈ－ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｗｉｎｄ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｇｅａｒ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ｈｏｕｓｉｎｇ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｐｌａｎｅｔ　ｃａｒｒｉｅｒｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｎ　ｓｏｍｅ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ａｒｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｈｅ　ｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｆｏｒ　ｗｉｎｄ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｉｔ　ｈａｓ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ　ｆｏｒｔｈｅ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｏｆ　ｗｉｎｄ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｇｅａｒｂｏｘｅｓ． Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｗｉｎｄ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｇｅａｒｂｏｘ；ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｈｅａｔ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ；ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ；ｔｅｓｔｉｎｇ 收稿日期：２０１４－１１－２０ 基金项目：国家科技支撑计划资助项目（２０１２ＢＡＡ０１Ｂ０５）。 Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ　ｂｙ　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｋｅｙ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｓｕｐｐｏｒｔ　Ｐｒｏｇｒａｍ（２０１２ＢＡＡ０１Ｂ０５）． 作者简介：宣安光（１９４４－），男，教授级高级工程师，主要研究方向为风力发电机组齿轮传动装置设计与制造，（Ｅ－ｍａｉｌ）ｘｕａｎａｎｇｕａｎｇ＠１６３．ｃｏｍ。

风电机组齿轮箱功率传递方式概述

风电机组齿轮箱功率传递方式概述 【摘要】在风电机组单机功率逐年提高的背景下，作为传动系统重要部件的主齿轮箱，其结构设计合理与否影响着传递功率的大小及效率。本文总结了近些年风电齿轮箱设计发展的概况，归纳比较了行星轮平行轴系、柔性轴等传动结构的原理和特点。 【关键词】齿轮箱；行星轮；功率分流；柔性轴 0.引言 随着风力发电在绿色发电领域的快速发展，尤其是在目前我国环境严重污染的大环境下，采取绿色、可持续的风电能源发展方向，是缓解我国能源配比，减少污染的必然选择。风电产业的蓬勃发展推动了该领域制造业同行的对比竞争。尤其是随着风电机组单机功率的不断扩展，使得齿轮箱在功率传递方式及结构设计方面不断的进行优化改进。 齿轮箱作为机组中最重要也是所占机组成本较大的部件，其成本大约是机组成本的17%左右，由于受到风载的变载冲击，以及极限风况、极端温度变化等因素的影响，齿轮箱故障占到机组故障总数已超40%，成为机组中最薄弱的一环。为提高机组运行可靠性，满足20年的设计寿命要求，除了加强对齿轮箱油液分析、前期故障监测分析以外，采用合适的功率传递方式及结构设计已成为亟待发展解决的问题。 近年来，为提高机组发电功率与发电效率，风电机组朝着提高单机容量，降低单位千瓦质量，提高机组利用率及提升系统可靠性的方向发展。为适合这种发展需求，就必然面临选择使用何种功率传递方式的齿轮箱。对此，本文列举了目前国内外几种功率传递方式的设计路线，分别介绍各设计特点，并比较分析各自的优缺点。 1.我国风电齿轮箱研究现状 由于国内风电起步较晚，风电技术人才相对匮乏，所以目前并在未来相当长一段时间内将依赖于国外的设计公司，但是在引进风电机组技术的同时并没有把齿轮箱的设计、制造技术同步引进。国内风电齿轮箱的设计通常是从Romax、Obital2等国外专业设计公司引进，再按照主机厂提出的要求在齿轮箱的结构和外形尺寸上进行详细设计，然后结合国内工艺制造水平实现齿轮箱的批量化生产，却没有掌握国外先进的设计技术。 尽管我国风电齿轮箱国产化工作近年来取得了长足的进步，并在兆瓦级的生产上形成了批量化，但是目前仍然存在很多制约风电行业发展的问题： 第一，基础性工作的研究和数据积累严重匮乏，对国外技术的消化和吸收存

风力发电叶片制作工艺介绍

风力发电叶片制作工艺介绍 风力发电机叶片是接受风能的最主要部件，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证发电机组正常稳定运行的决定因素，其成本约为整个机组成本的15%-20%。根据“风机功价比法则”，风力发电机的功率与叶片长度的平方成正比，增加长度可以提高单机容量，但同时会造成发电机的体积和质量的增加，使其造价大幅度增加。 1碳纤维在风力发电机叶片中的应用 叶片材料的发展经历了木制、铝合金的应用，进入了纤维复合材料时代。纤维材料比重轻，疲劳强度和机械性能好，能够承载恶劣环境条件和随机负荷，目前最普遍采用的是玻璃纤维增强聚酯（环氧）树脂。但随着大功率发电机组的发展，叶片长度不断增加，为了防止叶尖在极端风载下碰到塔架，就要求叶片具有更高的刚度。国外专家认为，玻璃纤维复合材料的性能已经趋于极限，不能满足大型叶片的要求，因此有效的办法是采用性能更佳的碳纤维复合材料。 1）提高叶片刚度，减轻叶片质量 碳纤维的密度比玻璃纤维小约30%，强度大40%，尤其是模量高3～8倍。大型叶片采用碳纤维增强可充分发挥其高弹轻质的优点。荷兰戴尔弗理工大学研究表明，一个旋转直径为120m的风机的叶片，由于梁的质量超过叶片总质量的一半，梁结构采用碳纤维，和采用全玻璃纤维的相比，质量可减轻40%左右；碳纤维复合材料叶片刚度是玻璃纤维复合材料叶片的2倍。据分析，采用碳纤维／玻璃纤维混杂增强方案，叶片可减轻20％～30％。VestaWindSystem公司的V90型

3.0MW发电机的叶片长44m，采用碳纤维代替玻璃纤维的构件，叶片质量与该公司V80型2.0MW发电机且为39m长的叶片质量相同。同样是34m长的叶片，采用玻璃纤维增强聚脂树脂时质量为5800kg，采用玻璃纤维增强环氧树脂时质量为5200kg，而采用碳纤维增强环氧树脂时质量只有3800kg。其他的研究也表明，添加碳纤维所制得的风机叶片质量比采用玻璃纤维的轻约32%，而且成本下降约16%。 2）提高叶片抗疲劳性能 风机总是处在条件恶劣的环境中，并且24h处于工作状态。这就使材料易于受到损害。相关研究表明，碳纤维合成材料具有良好的抗疲劳特性，当与树脂材料混合时，则成为了风力机适应恶劣气候条件的最佳材料之一。 3）使风机的输出功率更平滑更均衡,提高风能利用效率 使用碳纤维后，叶片质量的降低和刚度的增加改善了叶片的空气动力学性能，减少对塔和轮轴的负载，从而使风机的输出功率更平滑更均衡，提高能量效率。同时，碳纤维叶片更薄，外形设计更有效，叶片更细长，也提高了能量的输出效率。 4）可制造低风速叶片 碳纤维的应用可以减少负载和增加叶片长度，从而制造适合于低风速地区的大直径风叶，使风能成本下降。 5）可制造自适应叶片 叶片装在发电机的轮轴上，叶片的角度可调。目前主动型调节风机的设计风速为13～15m/s(29～33英里/h)，当风速超过时，则调节

风力发电机齿轮箱振动测试方法

风力发电机组齿轮箱振动测试与分析 唐新安谢志明王哲吴金强 摘要对齿轮箱做振动测试和分析，通过模式识别找到齿轮箱损坏时呈现的特性，为齿轮箱故障诊断提供依据。 关键词风力发电机组齿轮箱振动分析故障诊断 中图分类号 TH113. 21 文献标识码 A 我国风电场中安装的风力发电机组多为进口机组。因为在恶劣环境下工作，其损坏率高达40%～50%。随着清洁能源的普及，齿轮箱的故障诊断和预知维修已迫在眉睫。本文就齿轮箱的故障诊断作一些探索性研究。 一、齿轮箱振动测试 采用北京东方所开发的DASP(Data Acquisition and SignalProcessing)测振系统，对某风电场4#、5#机组齿轮箱的不同测点（图1）做振动测试和分析，4#机组刚进行过检修运行正常作为对照机组，5#机组噪声异常为待检机组，对两机组齿轮箱的振动信号对比分析，判断存在故障。齿轮箱特征频率见表1。 表1 齿轮箱特征频率表 Hz

二、信号分析 1.统计分析 由统计表2、表3可看出，5#机组振动值明显偏大，尤其是5～10测点振动值基本上是4#机组相应测点的2倍以上。 表2 4#机组幅域统计表 m/s2 表2 5#机组幅域统计表 m/s2 5#机组概率分布及概率密度函数反映其时间序列分布范围较宽（图2），峭度系数（即四阶中心距）与4#机组的（图3）明显，同（若以4#机组为标准g=0，那么5#机组g=0），预示5#机组存在古障。

2.时域分析 通过时域分析（图4、图5），发现5#机组齿轮箱振动信号有明显异常．幅值转大，且 有明显的周期性，其频率约大20Hz 。

3.频坷分析 由图6可见，5#机组齿轮箱的频谱图既有调幅成分又有调频成分（调制频率对中心频率 的幅值不对称）。

风电叶片设计流程

叶片设计流程 一. 空气动力设计 1.确定风轮的几何和空气动力设计参数 2.选择翼型 3.确定叶片的最佳形状 4.计算风轮叶片的功率特性 5.如果需要可以对设计进行修改并重复步骤4,以找到制造 工艺约束下的最佳风轮设计。 6.计算在所有可遇尖速比下的风轮特性 对于每个尖速比可采用上面步骤4所述的方法，确定每个叶素的空气动力状态，由此确定整个风轮的性能。 7.风力机叶片三维效应分析 8.非定常空气动力现象 9.风力机叶片的动态失速 10.叶片动态入流 .风机载荷计算 作为风力机设计和认证的重要依据，用于风力机的静强度和疲劳强度分析。国际电工协会制定的IEC61400-1标准、德国船级社制定的GL 规范和丹麦制定的DS 472标准等对风力机的载荷进行了详细的规定。

2.1 IEC61400-1标准规定的载荷情况 2.2 风机载荷计算 1计算模型 1）风模型 （1）正常风模型 （2）极端风模型 （3）三维湍流模型 2）风机模型 风机模型包括几何模型、空气动力学模型、传动系统动力学模型、控制系统闭环模型和运行状态监控模型等。 2风力机载荷特性 1）叶片上的载荷 （1）空气动力载荷 包括摆振方向的剪力Q yb和弯矩M Xb、挥舞方向的剪力Q b和弯矩M Jb以及与变浆距力矩平衡的叶片俯仰力矩M b。可根据叶片空气动力设计步骤4中求得的叶素上法向力系数Cn和切向力系数Ct,通过积分求出作用在叶片上的空气动力载荷。 （2）重力载荷 作用在叶片上的重力载荷对叶片产生的摆振方向弯矩，随叶片方位角的变化呈周期变化，是叶片的主要疲劳载荷。 （3）惯性载荷 (4)操纵载荷

2 )轮毂上的载荷 3)主轴上的载荷 4)机舱上的载荷 5)偏航系统上的载荷 6)塔架上的载荷 三.风力机气动弹性 当风力机在自然风条件下运行时，作用在风力机上的空气动力、惯性力和弹性力等交变载荷会使结构产生变形和振动，影响风力机的正常运行甚至导致风力机损坏。因此，在风力机的设计中必须考虑系统的稳定性和在外载作用下的动力响应，主要有①风力机气动弹性稳定性和动力响应②风力机机械传动系统的振动③风力机控制系统(包括偏航系统和变浆距系统等) 的稳定性和动力响应④风力机系统的振动。 3.1风力机气动弹性现象 1.风力机叶片气动弹性稳定性问题 2.风力机系统振动和稳定性问题 3.2 风力机气动弹性分析 目的是保证风力机在运行过程中不出现气动弹性不稳定。主要的方法 是特征值法和能量法。特征值法是在求解弹性力学的基本方 程中，考虑作用在风力机叶片上的非定常空气动力，建立离散的描述风力机叶片气动弹性运动的微分方程。采用Floquet理论求解，最后稳定性判别归结为状态转移矩阵的特征值 计算。 1.风力机气动弹性模型 1)结构模型

风电齿轮箱操作手册

1.5MW 风电齿轮箱操作维护手册 大连重工·起重集团 通用减速机厂

目录 1.用途与结构 2 2.辅助装置 3 3.性能参数 6 4.安装8 5.运行前的准备工作9 6.起动10 7.运行11 8.常见故障原因分析与处理方法13 9.维护15 10.运输、储存16 11.安全防护17 12.易损件明细18 13.附件1 润滑系统 14.附件2 恒温开关 15.附件3 电阻温度计 16.附件4 加热器

1.用途与结构 该齿轮箱用于PWE1570/1577 型风力发电机，其用途是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机，并通过齿轮箱齿轮副的增速作用使输出轴的转速提高到发电机发电所需的转速。 齿轮箱由两级行星和一级平行轴传动以及辅助装置组成。为了传动平稳和提高承载能力，齿轮采用斜齿并精密修形，外齿轮材料为渗碳合金钢，内齿轮为合金钢，一级行星架采用高合金铸钢材料，二级行星架和箱体采用高强度抗低温球墨铸铁。主轴内置于增速机，与第一级行星架过盈连接。齿轮箱通过弹性减震装置安装在主机架上。齿轮箱的轴向空心孔用于安装控制回路电缆。具体结构见图1。 图1

2 辅助装置 2.1 润滑供油系统：润滑供油系统由泵-电机组、过滤器、阀及管路等组成，用于润滑系统所需的压力和流量，并控制系统的清洁度。其工作原理见图2。 油泵上的安全阀设定压力为10bar,以防止压力过高损坏系统元件。 当润滑油温度低或当过滤器滤芯压差大于 4bar 时，滤芯上的单向阀打开，液压油只经过50μ的粗过滤；当温度逐渐升高，滤芯压差低于4bar 时，液压油经过10μ和50μ两级过滤。无论何种情况，未经过滤的液压油决不允许进入齿轮箱内各润滑部位。当油池温度低于30°C时，过滤器的压差发讯器报警信号无效；而当油池温度超过30°C时，当压差达到 3 bar 时，此时报警信号才有效，必须在两天内更换清洁的滤芯。 图2

风力发电机叶片结构设计及其有限元分析(精品doc)

风力发电机叶片结构设计及其有限元分析 摘要 为了更好地发展我国的风力发电事业，实现风力发电机的国产化，必须深入开展风力机设计、分析方面的研究。本文根据传统的 的叶片设计方法设计了2MW 风力机叶片，并生成三维几何模型， 然后利用有限元模拟对叶片进行了振动模态分析，得到各阶振动频 率和振型，为防止结构共振提供了依据。 关键词：风力机，叶片，有限元模拟，优化 THE FE SIMULATION AND OPTIMAL DESIGN OF WIND TURBINE COMPONENTS ABSTRACT In order to promote the capability of design and manufacturing of wind turbine in China, more study should be done in the field of wind turbine design and analysis. In this paper, a blade for 2MW wind turbine is designed according to the traditional design procedure and the 3D geometrical model is created. Then the modal analysis is done through the FE simulation to get the frequency and mode shape, which provides the theoretic basis to prevent resonance.

风电机组主齿轮箱换油方案

风电机组主齿轮箱换油方案

目录 1、引言 ..................................................................................................................................................... - 1 - 2、换油前准备工作 ................................................................................................................................. - 1 - 2.1、设备及工具.............................................................................................................................. - 1 - 2.2、油品.......................................................................................................................................... - 1 - 3、换油步骤 ............................................................................................................................................. - 1 - 4、其他事宜 ............................................................................................................................................. - 2 - 5、注意事项 ............................................................................................................................................. - 3 -

风力发电机叶片的维护讲解

酒泉职业技术学院 毕业设计（论文） 11 级风能与动力技术专业 题目：风力机叶片的故障分析及维护 毕业时间：二O一四年六月 学生姓名：王立伟 指导教师：甄亮 班级：风能与动力技术（1）班 2013年11月2日

酒泉职业技术学院届各专业毕业论文（设计）成绩评定表

目录 摘要 (3) 一、风机叶片简介 (3) 二、维护叶片的目的 (3) 三、叶片产生问题的原因及故障分析 (4) （一）叶片产生问题的原因类型 (4) (二)风机叶片的常见损坏类型及诊断方法 (9) 四、叶片的维护 (13) （一）叶片裂纹维护 (13) (二)叶片砂眼形成与维护 (13) (三)叶尖的维护 (13) 总结 (14) 参考文献 (15) 致谢 (16)

风力机叶片的故障分析及维护 摘要：叶片是风力发电机将风能转化为机械能的重要部件之一,是获取较高风能利用系数和经济效益的基础，叶片状态的好坏直接影响到整机的性能和发电效率，应该引起风电企业的高度重视。风机多是安装在环境恶劣、海拔高、气候复杂的地区，而叶片又恰恰是工作在高空、全天候条件下，经常受到空气介质、大气射线、沙尘、雷电、暴雨、冰雪的侵袭，其故障率在整机中约占三分之一以上。定期检查，早期发现，尽快采取措施，把问题解决在萌芽状态是避免事故、减少风险、稳定电场收益的最有效方式。。 关键词：叶片；故障分析；维护 一、风机叶片简介 风力发电机叶片是一个复合材料制成的薄壳结构，结构上分根部、外壳、龙骨三个部分。类型多种，有尖头、平头、钩头、带襟翼的尖部等。制造工艺主要包括阳模→翻阴模→铺层→加热固化→脱模→打磨表面→喷漆等。设计难点包括叶型的空气动力学设计、强度、疲劳、噪声设计、复合材料铺层设计。工艺难点主要包括阳模加工、模翻制、树脂系统选用。叶片是一个大型的复合材料结构,其重量的90%以上由复合材料组成,每台发电机一般有三支叶片,每台发电机需要用复合材料达四吨之多。 二、维护叶片的目的 风机叶片是风电机组关键部件之一，其性能直接影响到整个系统的性能。叶片工作在高空，环境十分恶劣，空气中各种介质几乎每时每刻都在侵蚀着叶片, 春夏秋冬、酷暑严寒、雷电、冰雹、雨雪、沙尘随时都有可能对风机产生危害，隐患每天都有可能演变成事故。据统计，风电场的事故多发期多是在盛风发电期，而由叶片产生的事故要占到事故的三分之一，叶片发生事故电场必须停止发电，开始抢修，严重的还必须更换叶片，这必将导致高额的维修费用，也给风电场带来很大的经济损失。在我国风电开发还处于一个发展阶段，风场管理和配套服务机制尚不完善，尤其是风电企业对叶片的维护还没有引起充分认识，投入严重不足，风电场运转存在许多隐患，随时都会出现许多意想不到的事故，直接影响到风电场的送电和经济效益。根据对风电场的调查和有关数据分析，并参阅了许多国外风电场维护的成功经验，我们对风电场的日常维护的必要性有

开题报告-风力发电机增速齿轮箱的设计于校核

附件1 风力机增速齿轮箱结构设计及有限元模拟分析 开题报告 班级（学号）:能源1301（2013010360）姓名：张睿 指导教师：李乐 一、综述 1.1课题背景及意义 中国自改革开放以来，经济、政治等各方面发展迅猛，不断创造着各种各样的奇迹，作为最大的发展中国家，被受世界的瞩目。然而飞速发展增加了国力的同时也造成了巨大的能源消耗，截止2010年中国在成为了世界最大能源消费国，能源消费量成功超越了美国，就2010年一年就为全球能源消费量贡献了20.3%。中国的能源消耗主要来自于化石能源的释放，受技术和储存量的限制，目前在对石油和天然气方面的应用还较单一化和小众化，因此中国的能源消耗主要来自于储量较丰富、技术较成熟的煤炭。但是就目前发展所需的能源消费量，不超过70年，我国的煤炭资源就会消耗枯竭[1]。另外化石能源的使用还会造成许多的环境问题，日益严重的雾霾已经严重影响了我们的生活质量和身体健康。因此开发新能源迫在眉睫。 近年来，由于风能非常丰富、价格非常便宜、能源不会枯竭，又可以在很大范围内取得，非常干净、没有污染，不会对气候造成影响，因而风力发电具有极大的推广价值，风力发电行业在全球的发展日益迅猛，产业逐渐扩张[2]。每年都能保持到20%的增速，国家也十分支持这一新能源行业的发展，“十三五”期间，大力发展清洁型新能源，是我国可持续性经济型社会的主要发展战略，也是我国重要的战略决策，使得风电行业的发展前景十分广阔[3]。全球风能理事会发布2016年全球风电发展统计数据:2016年全球市场新增容量超过54.6GW（如图1），全球累计容量达到486.7GW（如图2）。在2016年中国不论是新增装机容量还是累计装机容量都在全球位居首位（如图3和图4），在这样的产业状况下，如今不断提升风力发电机组技术水平尤为重要，关系到整个行业的发展进程。

风力发电机叶片设计

风力发电机叶片的设计 经济、能源与环境的协调发展是实现国家现代化目标的必要条件。随着全球气候变暖与化石能源的不断消耗及其对环境的影响问题，其他能源的开发越来越受到重视，如核能、地热能、风能、水能等新能源及生物质能、氢能的二次能源的开发应用也日益发展起来。而在这些新兴的能源种类中，核能的核废料处理相当困难，并且其日污染相比火电厂更为严重，同时需要相当严密的监管控制能力以防止其泄露而产生不可估量的破坏，国际上这些例子也是相当多的。而地热能的开发势必要依赖与高科技，在当今对地热开发利用还不完善的现状下，更是难以做到，并且其开发对地表的影响也相当大。而风能则作为太阳能的转换形式之一，它是取之不尽、用之不竭的清洁可再生能源，不产生任何有害气体和废料，不污染环境。海上，陆地可利用开发的可达2×1010kW，远远高于地球水能的利用，风能的发展潜力巨大，前景广阔。 自20世纪70年代中期以来，世界主要发达国家和一些发展中国家都在加紧对风能的开发和利用，减少二氧化碳等温室气体的排放，保护人类赖以生存的地球。风力发电技术相对太阳能、生物质等可再生能源技术更为方便，成本更低，对环境破环更小，作为清洁能源的主要利用方式而飞速发展，且日益规模化。一、叶片设计的意义 在风力发电机中叶片的设计直接影响风能的转换效率，直接影响其年发电量，是风能利用的重要一环。本文主要是设计气动性能较好的翼型与叶片并进行气动分析。而翼型作为叶片的气动外形，直接影响叶片对风能的利用率。现在翼型的选择有很多种，FFA-W系列翼型的优点是在设计工况下具有较高的升力系数和升阻比，并且在非设计工况下具有良好的失速性能。叶片的气动设计方法主要有依据贝茨理论的简化设计方法，葛老渥方法与维尔森方法。简化的设计方法未考虑涡流损失等因素的影响，一般只用于初步的气动方案的设计过程；葛老渥方法则忽略了叶尖损失与升阻比对叶片性能的影响，同时在非设计状态下的气动性能也并未考虑；维尔森方法则较为全面是现今常用的叶片气动外形设计方法。本文通过相关的叶片设计理论结合相关软件来设计并简单的优化叶片。 叶片设计的要求不仅需要参考和选用设计标准，还应考虑风电机组的具体安装和使用情况。叶片的设计过程需要根据总体设计方案，并结合具体的技术要求，通过系统的启动设计和结构设计，实现设计目标。一般而论叶片设计可分为空气动力学设计阶段和结构设计阶段。启动设计阶段需要通过选择叶片几何最佳外形，实现年发电量最大的目标；结构设计阶段需要通过选择分析选择叶片材料、结构形式和其他设计参数，实现叶片强度、刚度、稳定性以及动特性等目标，叶片基

大型风电叶片结构设计方法研究

大型风电叶片结构设计方法研究 摘要：随着绿色能源的推广与利用，对风电叶片结构设计也提出了更高的要求。作为风电机组的主要部件，叶片的设计方法一直是风电机组研发的关键。本文主要对大型风电叶片结构设计方法进行探析。 关键词：风电叶片；结构设计；方法 前言 近年来，我国的风电设备在技术水平与创新方面已有了突破性的成就，但与国外发达国家相比，仍存在很大差距，尤其在大型风电叶片结构设计方面。因此，如何完善设计方法将是未来提高风电机组核心技术的必然途径。 1.风电叶片设计的基本概述 1.1 风电叶片设计 风电叶片设计的过程实际是对叶片参数的选取与确定的过程，其中的参数对叶片的性能起决定性的作用。一般对风电叶片进行设计主要目标在于：第一，通过较好的空气动力外形获得风能。第二，结构的强度与刚度能够承受各种荷载。第三，其结构动力学特性较好，防止出现共振与颤振。第四，叶片重量的降低使制造成本减少。设计的过程主要分为对气动与结构的设计。其中气动设计过程中，主要对叶片几何外形做出最佳的选择，实现年发电量最大的目标，而结构设计主要对叶片材料的选择、叶片结构形式以及设计参数进行分析，使叶片的强度、刚度及稳定性等目标得以实现。 1.2 叶片外形设计的主要方法 风电叶片设计的主要任务是确定气动外形。叶片外形作为结构设计的基础，对结构设计也有一定的限制。一般对气动外形的设计的方法主要包括基于动量叶素理论的简化设计方法、Glauert方法、以及维尔森方法。基于动量叶素理论的简化设计方法通常用于对风轮轴线截面与叶片产生的气动力，并以此确定叶片参数与翼弦的关系。而Glauert方法主要对风轮后涡流流动进行考虑，初步的设计、分析与修正气动性能，存在一定的局限性，但在设计过程中属于较好的指导方法。维尔森方法则是对Glauert方法的改进，是当前叶片启动外形设计常用方法之一[1]。 1.3 结构设计 结构设计的基本要求在于动力学特性、设计寿命、极限强度设计条件以及刚度设计条件与叶尖变形。在叶片材料方面，通常选择铝合金、玻璃钢、碳纤维增强复合材料等。叶片的内部夹芯结构一般以轻木与PVC为主，而且主体结构中