IEC 61400-3
风力机－
第三部分：海上风力机设计要求
1概述
IEC 61400的这一部分的要求是评估海上风力机场地的外部条件和联合IEC 61400-1一起指定确保海上风力机工程完整性的基本设计要求。其目的是提供适当的水平保护风力机在计划使用期那不受任何危险的伤害。
这个标准主要关注海上风力机的结构部件的工程完整性，也考虑到子系统例如控制和保护机制，内部电力系统和机械系统。
2主要元素
概述
以下条款中给定了确保海上风力机的结构、机械、电力和保护系统的安全的工程和技术要求。这个要求规范应用于海上风力机的设计、制造、安装和操作和维护手册以及相关质量管理程序，另外也考虑到按照在海上风力机的安装、运行和维护过程中使用的各种惯例制定安全程序。
设计方法
海上风力机设计过程
安全分类
普通安全类型：应用于故障结果威胁到人员伤害或其他社会或经济结果。
特殊安全类型：应用于安全要求由当地规则决定和/或安全要求由制造商
和客户共同决定。
质量保证
推荐设计系统遵守ISO 9001的要求。
转子－机舱装配标记
以下信息必须显著的标识在转子－机舱装配排上：
●制造商和国家
●模拟和连续号码
●生产年份
●参考风速
●轮毂高度运行风速范围
●运行环境温度范围
●IEC风力机分类
●风力机终端额定电压
●风力机终端频率或在标称值上的变化大于2％时的频率范围。
3外部条件
概述
海上风力机的环境和电网条件可能影响它们的载荷、耐久和运行。为了确保适当的安全和可靠性级别，环境、电网和土壤参数将被考虑到设计中并明白的规定在设计文件里。
环境条件被细分为风力条件、海洋条件（海浪、洋流、水深、海水结冰、海洋植物、海底运动和冲刷）和其它环境条件。电力条件涉及电网条件。
外部条件在细分为普通和极端外部条件。普通外部条件通常涉及周期性结构载荷条件，极端条件表现为罕见的极端设计条件。设计载荷情况将包括潜在的危机联合这些风力机运行模型和其它设计工况的极端条件。
风力机分类
对于海上风力机定义风力机分类依照风速和湍流参数保留适当的设计转子－机舱装配。
更进一步的分类，S类，被定义为使用设计者和/或客户要求的特殊风力或其它外部条件或特殊安全分类。
设计使用寿命至少为20年。
风力条件
对于载荷和安全考虑的风力政策被分成普通风力条件和极端风力条件。
普通风力条件：在风力机普通运行过程中一年中经常发生的风力条件。
极端风力条件：1年一遇或50年一遇的风力条件。
海洋条件
海浪
普通海洋状态（NSS）
普通海浪高度（NWH）
严峻海洋状态（SSS）
严峻海浪高度（SWH）
极端海洋状态（ESS）
极端海浪高度（EWH）
减少海水高度（RWH）
破坏海浪
洋流
次表面洋流
风力产生的，近表面洋流
破坏海浪导致的海浪洋流
普通洋流模型（NCM）
极端洋流模型（ECM）
水深
普通水深范围（NWLR）
极端水深范围（EWLR）
海水结冰
海洋植物
海底运动和冲刷
其它环境条件
以下其它环境条件必须被考虑到设计文件中：
●空气温度；
●湿度；
●空气密度；
●太阳辐射；
●雨水、冰雹、雪和冰冻；
●物质化学反应；
●微粒机械行为；
●盐腐蚀；
●雷电；
●地震；
●水密度；
●水温度；
●交通。
普通其它环境条件
●周围空气温度范围为－10℃到＋40℃；
●相对湿度达到100％；
●太阳辐射强度为10002
W；
m
●空气密度为1.2253
kg；
m
●水密度为10253
kg；
m
●水温度范围为0℃到＋35℃。
极端其它环境条件
●温度；
●雷电；
●冰冻；
●地震。
电网条件
●电压－标称值±10％；
●频率－标称值±2％；
●电压不平衡－电压负次序成分比例不超过2％；
●自动重新连接系统－第一次的自动重新连接周期为0.5到1s，第二
次的时间为10到90s。
●储运损耗－电网储运损耗被假定为每年20次。6h的储运损耗为普通
条件。3个月的储运损害将被考虑为极端条件。
4结构设计
概述
结构分析基于ISO 2394。
设计方法论
载荷
重力和惯性载荷
气动载荷
冲击载荷
水力载荷
海水冰冻载荷
其它载荷
设计工况和载荷情况
对于设计目的，通过设置包括所有的海上风力机能经历的重要条件设计工况来描述海上风力机的有效期。
载荷情况将由运行模式或其它设计工况的联合决定，例如包括外部条件的特殊装配、吊装或维护条件。在合理概率下发生的所有相关载荷都将联合控制和保护系统的行为一起考虑。用来检验风力机结构完整性的设计载荷情况应该结合以下情况计算：
●普通设计工况和适当的普通或极端外部条件；
●故障设计工况和适当的外部条件；
●运输、安装和维护设计工况和适当外部条件。
如果极端外部条件和故障工况关联存在，两者的实际联合将被考虑为一个设计载荷情况。
发电
发电加发生故障或电网丢失条件
启动
普通停机
紧急停机
待机（停止或空转）
待机加故障条件
运输、安装、维护和修理
海水结冰设计载荷情况
载荷和载荷影响计算
载荷和载荷影响计算将被执行使用适当的方法正确的考虑海上风力机的结构动态反应联合相关外部条件。
适当的水力载荷
计算水力载荷
计算海水结冰载荷
其它要求
最终极限状态分析
方法
部分安全因素形式
设计载荷影响
设计抵抗力
最终强度分析
载荷部分安全因素
抵抗力和原料部分安全因素
疲劳故障
特殊部分安全因素
5控制和保护系统
海上风力机的运行和安全由依照IEC 61400-1要求的控制和保护系统支配。
供应商将确保控制和保护系统的所有部件有足够的保护不受海洋条件的影响。
6机械系统
在此标准中机械系统的目的是任何系统都不是由单独的或静态结构部件或电气部件组成，而是使用和通过轴、链接、轴承、滑动片、齿轮和其它装置传递相关运动。在风力机中这些系统可能包括驱动元件，例如齿轮箱、轴和联结，和辅助部件，例如制动、叶片变浆、偏航驱动。辅助部件可能由电力、液压或气压方法驱动。
海上风力机的机械系统设计依照IEC 61400-1的要求。
供应商将确保机械系统的所有部件有足够的保护不受海洋条件的影响。
7 电力系统
海上风力机电力系统的安装包括所有安装在各个独立的海上风力机上的电力设备和风力机终端。
电力收集系统没有包括在这个标准内。
海上风力机电力系统的设计依照IEC 61400-1中的要求除了明确指出那些要求只与陆地风力机有关外。
供应商将通过依照相关国家或国际设计代码或规则挑选适当的腐蚀分类、气候分类、环境分类、污染分类和围栏IP等级，确保机电力统的所有部件有足够的保护不受海洋条件的影响。
8 基础设计
海上风力机基础的设计和结构分析将依照ISO海上结构标准或其它公认的海上设计标准执行。如果使用了ISO标准以外的海上设计标准，必须证明在最终轻度和疲劳方面有相同水平的结构可靠性。
通常设计和分析依照ISO 19900。
基础将被设计用来支撑静态和动态（反复的和暂时的）动作结构不会有额外的变形和振动。特别注意重复的和暂时的动作对结构反应和支撑土地强度的影响。支撑基础部件的海床运动概率将被考虑。由这些运动导致的载荷，如果预期的，将被考虑到设计中。
供应商将确保支撑结构的所有部件有足够的保护不受海洋条件的影响。
9 海上风力机场地外部条件评估
概述
海上风力机相关的环境和电力条件，包括附近涡轮的影响，可能影响它们的载荷、耐久和运行。除了这些条件外，还要考虑在海上风力机场地的地震、地形和土壤条件。
Metocean 数据库
● 风速和风向；
● 大浪高度，海浪周期和方向；
● 风力和海浪相关统计；
● 洋流速度和方向；
● 水深；
● 海水结冰的发生和属性；
● 发生结冰；
● 其它相关metocean 参数例如空气和海水的温度和密度，海水盐度，场地探测术、海洋植物等。
评估风力条件
风力机场地评估中以下参数将被评估：
● 50年一遇的轮毂高度极端评估10-min 平均风速；
● 风速概率密度函数()hub V p ；
● 环境湍流标准偏差σ
?（估计纵向成分标准偏差的平均值）和在hub V 在in V 和out V 之间和hub V 等于ref V 时σ
?的标准偏差σσ?； ● 风切变；
● 空气密度。
场地风力参数包括：
● 在0.2ref V 和0.4ref V 范围内的规则和推断；
● 来自场地的短时间监控测量和来自当地气象站或当地代码或标准的长时间记录的相关分析。
评估海浪
以下参数将被评估：
● 50年一遇的大浪高度假定3个小时参考周期，50,s H ，并联合海浪顶点频率周期范围；
● 1年一遇的大浪高度假定3个小时参考周期，50,s H ，并联合海浪顶点频率周期范围；
● 50年一遇的极端单个海浪高度，50H ；
● 1年一遇的极端单个海浪高度，1H ；
● 50年一遇的衰减单个海浪高度，50red H ；
● 1年一遇的衰减单个海浪高度，1red H ；
● 50年一遇的极端浪头高度。
场地的特殊metocean 数据将被分析用于建立以下参数的长时间连接概率分布：
● 轮毂高度平均风速，hub V ；
● 大浪高度，s H ；
● 顶点频率周期，p T 。
评估海流
除了它们给风力机支撑结构造成冲击载荷外，海流还影响登陆小船的位置和方向并且防卫板可能造成海底冲刷。
1年一遇和50年一遇的极端海洋表面洋流速度将由分析特殊场地的metocean 数据库决定。
评估评估水深、潮汐和风暴潮
评估风力机场地的平均和波动的海水水平以确定以下参数：
●平均海水深度（MSL）；
●最高天文潮（HAT）和最低天文潮（LAT）；
●包括正风暴潮的最高水平面（HSWL）；
●包括负风暴潮的最低水平面（LSWL）；
评估海水结冰
以下参数将由冰冻地图或类似数据的统计数据决定：
●50年一遇的冰层厚度，h；
；
●冰层决定性强度
c
●海流或风力带动浮冰的风险；
●变动水面导致挤压的风险；
●冰块集中频率。
评估海洋植物
海洋植物的厚度和其依靠的深层海水将被评估，基于适当的建议、当地经验和现有的测量。特殊场地的研究必须建立在自然的，可能的厚度和海洋植物依靠的深度。
评估海底运动和冲刷
基于观察，海底变化通常表现如下：
●局部冲刷表现为结构部件周围陡峭边缘冲刷凹陷例如堆和堆群；
●全局冲刷表现为结构周围大范围的浅的冲刷水池，可能导致整个结
构影响，成倍的结构交互作用，或海浪－土壤－结构交互作用。
●沙浪，山脊和浅滩等整个海床运动可能发生在缺乏结构的情况下。
这些运动能导致海底的下降或上升，或重复循环。除此之外人造结
构可能改变局部的沉积传送政策可能加重腐蚀，导致堆积物，或没
有影响。
评估附近风力机的尾流影响
评估附近风力机尾流的影响将按照IEC 64100-1的要求进行。
评估其它环境条件
以下环境条件将被评估通过于海上风力机设计中假定的条件进行比较：
●普通和极端空气温度范围；
●冰雹和雪；
●湿度；
●雷电；
●太阳辐射；
●物质化学反应；
●盐度；
●海水密度；
●海水温度范围。
评估地震条件
评估地震条件将依照IEC 61400-1中的要求执行。
评估天气窗口和天气停工期
天气窗口和天气停工期对于海上风力机的运输、安装和维护是非常重要的。对于风力机场地将进行天气窗口和天气停工期的评估。
评估电网条件
外部电力条件将包括：
普通电压和范围包括通过指定的电压范围和时间段保持连接或分离的要求；
普通频率，范围和改变比例，包括包括通过指定的电压范围和时间段保持连接或分离的要求；
电压不平衡描述为因对称性和非对称性故障产生的百分率负阶段顺序电压；
中性接地方法；
接地故障发现/保护方法；
每年电网储运损耗次数；
自动重新连接系统；
必须的反应补偿时间；
故障电流和持续时间；
风力机终端的相位－相位和相位－接地和短路电阻；
电网后台谐波电压失真；
存在电力直线传输信号如果任何频率相同；
故障剖面用于传输要求；
功率因素控制要求；
斜坡比例要求；
其它电网兼容性要求。
评估土壤条件
土壤调查将被执行为了提供足够的信息确定土壤的特有属性通过影响基础结构和被基础结构影响的深度和范围。这些调查将包括：
●场地地质学调查；
●海底地形学调查包括登记海底巨石、沙浪或障碍物；
●地球物理学研究；
●地球技术研究包括场地测试和试验室试验。
土壤调查将提供以下基础设计的基础数据：
●土壤分类和土壤描述数据；
●切变强度参数；
●变形属性，包括合并参数；
●渗透性；
●预报风力机结构动态属性的硬度和阻尼参数。
10 装配、安装和吊装
概述
海上风力机的制造商必须提供一个清楚描述风力机结构和设备的安装要求的安装手册。海上风力机将由通过这些培训或指导的人员进行安装。
计划编制
制定装配、吊装和安装风力机及相关设备的计划是为了工作能够安全的执行并依照当地和国家的规则。另外计划编制还要包括质量保护程序，考虑以下条件：
●工作和检查计划的详细描述和说明；
●安全执行挖掘工作、爆破和其它与基础和水下建筑有关的行为的规
则，例如打桩操作、放置防冲刷保护和电缆布置；
●适当的植入项目的操作规则，例如基础、螺栓、锚定和加强钢；
●塔架和其它锚定的安装规则；
●海上工作的健康、安全和环境规则，包括潜水安全规则；
●撤退程序（包括当命令撤退时的风力条件的监控和海洋状态）。
安装条件
在海上风力机的安装期间，场地将保持没有出现安全事故或航运风险的状态。
场地通路
进出场地的通路将是安全的并考虑到以下条件：
●进出的障碍和通道；
●排除在外的区域；
●交通；
●接近重力轴承的能力；
●设备在场地的移动；
●船－涡轮的通路系统；
●直升机－涡轮的通路系统。
环境条件
在安装期间，有制造商制定的环境极限将被观察。以下条款将被考虑：
●风速；
●冰雪；
●周围温度；
●雷电；
●能见度；
●雨；
●浪高；
●海水深度不足。
文件
海上风力机的制造商将提供用于海上风力机的装配程序、安装和吊装的图纸、说明书和指南。制造商将提供全部载荷、重量、升降机、特殊工具和用于安全处理和安装海上风力机的必要的程序的详细描述。制造商将提供所有围危险行为的风险评估。
接受、处理和储存
在安装期间处理和运输风力发电设备将通过设备确定适当的任务执行并与制造商的推荐惯例一致。
为了防止风的运动带来的损伤，叶片、机舱、其它气动部分和轻制板条箱将被保护。
基础/锚定系统
在此制造商将指定安全安装或装配、特殊工具、夹具和固定设备以及其它适当的使用设备。
海上风力机装配
海上风力机将依照制造商的指导装配。检查确认所有部件的适当的润滑和前期条件。
风电专业考试题库 以下试题的难易程度用“★”的来表示，其中“★”数量越多表示试题难度越大，共526题。 一、填空题 ★1、风力发电机开始发电时，轮毂高度处的最低风速叫。 （切入风速） ★2、严格按照制造厂家提供的维护日期表对风力发电机组进行的预防性维护是。（定期维护） ★3、禁止一人爬梯或在塔内工作，为安全起见应至少有人工作。（两） ★4、是设在水平轴风力发电机组顶部内装有传动和其他装置的机壳。（机舱） ★5、风能的大小与风速的成正比。（立方）E=1/2（ρtsυ3）式中：ρ!———空气密度（千克/米2）；υ———风速（米/ 秒）；t———时间（秒）；S———截面面积（米2）。 ★6、风力发电机达到额定功率输出时规定的风速叫。（额定风速）★7、叶轮旋转时叶尖运动所生成圆的投影面积称为。 （扫掠面积） ★8、风力发电机的接地电阻应每年测试次。（一） ★9、风力发电机年度维护计划应维护一次。（每年） ★10、SL1500齿轮箱油滤芯的更换周期为个月。（6） ★11、G52机组的额定功率KW。（850） ★★12、凡采用保护接零的供电系统，其中性点接地电阻不得超
过。（4欧） ★★13、在风力发电机电源线上，并联电容器的目的是为了。（提高功率因素） ★★14、风轮的叶尖速比是风轮的和设计风速之比。（叶尖速度）★★15、风力发电机组的偏航系统的主要作用是与其控制系统配合，使风电机的风轮在正常情况下处于。（迎风状态） ★★16、风电场生产必须坚持的原则。 （安全第一，预防为主） ★★17、是风电场选址必须考虑的重要因素之一。（风况） ★★18、风力发电机的是表示风力发电机的净电输出功率和轮毂高度处风速的函数关系。（功率曲线） ★★19、风力发电机组投运后，一般在后进行首次维护。 （三个月） ★★20、瞬时风速的最大值称为。（极大风速） ★★21、正常工作条件下，风力发电机组输出的最高净电功率称为。 （最大功率） ★★22、在国家标准中规定，使用“downwind”来表示。 （主风方向） ★★23、在国家标准中规定，使用“pitch angle”来表示。 (桨距角) ★★24、在国家标准中规定，使用“wind turbine”来表示。 （风力机） ★★25、风力发电机组在调试时首先应检查回路。（相序）
1 引言 近年，我国电力工业发展迅速，电力供应能力显著增强。“十五”期间全国发电装机新增近2亿千瓦，创历史最高水平，2006年又新增装机容量1亿千瓦，总容量超过6亿千瓦，今年投产规模仍将保持在7000万千瓦以上，全国电力供应紧的局面已经得到全面缓解。但是，我国电力工业结构不合理的矛盾仍十分突出，特别是能耗高、污染重的小火电机组比重过高。因此，电力工业将“上大压小”、加快关停小火电机组放在了“十一五”期间工作的首位[9]。 据测算，火电机组容量的不同，反映在煤耗和污染物排放量上差别很大。大型高效发电机组每千瓦时供电煤耗为290克--340克，中小机组则达到380克--500克。5万千瓦机组其供电煤耗约440克/千瓦时，发同样的电量，比大机组多耗煤30--50%。与此同时，小火电机组排放二氧化硫和烟尘排放量分别占电力行业总排放量的35%和52%。国家发改委能源局局长小平算了一笔账，“现有的小机组若能够完全由大机组替代，一年可节能9000万吨标准煤，相应减少排放二氧化硫220万吨，少排放二氧化碳2.2亿吨。 目前全国10万千瓦及以下小火电机组占火电装机比重达到29.4％，这些小火电绝大部分是在我国电力供应较为紧的“八五”、“九五”期间建设的，主要分布于经济发达地区和煤炭资源丰富的省份。加速关停小火电机组，一方面是保证节能降耗指标的完成，另一方面有助于保障大机组的开工率，促进电力产业结构改造升级。 关停小火电机组是从国家大局出发，优化电力工业结构的重要举措，对提高电力工业的整体质量和效益，促进电力工业可持续发展具有十分重要的意义。 发电厂二期工程电气部分设计 ①装机容量：装机两台，总容量600MW； ②机组年利用小时数： Tmax=6000小时 ③气象条件：发电厂所在地最高气温32℃，年平均气温5．65℃，最大风速25m/s ④厂用电率：按6%考虑 ⑤ 220kV电压等级，架空线路2回与系统相连，系统电抗以100MVA为基准折算到220kV 母线为0.028 设计基本要求：
风力发电叶片制作工艺 介绍 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
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型发电机的叶片长44m，采用碳纤维代
\ 《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0902班 % 姓名：陈建宏 学号：04 指导老师：田德、王永
提交日期： 一、设计任务书 1、设计内容 风电机组总体技术设计 ； 2、目的与任务 主要目的： 1)以大型水平轴风力机为研究对象，掌握系统的总体设计方法； 2)熟悉相关的工程设计软件； 3)掌握科研报告的撰写方法。 主要任务： 每位同学独立完成风电机组总体技术设计，包括： 1)确定风电机组的总体技术参数； 2)、 3)关键零部件（齿轮箱、发电机和变流器）技术参数； 4)计算关键零部件（叶片、风轮、主轴、连轴器和塔架等）载荷和技术参数； 5)完成叶片设计任务； 6)确定塔架的设计方案。 每人撰写一份课程设计报告。 3、主要内容 每人选择功率范围在至6MW之间的风电机组进行设计。 1）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 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。 . 2）设计内容 （1）确定整机设计的技术参数。设定几种风力机的C p曲线和C t曲线，风力机基本参数包括叶片数、风轮直径、额定风速、切入风速、切出风速、功率控制方式、传动系统、电气系统、制动系统形式和塔架高度等，根据标准确定风力机等级； （2）关键部件气动载荷的计算。设定几种风轮的C p曲线和C t曲线，计算几种关键零部件的载荷（叶片载荷、风轮载荷、主轴载荷、连轴器载荷和塔架载荷等）；根据载荷和功率确定所选定机型主要部件的技术参数（齿轮箱、发电机、变流器、连轴器、偏航和变桨距电机等）和型式。以上内容建议用计算机编程实现，确定整机和各部件（系统）的主要技术参数。（3）塔架根部截面应力计算。计算暴风工况下风轮的气动推力，参考风电机组的整体设计参数，计算塔架根部截面的应力。最后提交有关的分析计算报告。
第二章风力机设计理论 2.1 翼型基本知识 翼型几何参数： 如图所示在风轮半径:处取一宽度为dr的叶素，翼型的气动性能直接与翼型外形有关。通常，翼型外形由下列几何参数确定: (l)翼的前缘: 翼的前头A为一圆头; (2)翼的后缘: 翼的尾部B为尖型; (3)翼弦:翼的前缘左与后缘B的连线称翼的弦，左B的长是翼的弦长 (4)翼的上表面: 翼弦上面的弧面; (5)翼的下表面: 翼弦下面的弧面; (6)翼的最大厚度h: 翼上表面与下表面相对应的最大距离; (7)叶片安装角e: 风轮旋转平面与翼弦所成的角; (8)迎角(攻角)a: 翼弦与相对风速所成的角度; (9)入流角功: 旋转平面与相对风速所成的角。
2.2叶片设计的空气动力学理论 2.2.1贝茨理论 世界上第一个关于风力发电机叶轮叶片接受风能的完整理论是1919年由德国的贝茨(Bee)建立的。贝茨理论的建立，是假定叶轮是“理想”的：全部接受风能(没有轮毂)，叶片无限多；对空气流没有阻力；空气流是连续的、不可压缩的；叶片扫掠面上的气流是均匀的；气流速度的方向不论在叶片前或叶片后都是垂直叶片扫掠面的(或称平行叶轮轴线的)，这时的叶轮称“理想叶轮”。其计算简图如图。
V1——距离风力机一定距离的上游风速； V ——通过风轮时的实际风速； V2——离风轮远处的下游风速。 风力贝茨理论计算模型： 风作用在风轮上的力可由Euler 理论(欧拉定理) )(12V V SV F -=ρ 风轮所接受的功率为: )(122V V SV FV P -==ρ 经过风轮叶片的风的动能转化: )(2 12221V V SV T -=?ρ 由2和3式得到 221V V V += 因此风作用在风轮叶片上的力F 和风轮输出的功率P 分别为 )(2 1 2221V V S F -=ρ
小型家用风力发电机毕 业设计 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】
摘要风能作为一种清洁的可再生能源越来越受到人们的重视，风力发电也逐渐成为了时下的朝阳产业。本论文详细阐明了小型独立风力发电系统的设计方案，对风力发电机组的结构和电能的变换及继电控制电路做了深入的研究。 本文提出的解决方案为，风力发电机组带动单相交流发电机，然后通过AC—DC—AC 变换为用户需要的标准交流电，并且考虑到风力的不稳定性，在系统中并入蓄电池组，通过控制电路的监控实现系统的控制，保证系统在风能充足时可蓄能，在风能不充足时亦可为负载供电。系统的运行状况采用继电控制电路监控和切换。 本论文的重点在于继点控制电路的设计，并对各种不同风力情况下系统的运行状况进行了全面而严谨的分析，最后电气控制部分进行了系统仿真。 关键词：风力发电机组；整流——逆变；继电控制 目录
引言 随着世界工业化进程的不断加快，使得能源消耗逐渐增加，全球工业有害物质的排放量与日俱增，从而造成气候异常、灾害增多、恶性疾病的多发，因此，能源和环境问题成为当今世界所面临的两大重要课题。由能源问题引发的危机以及日益突出的环境问题，使人们认识到开发清洁的可再生能源是保护生态环境和可持续发展的客观需要。可以说，对风力发电的研究和进行这方面的毕业设计对我们从事风力发电事业的同学是有着十分重大的理论和现实意义的，也是十分有必要的
第一章绪论 风能是一种清洁的、储量极为丰富的可再生能源，它和存在于自然界的矿物质燃料能源，如煤、石油、天然气等不同，它不会随着其本身的转化和利用而减少，因此可以说是一种取之不尽、用之不竭的能源。而矿物质燃料储量有限，正在日趋减少，况且其带来的严重的污染问题和温室效应正越来越困扰着人们。因此风力发电正越来越引起人们的关注。 风力发电概述 1.1.1风力发电现状与展望 全球风能资源极为丰富，技术上可以利用的资源总量估计约53×106亿kWh /年。作为可再生的清洁能源，受到世界各国的高度重视。近20年来风电技术有了巨大的进步，发展速度惊人。而风能售价也已能为电力用户所承受：一些美国的电力公司提供给客户的风电优惠售价已达到2～美分/kWh，此售价使得美国家庭有25%的电力可以通过购买风电获得。 2004年欧洲风能协会和绿色和平组织签署了《风力12——关于2020年风电达到世界电力总量的12%的蓝图》的报告，“风力12%”的蓝图展示出风力发电已经成为解决世界能源问题的不可或缺的重要力量。按照风电目前的发展趋势，预计2008～2012年期间装机容量增长率为20%，以后到2015年期间为15%，2017～2020年期间为10%。其推算的结果2010年风电装机亿KW，风电电量×104亿kWh，2020年风电装机亿KW，风电电量×104亿kWh，占当时世界总电消费量×104亿kWh的%。 世界风电发展有如下特点：
风力机叶片设计、制造的趋势和评价 风力机叶片设计、制造的趋势和评价 风力机叶片设计、制造的趋势和评价风力机叶片设计、制造的趋势和评价美国Sandia 国家试验室 Paul S.Veers,Thomas D.Ashwill,,Herbert J. Sutherland,https://www.doczj.com/doc/2617207731.html,ird and Donald.W Lobitz 等著前言风力机叶片的尺寸和产量都巳稳定增大，现在主流产品功率为 1MW 至 3MW。80 米直径的转子巳在生产，90 米至 120 米直径的转子已有样机。2001 年生产风力机叶片共用了5 万吨成品玻璃纤维层合板，今后几年还会增加。叶片变长叶轮变大，都会增加叶片在整机成本中的比重。因为叶片是整台风机的关键部件之一,改进叶片的设计、制造及性能，一直是研究开发的主要目标。叶片设计和制造的改进基于多年的生产经验和工业研发。有的研发是欧美政府资助的项目。研究的重点是,多种叶片设计和材料技术。技术挑战包括:尺寸加大但抑制重量增加、改进功率性能和减轻载荷、方便运输、使疲劳循环达 1 亿至 10 亿次、和降低设计裕度。叶片只占风机成本的 10% ~ 15%，所以靠叶片来降低能源价格(COE)，其作用是有限度的。如果创新的叶片设计,能降低 10% ~ 20%载荷，则能从几个主要部件(如塔、传动轴系、叶片本身)都得到好处。适当的叶片成本降低，和带来的其它系统造价降低，可降低能源价格。设计和制造历史上的叶片结构和制造方法图1 是切面图，表示风机叶片的典型结构。翼缘(大梁盖)为较厚的主要是单向纤维铺层组成，以承担拍打方向的弯矩。叶片蒙皮是典型的双轴向的(double-bias)或三轴向的(triaxial)玻璃纤维;轻木或泡沫塑料芯是抗屈曲用的。过去，叶片用全玻璃纤维铺层或个别情况用碳纤维局部加强制造。当叶片长度到 30 米时，最普通的制造方法是湿法手工铺放敞模成型。值得注意的例外是 Vestas,她造叶片一直用预浸料玻璃纤维。 图 1. 风力机叶片结构图叶片质量增加的趋势图 2 给出 750KW 至 4.5MW 风机叶片质量与风机转子半径的关系。简单地放大叶片，其质量将按转子半径的立方增加。但图 2 并非如此，仅是半径 2.3 次方的关系。从图 2 还可看到叶片质量有较大分散度。这主要因为材料、制造方法及设计准则的变化。对某一设计等级的某个制造厂,还可发现其质量增大另一种趋势。Vestas 的 V66 和 V80 叶片的质量差就是半径的 2.7 次方的关系。此指数值很接近立方放大关系。因为 V66 巳用了高性能预浸材料，己是轻重量设计,再降低重量(假定未改变纤维种类) 的空间不大了。质量增长指数低于立方关系，很可能是采用较厚截面的翼型的结果。LM35.0 和 LM43.8,在 IEC 二级,的质量差放大指数为半径的 1.7 次方,这大大低于其它各家的。这是因为 LM 设计中已在材料性能上采取了重大改进 , 和使用较厚截面的翼型。 图 2. 商用 MW 级叶片设计的质量增长(基本为玻璃纤维) 参 考文献 2 详细介绍了，商业叶片质量增长趋势，和气动力、结构设计、材料、
西南交通大学钢桥课程设计 单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥 课程设计 姓名： 学号： 班级： 电话： 电子邮件： 指导老师： 设计时间：2016.4.15——2016.6.5
目录 第一章设计资料 (1) 第一节基本资料 (1) 第二节设计内容 (2) 第三节设计要求 (2) 第二章主桁杆件内力计算 (3) 第一节主力作用下主桁杆件内力计算 (3) 第二节横向风力作用下的主桁杆件附加力计算 (7) 第三节制动力作用下的主桁杆件附加力计算 (8) 第四节疲劳内力计算 (10) 第五节主桁杆件内力组合 (11) 第三章主桁杆件截面设计 (14) 第一节下弦杆截面设计 (14) 第二节上弦杆截面设计 (16) 第三节端斜杆截面设计 (17) 第四节中间斜杆截面设计 (19) 第五节吊杆截面设计 (20) 第六节腹杆高强度螺栓计算 (22) 第四章弦杆拼接计算和下弦端节点设计 (23) 第一节 E2节点弦杆拼接计算 (23) 第二节 E0节点弦杆拼接计算 (24) 第三节下弦端节点设计 (25) 第五章挠度计算和预拱度设计 (27) 第一节挠度计算 (27) 第二节预拱度设计 (28) 第六章桁架桥梁空间模型计算 (29) 第一节建立空间详细模型 (29) 第二节恒载竖向变形计算 (30) 第三节活载内力和应力计算 (30) 第四节自振特性计算 (32) 第七章设计总结 (32)
第一章设计资料 第一节基本资料 1设计规范：铁路桥涵设计基本规范（TB10002.1-2005），铁路桥梁钢结构设计规范（TB10002.2-2005）。 2结构轮廓尺寸：计算跨度L=70+0.2×27=75.4m，钢梁分10个节间，节间长度d=L/10=7.54m，主桁高度H=11d/8=11×7.46/8=10.3675m，主桁中心距B=5.75m，纵梁中心距b=2.0m，纵梁计算宽度B0=5.30m，采用明桥面、双侧人行道。 3材料：主桁杆件材料Q345q，板厚 40mm，高强度螺栓采用40B，精制螺栓采用BL3，支座铸件采用ZG35II、辊轴采用35号锻钢。 4 活载等级：中—活载。 5恒载 （1）主桁计算 桥面p1=10kN/m，桥面系p2=6.29kN/m，主桁架p3=14.51kN/m， 联结系p4=2.74kN/m，检查设备p5=1.02kN/m， 螺栓、螺母和垫圈p6=0.02（p2+ p3+ p4），焊缝p7=0.015（p2+ p3+ p4）; （2）纵梁、横梁计算 纵梁（每线）p8=4.73kN/m（未包括桥面），横梁（每片）p9=2.10kN/m。 6风力强度W0=1.25kPa，K1K2K3=1.0。 7工厂采用焊接，工地采用高强度螺栓连接，人行道托架采用精制螺栓，栓径均为22mm、孔径均为23mm。高强度螺栓设计预拉力P=200kN，抗滑移系数μ0=0.45。
小型风力发电机毕业设计 摘要 基于开发风能资源在改善能源结构中的重要意义，本论文对风力发电机的特性作了简要的介绍，且对风力发电机的各种参数和风力机类型作了必要的说明。在此基础上，对风力发电机的原理和结构作了细致的分析。首先，对风力发电机的总体机械结构进行了设计，并且设计了限速控制系统。本课题设计的是一种新型的立式垂直轴小型风力发电机，由风机叶轮、立柱、横梁、变速机构、离合装置和发电机组成。这种发电机有体积小、噪音小、使用寿命长、价格低的特点，适合在有风能资源地区的楼房顶部，供应家庭用电，例如照明：灯泡,节能灯；家用电器:电视机、收音机、电风扇、洗衣机、电冰箱。 关键词：风力发电限速控制系统小型风力发电机
Abstract Exploiting wind energy resources is of great significance in improving energy structure. In the discourse，the characters of wind generator are introduced briefly，while parameters and types of wind generators are also narrated. Base on these，the theory and constitution of the wind generator are meticulously analyzed. Firstly，Has carried on the design to wind-driven generator's overall mechanism, And has designed the regulating control system. What I design is one kind of new vertical axis small wind-driven generator, by the air blower impeller, the column, the crossbeam, the gearshift mechanism, the engaging and disengaging gear and the generator is composed. This kind of generator has the volume to be small, the noise is small, the service life is long, the price low characteristic, suits in has the wind energy resources area building crown, the supply family uses electricity, For example illumination: The light bulb, conserves energy the lamp; Domestic electric appliances: Television, radio, electric fan, washer, electric refrigerator. Key words：Wind power generation, Regulating control system, Small wind-driven generator
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
风机叶片的原理、结构和运行维护 潘东浩 第一章风机叶片报涉及的原理 第一节风力机获得的能量 一.气流的动能 1 2 i 3 E= 2 mv =2 p Sv 式中m——气体的质量 S——风轮的扫风面积，单位为m2 v 气体的速度，单位是m/s p ------空气密度，单位是kg/m3 E 气体的动能，单位是W 风力机实际获得的轴功率 P=2 p sJc p 式中P----- 风力机实际获得的轴功率，单位为W； p ------空气密度，单位为kg/m3; S ----- 风轮的扫风面积，单位为m2; v ----- 上游风速，单位为m/s. C p ---------- 风能利用系数 三.风机从风能中获得的能量是有限的，风机的理论最大效率
n Q 0.593 即为贝兹（Betz）理论的极限值。 第二节叶片的受力分析 一.作用在桨叶上的气动力 上图是风轮叶片剖面叶素不考虑诱导速
度情况下的受力分析。在叶片局部剖面上，W是来流速度V和局部线速度U的矢量和。速度W在叶片局部剖面上产生升力dL和阻力dD，通过把dL和dD分解到平行和垂直风轮旋转平面上，即为风轮的轴向推力dFn和旋转切向力dFt。轴向推力作用在风力发电机组塔架上，旋转切向力产生有用的旋转力矩，驱动风轮转动。 上图中的几何关系式如下： W =V U ①=0 + a dFn=dDs in ① +dLcos ① dFt=dLs in ①-dDcos ① dM=rdFt=r（dLsin ①-dDcos①） 其中，①为相对速度W与局部线速度U （旋转平面）的夹角，称为倾斜角；0为弦线和局部 线速度U （旋转平面）的夹角，称为安装角或节距角; a为弦线和相对速度W的夹 角，称为攻角。 ?桨叶角度的调整（安装角）对功率的影响。（定桨距） 改变桨叶节距角的设定会影响额定功率的输出，根据定桨距风力机的特点，应当尽量提高低 风速时的功率系数和考虑高风速时的失速性能。定桨距风力发电机组 在额定风速以下运行时，在低风速区，不同的节距角所对应的功率曲线几乎是重合的。但在 高风速区，节距角的变化，对其最大输出功率（额定功率点）的影响是十分明显的。事实 上，调整桨叶的节距角，只是改变了桨叶对气流的失速点。根据实验结果，节距角越小，气 流对桨叶的失速点越高，其最大输出功率也越高。这就是定桨距风力机可以在不同的空气密 度下调整桨叶安装角的根据。 不同安装角的功率曲线如下图所示： 750KW国产桨叶各安装角实际功率Illi线对比图 ! --------- ——B ----------------! *pitchy—00 P itch=-3. 00 pitcta-L T5 pi 75 ―*—pitch=-Q. 00 * 1 -------- piteh=l.00——= ---------------- i
初中物理大题集练——能源与可持续发展 1、我市地处沿海，风力资源极为丰富，随着各项大型风力发电项目的建设，我市将成为广东省知名风力发电基地。如图甲是某地风力发电的外景。风力发电机组主要由风机叶片和发电机组成。请回答下列问题： （1）风力发电利用的是风能，风能是清洁的（选填“可再生”或“不可再生”）能源； （2）风机叶片具有质量轻、强度高、耐磨损等性能，通常用密度（选填“大”或“小”）、硬度大的复合材料制成；叶片形状像飞机的机翼，若叶片位置和风向如图乙所示，由于叶片两面空气流速不同而产差，使风叶旋转； （3）风叶产生的动力通过传动系统传递给发电机，发电机是利用原理，把机械能转化为电能； （4）某风力发电机的输出功率与风速的关系如图丙所示，由图像可以知道，当风速在v1到v2之间时，风速越大，发电机组的电功率； （5）请你根据图像判断，台风来临时，能否给风力发电带来最大的经济效益？（选填“能”或“不能”）。 2、如下图甲是我国某公路两旁风光互补路灯系统的外景，其中的风力发电机组主要由风机叶片和发动机组成；该风力发电机的输出功率与风速的关系图像如图乙所示。请回答： （1）风力发电利用的是风能，风能是清洁的、_____（填“可再生”或“不可再
生”）能源； （2）风力发电机利用_________原理把_________转化为电能； （3）由图乙图像可知，能使该风力发电机组产生电能的风速范围是_________（用图像中的字母表示）； （4）下表给出的是在不同风速下该风力发电机的输出功率。请根据表中信息回答： ①当风速为8 m／s时，该风力发电机的输出功率为_________W； ②当风速为16 m／s时，这台风力发电机工作1 s所产生的电能可供1只“12 V 60W”电灯正常工作2 s，那么风力发电机发电的效率为_________。 3、2015年3月，全球最大的太阳能飞机“阳光动力2号”（如图所示）开始首次环球飞行，途径我国重庆和南京两个城市，此行的重要目的是传播新能源概念。 （1）该飞机白天飞行时，利用高效太阳能电池版将电磁能（太阳能）转化为____________能；夜间飞行时，利用其超轻薄离子电池储备的____________能转化为电能，首次实现昼夜飞行而不耗费一滴燃油。 （2）该机从重庆飞往南京的航程约为1260千米，用时17.5小时。则它的飞行速度为多少千米/小时？ （3）为降低飞行时的能量消耗，该机选用新型轻质材料，取面积为1平方米，厚度为1毫米的新型材料，测得其质量为250克，则该材料的密度为多少？（4）该机计划从南京起飞后直飞美国夏威夷，是此次环球航行中最具挑战性的一段航程，飞行时间长达120小时，飞行过程中依靠平均功率为10千瓦的电动机提供动力，其消耗的能源全部由电池板吸收的太阳能提供，则此段航行中至少需要吸收多少太阳能？（太阳能电池板的转化功率约为30%） 4、如图所示，2015年3月31日，无需一滴燃料的世界最大太阳能飞机“阳光动力”2号降落在重庆江北国际机场，并于当天在重庆巴蜀中学开启中国首个
电气工程及其自动化专业 本科毕业论文 Last revision date: 13 December 2020.
可控励磁发电系统综合性实验的设计 摘要 现代电力系统的发展，对同步发电机励磁控制提出了更高要求。发电机在正常工作情况下，负载总在不断地变化着。而不同容量的负载，以及负载的不同功率因数，对同步发电机励磁磁场的反映作用是不同的，要维持同步发电机端电压为一定水平，就必须根据负载的大小及负载的性质随时调节同步发电机的励磁。在各类电站中，励磁系统是保证同步发电机正常工作，提高电网稳定水平的关键设备。同步发电机励磁的自动控制在保证电能质量、无功功率的合理分配和提高电力系统运行的可靠性方面都起着十分重要的意义。 本文主要对可控励磁发电系统进行了实验设计，首先对可控励磁发电系统做了相关简介并探讨了可控励磁发电系统的国内外未来发展形势。本文着重在可控励磁系统中的过励限制方面作了重点分析，并设计了相关的一个过励限制特性试验，对过励限制系统加深了了解。 关键词电力系统；励磁控制系统；过励限制
Integrated power system excitation control design of experiment Abstract The development of modern power system, synchronous generator excitation control on a higher requirement. Generators in normal circumstances, the total load is constantly changing. And different load capacity and load of different power factor, synchronous generator excitation field on the reflection of the role is different, to maintain the synchronous generator terminal voltage to a certain level, it must be based on load size and the nature of the load regulation at any time synchronization power generator. In various power plant, synchronous generator excitation system is to ensure that work to improve the level of power and stability of key equipment. Synchronous generator excitation control in power quality assurance, rational allocation of reactive power and improve reliability of power system operations and play an important role. This paper mainly controlled experimental excitation power system design, first generation system as a controllable excitation profile and the related power system excitation control of the future development of the situation at home and abroad. This article focuses on the controlled excitation system overexcited restrictions were analyzed, and design-related characteristics of an overexcited limit test, the system had exciting limit to deepen understanding. Keywords：power system；excitation control system；overexcited limit
风力发电机叶片制作工艺流程 传统能源资源的大量使用带来了许多的环境问题和社会问题，并且其存储量大大降低，因而风能作为一种清洁的可循环再生的能源，越来越受到世界各国的广泛关注。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。并且，随着叶片的增大，刚度也成为主要问题。为了实现风力的大功率发电，既要减轻叶片的重量，又要满足强度与刚度要求，这就对叶片材料提出了很高的要求。 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％。Vesta Wind System 公司的V90型3.0 MW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34 m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，则调节风叶斜度来分散超过的风力，防止对风机的损害。斜度控制系统对逐步改变的风速是有效的。但对狂风的反应太慢了，自适应的各向异性叶片可帮助斜度控制系统，在突然的、瞬间的和局部的风速改变时保持电流的稳定。自适应叶片充分利用了纤维增强材料的特性，能产生非对称性和各向异性的材料，采用弯曲/扭曲叶片设计，使叶片在强风中旋转时可减少瞬时负载。美国Sandia National Laboratories致力于自适应叶片研究，使1.5MW风机的发电成本降到4.9美分/(kW?h)，价格可和燃料发电相比。 6）利用导电性能避免雷击
一．总体参数设计 总体参数是设计风力发电机组总体结构和功能的基本参数，主要包括额定功率、发电机额定转速、风轮转速、设计寿命等。 1. 额定功率、设计寿命 根据《设计任务书》选定额定功率P r =3.5MW ；一般风力机组设计寿命至少为20年，这里选20年设计寿命。 2. 切出风速、切入风速、额定风速 切入风速 取 V in = 3m/s 切出风速 取 V out = 25m/s 额定风速 V r = 12m/s （对于一般变桨距风力发电机组（选 3.5MW ）的额定风速与平均风速之比为1.70左右,V r =1.70V ave =1.70×7.0≈12m/s ） 3. 重要几何尺寸 (1) 风轮直径和扫掠面积 由风力发电机组输出功率得叶片直径： m C V P D p r r 10495.096.095.045.012225.13500000 883 3 213≈???????==πηηηπρ 其中： P r ——风力发电机组额定输出功率，取3.5MW ； ——空气密度（一般取标准大气状态），取1.225kg/m 3； V r ——额定风速，取12m/s ； D ——风轮直径； 1η——传动系统效率，取0.95； 2η——发电机效率，取0.96； 3η——变流器效率，取0.95； C p ——额定功率下风能利用系数,取0.45。 由直径计算可得扫掠面积： 22 2 84824 1044 m D A =?= = ππ 综上可得风轮直径D=104m ，扫掠面积A=84822 m
4. 功率曲线 自然界风速的变化是随机的, 符合马尔可夫过程的特征, 下一时刻的风速和上一时刻的结果没什么可预测的规律。由于风速的这种特性, 可以把风力发电机组的功率随风速的变化用如下的模型来表示： )()()(△t P t P t P sta t += )(t P ——在真实湍流风作用下每一时刻产生的功率, 它由t 时刻的V(t)决定; )(t P stat ——在给定时间段V(t)的平均值所对应的功率； )(△t P ——表示t 时刻由于风湍流引起的功率波动。 对功率曲线的绘制, 主要在于对风速模型的处理。若假定上式表示的风模型中P stat (t)的始终为零, 即视风速为不随时间变化的稳定值, 在切入风速到切出风速的围按照设定的风速步长, 得到对应风速下的最佳叶尖速比和功率系数,带入式： 32123 8 1ηηπηρD V C P r P = 1η——传动系统效率，取0.95； 2η——发电机效率，取0.96； 3η——变流器效率，取0.95； ——空气密度（一般取标准大气状态），取1.225kg/m 3； V r ——额定风速，取12m/s ； D ——风轮直径； C p ——额定功率下风能利用系数,取0.45。
水轮发电机组系统设计 目录 第一章.水轮发电机组选型 (3) 第一节水轮机机组台数及型号选择 (3) 原始资料 (3) 机组台数的选择 (3) 机组型号的选择 (3) 第二节水轮机基本参数的计算 (4) 方案一 (4) 方案二 (9) 方案三 (13) 方案四 (17) 方案五 (21) 方案六 (25) 第三节最优方案的选择与比较 (29) 六种方案比较表 (29) 水力机械部分 (31) 水轮发电机比较 (32) 方案经济比较 (34) 最优方案的选择 (35) 第四节配套发电机的选择 (37)
水轮发电机尺寸参数的计算 (37) 水轮发电机外形尺寸计算 (38) 水轮发电机轴向尺寸计算 (39) 水轮发电机重量计算 (40) 第五节尾水管的选择与计算 (42) 蜗壳 (42) 尾水管选择计算 (56) 第二章调速设备的选择 (46) 第一节调速器的选择原则 (56) 第二节调速器工作容量的选择计算 (56) 第三节调速器选择 (47) 第四节油压装置选择计算 (48) 第三章辅助设备设计 (49) 第一节主阀的选择 (49) 进水阀形式的选择 (49) 第二节油系统设计 (51) 供油对象及其油量计算 (51) 第三节压缩气系统设计 (55) 供气对象 (55) 供气方式 (55) 高压气系统的设备选择 (56) 低压气系统设备选择 (56) 第四节供排水系统设计 (60)
技术供水系统 (60) 排水系统设计 (62) 第四章水电厂房的布置设计 (66) 第一节厂房长度的计算 (66) 第二节厂房宽度的计算 (67) 第三节厂房各高程的计算 (68) 第五章结语 (70) 参考资料及文献 (71) 第一章.水轮发电机组选型 第一节：水轮机机组台数及型号的选择 1.1.1 原始资料 最大水头=58m，平均水头=55m，设计水头=54m，最小水头=52m,电站总装机容量22万kW，年利用小时数4500h，保证出力6.5万kW。电站建成后将承担峰荷部分基荷，本电站有调相任务。