风电机组震动监测及载荷估算方 法研究
北京木联能软件技术有限公司 【Millennium Engineering Software】
议 题
?一、风力机故障分类 ?二、震动监测 ?三、 三 Tjareborg 风力机简介 ?四、 四 Tjareborg 风力机模拟
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叶片故障
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知名企业叶片故障
印度SUZLON
VESTAS
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机舱故障
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机舱故障
多以机舱着火 为主，主要是 齿轮箱及发电 机的位置。
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塔架故障
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知名企业塔架故障
美国2007年8月25 日下午4点左右在位于 Wasco 附近的麦地里属 于PPM能源的Klondike III风电场一套由西门子 制造的风电机组的塔架 倾倒（拦腰折断），致 一死一重伤。 检查结果 旋转过速, 检查结果：旋转过速 （Over speed）风力机 操作于正常参数以上。 进而有可能产生過度的 震动。
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地基故障
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国内具体案例分析
2010年2月1日3：18，左云风电公司运营的山西某风电厂风机倒塌事故分析（详细报告见文献）
塔筒大部分法兰缺失，变形为扁豆型 （常规变形为鹅蛋型）
报警信息
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国内具体案例分析
二期风力机全部停机检查发现的问题
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震动监测
国内外经验教训证明，为了保证风电机组的安全可靠运行，必须采取风况预测，预警 和制动监控保护措施。 下面介绍状态监测系统在风力发电机上的应用。 信号检测模块 数据采集模块 硬件结构 工控主机模块 显示打印模块 电源模块 信号操作 状态监测 软件结构 分析诊断 状态显示 其他功能 数据采集 信号处理（震动信号） 数据采集、信号处理（震动信号） 初始化、状态检测 各种监测诊断分析方法 以图表、解构简图等形式反映 传感器、信号变送、信号预处理 对各参数的采集、转换为数字量 PC、与各接口模块通信、实时数据交换 显示器、报警、便于人机交互
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发电机组故障诊断层次结构
传感器
应变传感器
新型数字式传感器, 基于M E M S 技术的传感器, 具有体积小, 可靠 性高, 技术附加值高。 技术附加值高
智能传感器
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木联能
分析诊断功能包括常用的各种监测诊断分析方法
时域波形、轴心轨迹、滤波轨迹、重构轨迹、频谱分析、平面轨迹谱分析、立体轨迹 谱分析、时域分析、魏格纳分布、逆谱分析、信号滤波、时域频域联合分析、自相关和 互相关等。
智能信息处理
例如在变压器故障诊断中, 将神经网络与粗糙集结合起来, 就能将复杂的组合神经网络 约简并删除其中不必要的属性, 不仅克服了神经网络规模过于庞大和分类速度慢的缺点, 同 时利用了粗糙集良好的分类能力。
测量点 的选择
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Tjareborg Wind Turbine简介
TWT位于丹麦西海岸埃斯 比约市，是2.2MW定速变 浆型、上风向3叶片风力机， 采用NACA44系列航空翼 型。
全球温度分布
全球风功率密度分布
所有技术资料均源自Technical T h i l University U i i of f Denmark D k
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丹麦风能分布
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TWT所在风场
z 风机彼此相距350m， 地形较为平坦，年平 均风速为8.4m/s z 风力机内部及风场装 配了较为全面的测量 系统，包括风力机上 下游位置的两个测风 塔
120 两侧分布两 z 距风力机120m 个90m高的气象桅杆，1号 桅杆置于前端，2号桅杆置 于后部，覆盖主要风区，构 成风场测风系统
注：以上图片源自GOOGLE EARTH
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传感器位置及所测量的参数
1、机舱 转矩、弯矩、风速风向、偏航角度、 频率、温度 2、塔架 塔架 功率、机舱位置、电压、电网频率 3、轮毂 压力、弯矩、变桨控制力、 桨距角 4、测风塔 风速风向 温度 大气压力 风速风向、温度、大气压力、 风剪切、湍流度
实测数据丰富，包括长达5年的风场 气象状况测量(年平均风速为8.4m/s) 以及风力机结构、载荷、电气数据等。
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TWT图纸
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运行监测记录
启动 运行 停机等过程的历史记录（图为启动过程）92年2月25日 启动，运行，停机等过程的历史记录（图为启动过程）
风速、风向、桨距角、高速轴转速、偏航角、挥舞力矩、弦向力矩、低速轴转矩、风轮倾斜 力矩、风轮偏航力矩。
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北京鉴衡认证中心 风力发电机组载荷计算 北京鉴衡认证中心 发言人：韩炜 2008-4-14 w w w .s i m o s o l a r .c o m
北京鉴衡认证中心 内容概要 1. 风力发电机组载荷计算目的 2. 风力发电机组载荷特点 3. 风力发电机组载荷计算 w w w .s i m o s o l a r .c o m
北京鉴衡认证中心 风力发电机组载荷计算目的 ? 对于设计：提供强度分析载荷依据，确保各部 件承载在设计极限内；优化运行载荷，提高机 组可靠性。 ? 对于认证：确保载荷计算应用了适当的方法， 工况假定全面且符合标准要求，结果真实可靠。w w w .s i m o s o l a r .c o m
北京鉴衡认证中心 风力发电机组载荷特点 ? 风 ? 空气动力学 ? 叶片动力学 ? 控制 ? 传动系统动力学 ? 电力系统 ? 塔架动力学 ? 基础 w w w .s i m o s o l a r .c o m
风力发电机组载荷计算标准 ? 陆上风机：GB18451.1（2001）；IEC61400-1（1999， 2005）；GL Guideline2003；… ? 海上风机：IEC61400-3；GL Guideline (Offshore) 2005? DNV- OS-J101 … 风力发电机组载荷计算 w w w. s i m o s o l a r.c o m 北京鉴衡认证中心
北京鉴衡认证中心 风力发电机组设计等级 （IEC61400-1：1999） 级别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ S V ref [m/s] 50 42.5 37.5 30 V ave [m/s] 10 8.5 7.5 6 A I 15 [-] 0.18 0.18 0.18 0.18 a [-] 2 2 2 2 B I 15 [-] 0.16 0.16 0.16 0.16 a [-] 3 3 3 3 由设计 者规定 各参数 注： V ref ：轮毂处参考风速 V ave ：轮毂处平均风速 I 15：风速15m/s时的湍流强度 a: 斜度参数 风力发电机组载荷计算 w w w .s i m o s o l a r .c o m
风机风量计算方法 风机风量的定义为:风速V与风道截面积F的乘积.大型风机由于能够用风速计准确测出风速,所以风量计算也很简单,直接用公式Q=VF,便可算出风量. 风机数量的确定根据所选房间的换气次数，计算厂房所需总风量，进而计算得 风机数量。计算公式：N=V×n/Q 其中：N——风机数量（台）； V——场地体积（m3）； n——换气次数（次/时）； Q——所选风机型号的单台风量（m3/h）。 风机型号的选择应该根据厂房实际情况，尽量选取与原窗口尺寸相匹配的风机型号，风机与湿帘尽量保持一定的距离（尽可能分别装在厂房的山墙两侧），实现良好的通风换气效果。排风侧尽量不靠近附近建筑物，以防影响附近住户。如从室内带出的空气中含有污染环境，可以在风口安装喷水装置，吸附近污染物集中回收，不污染环境 引风机所需风量风压如何计算 1、引风机选型，首要的是确定风量； 2、风量的确定要看你做什么用途，不同的用途风量确定方法不一样，请参照专业书籍或者请教专业技术人员； 3、确定了风量之后，逐段计算沿程阻力和局部阻力，将它们相加，乘以裕量系数，得出需要的压力； 4、查阅风机性能数据表，或者请风机厂家查找对应的风机型号即可 风机风量和风压计算功率，工业方面用，设计中，通过风量和风压计算风机的大概功率 功率(KW)=风量(m3/h)*风压(Pa)/(3600*风机效率*机械传动效率*1000)。风量=(功率*3600*风机效率*机械传动效率*1000)/风压。 风机效率可取0.719至0.8；机械传动效率对于三角带传动取0.95，对于联轴器传动取0.98。
风量如何计算？要加入风机功率管道等因素，抽风空间的大小等? 比如说：100平方的房间我需要每小时抽风500立方，要怎么求出它的风机的功率，管道等。还有风速和立方怎么算出来的，比如说0.1或0.5米每秒的风速多长时间可以抽100立方或500立方的风？以上的两个问题要求有个计算公 式，公式中的符号要注明。 一、 1、管道计算 首先确定管道的长度，假设管道直径。计算每米管道的沿程摩擦阻力： R=(λ/D)*(ν^2*γ/2)。 2、计算风机的压力：ρ=RL。 3、确定风量：500立方。 4、计算风机功率：P=500立方*ρ/(3600*风机效率*1000*传动效率)。 5、风量计算：Q=ν*r^2*3.14*3600。 6、风速计算：ν=Q/(r^2*3.14*3600) 7、管道直径计算：D=√(Q*4)/(3600*3.14*ν) 二、 1、风速为0.5m/s时，计算每小500立方米风需要多长时间。假设管道直径为0.3m。 Q=ν*r^2*3.14*3600 =0.5*(0.3/2)^2*3.14*3600 =127.2(立方) 500/127.2=3.9(小时) 建议：风速最好确定在12m/s比较合适，提高风速后可以缩小管道的直径。
第6章 结构荷载 本项目分析内容包括结构的强度和屈曲分析、单工况动力分析和动力耦合分析。因此，结构分析荷载分为静荷载和动荷载。静荷载包括风机运转荷载、风、浪、流和冰荷载；动荷载包括风机运转荷载、风、浪、流、冰和地震荷载。 6.1 强度与屈曲分析荷载 6.1.1 风机运行荷载 风力发电机组运行时，其叶片上的风荷载和风机偏航引起的荷载通过结构和传动机构作用在塔架顶端，因此，DnV 规范规定，海上风电机组基础结构设计应考虑风电机组的荷载。这部分荷载包括：风轮上的静风压引起的荷载、湍流和尾流引起的荷载、风力发电机偏航引起的荷载和风力发电机组的重力荷载等。中华人民共和国机械工业部标准（JB/T10300-2001）对风力发电机组的荷载计算做出了具体的规定： 6.1.1.1 正常运行荷载 1、风轮上的气动荷载 (1) 作用在风轮上的平均压力 作用在风轮扫掠面积A 上的平均压力H p 由下式计算： 2H FB 1 2 r p C V ρ= （6.1.1） 式中：C FB =8/9； ρ——空气密度； V r ——额定风速。 代入系数值并经量纲转换后得： 2 H 1800 r V p =（kN/m 2） （6.1.2）
式中：V r 的量纲为m/s 。 (2) 作用在塔架顶部的力为： XH H F p A = （6.1.3） (3) 湍流、风斜流和塔尾流的影响 利用气动力距风轮中心的偏心距e w 来考虑湍流以及风斜流和塔尾流的影响： 2 2w r wR e V = （6.1.4） 式中：R ——风轮半径； w ——任一方向风的极端风梯度，取w =0.25 m s m 或风速梯度的1.5 倍（二值中取较小值）。由于此偏心距而产生最大附加力矩为： YH H w M p Ae = （6.1.5） 或 ZH H w M p Ae = （6.1.6） (4) 扭矩XH M 由最大输出功率P e1 确定： e1 XH P M ωη = （6.1.7） 式中：ω——风轮转动角速度； η——发电机和增速器的总效率系数。 若无输出功率或总效率系数实际值时，则可假定单位风轮扫掠面积的输出功率为500W/m 2及总效率系数η=0.7。 将η=0.7 及P e1（kW ）代入得： e1 XH 14 P M n = （6.1.8） 式中：n ——风轮转速，r/min 。 6.1.1.2 风机偏航载荷 风机偏航运动时，由于陀螺效应，偏航运转将引起作用在塔架顶部的陀螺力，这就是偏航荷载，对于偏航运动的不同阶段，该荷载分为启动荷载和匀速转动荷载。
风机常识-风机知识 风机是一种用于压缩和输送气体的机械，从能量观点来看，它是把原动机的机械能量转变为气体能量的一种机械。风机分类及用途： 透平式风机--通过旋转叶片压缩输送气体的风机。 容积式风机—用改变气体容积的方法压缩及输送气体机械。 离心式风机—气流轴向驶入风机叶轮后，在离心力作用下被压缩，主要沿径向流动。 轴流式风机—气流轴向驶入旋转叶片通道，由于叶片与气体相互作用，气体被压缩后近似在园柱型表面上沿轴线方向流动。 混流式风机—气体与主轴成某一角度的方向进入旋转叶道，近似沿锥面流动。 横流式风机—气体横贯旋转叶道，而受到叶片作用升高压力。 (以绝对压力计 通风机—排气压力低于112700Pa ； 鼓风机—排气压力在112700Pa~343000Pa之间；压缩机—排气压力高于343000Pa 以上； (在标准状
低压离心通风机：全压P ≤1000Pa 中压离心通风机：全压P=1000~5000Pa 高压离心通风机：全压P=5000~30000Pa 低压轴流通风机：全压P ≤500Pa 高压轴流通风机：全压P=500~5000Pa 一般通风机全称表示方法 型式和品种组成表示方法 压力:离心通风机的压力指升压（相对于大气的压力）, 即气体在风机内压力的升高值或者该风机进出口处气体压力之差。它有静压、动压、全压之分。性能参数指全压（等于风机出口与进口总压之差）, 其单位常用Pa 、KPa 、mH2O 、 mmH2O 等。 流量:单位时间内流过风机的气体容积, 又称风量。常用Q 来表示, 常用单位是;m3/s、m3/min、m3/h（秒、分、小时）。(有时候也用到“质量流量”即单位时间内流过风机的气体质量, 这个时候需要考虑风机进口的气体密度, 与气体成份, 当地大气压, 气体温度, 进口压力有密切影响, 需经换算才能得到习惯的“气体流量”。 转速：风机转子旋转速度。常以n 来表示、其单位用r/min(r表示转速，min 表示分钟。
风机选型常用计算 风机是一种用于压缩和输送气体的机械，从能量观点来看，它是把原动机的机械能量转变为气体能量的一种机械。 风管截面积的计算： 截面积=机器总风量÷3600÷风速 风机分类及用途： 按作用原理分类 透平式风机--通过旋转叶片压缩输送气体的风机。容积式风机—用改变气体容积的方法压缩及输送气体机械。 按气流运动方向分类 离心式风机—气流轴向驶入风机叶轮后，在离心力作用下被压缩，主要沿径向流动。轴流式风机—气流轴向驶入旋转叶片通道，由于叶片与气体相互作用，气体被压缩后近似在园柱型表面上沿轴线方向流动。 混流式风机—气体与主轴成某一角度的方向进入旋转叶道，近似沿锥面流动。横流式风机—气体横贯旋转叶道，而受到叶片作用升高压力。
按生产压力的高低分类(以绝对压力计算) 通风机—排气压力低于112700Pa； 鼓风机—排气压力在112700Pa~343000Pa之间； 压缩机—排气压力高于343000Pa以上； 通风机高低压相应分类如下(在标准状态下) 低压离心通风机：全压P≤1000Pa 中压离心通风机：全压P=1000~5000Pa 高压离心通风机：全压P=5000~30000Pa 低压轴流通风机：全压P≤500Pa 高压轴流通风机：全压P=500~5000Pa 一般通风机全称表示方法 型式和品种组成表示方法 压力:离心通风机的压力指升压（相对于大气的压力）,即气体在风机内压力的升高值或者该风机进出口处气体压力之差。它有静压、动压、全压之分。性能参数指全压（等于风机出口与进口总压之差）,其单位常用Pa、KPa、mH2O、mmH2O等。
流量:单位时间内流过风机的气体容积,又称风量。常用Q来表示,常用单位是;m3/s、m3/min、m3/h（秒、分、小时）。(有时候也用到“质量流量”即单位时间内流过风机的气体质量,这个时候需要考虑风机进口的气体密度,与气体成份,当地大气压,气体温度,进口压力有密切影响,需经换算才能得到习惯的“气体流量”。 转速：风机转子旋转速度。常以n来表示、其单位用r/min(r表示转速，min表示分钟)。 功率：驱动风机所需要的功率。常以N来表示、其单位用Kw。 传动方式及机械效率： A型直联传动D型联轴器联接转动F型联轴器联接转动B型皮带传动
供货范围包括罗茨鼓风机、驱动电机及其附属设备（详见以下清单），其它要求见本标书第一章的内容。设备清单序号名称规格单位数量1 三叶罗茨鼓风机Q=80.3m3/min H=5m N=90KW 台 2 2 进气过滤消声器个 2 3 进、出口消音器DN300 个2 4 止回阀DN300 个2 5 安全阀DN300 个2 6 橡胶防震接头DN300 个2 7 隔音罩个2 8 减震垫个10 9 空气滤清器个 2 备品备件清单序号名称规格材料预计寿命（年）数量 1 主轴承BK9020用GCr15 3年1套2 主机油封BK9020用氟橡胶2年1套3 三角带BK9020用橡胶8000小时2套4 空气过滤器芯DN250 二步法海棉1年3套 1.1.2 工作条件鼓风机工作条件描述表输送介质空气现场海拔高度255.10米夏季平均气压0.098MPa 室外气温年平均气温 3.5℃最高气温39℃最低气温-39℃室外年平均相对湿度78% 室内温度5～40℃ 1.1.3 技术参数 1.1.3.1 鼓风机性能表*鼓风机技术参数描述表鼓风机型式三叶罗茨鼓风机数量 2 用途滤池反冲洗供气介质空气*流量80.3m3/min *升压5m 转数≤1500rpm 电机型式鼠笼式异步电动机数量3 功率55Kw 电压380V 绝缘等级F 电机
防护等级IP44 功率因数>0.89 电源380V，3相，50Hz 冷却方式自然风冷噪音<85dB(风机1米处) 1.1.3.2 技术要求（1）除整机设置铭牌外，鼓风机、配套电机等非单一工厂生产的配套件，均应设有铭牌，旋转件有旋向箭头，气流体有流向箭头，箭头色泽应涂以醒目的红色。（2）鼓风机要求间歇频繁启动（每小时不少于6次），运行时保持稳定，无异常振动，在鼓风机额定转速时，轴承座上径向振幅（双向）不大于0.14mm。（3）风机主机在正常使用情况下，可保证连续使用50000h以上不用维修。（5）进、出气口法兰应符合国家标准规定法兰。（6）成套机组均应良好接地，接地电阻不大于10，电气设备不大于4。 1.1.3.3 *构造与材料（1）鼓风机鼓风机构造为同步齿轮传动的三叶罗茨式鼓风机。进气口和出气口均与轴垂直，进气口方向朝上，出气口方向水平。为保证鼓风机的整体使用性能。壳：鼓风机机壳采用铸铁（HT200）。叶轮和轴：鼓风机叶轮和轴结合为一体，且叶轮无磨损，风机性能持久不变，可长期连续运转，鼓风机叶轮和轴采用球墨铸铁（QT500）。齿轮和轴承：鼓风机采用最高级驱动齿轮和轴承，不仅使寿命得到延长，而且实现了低噪音化，轴承部分的振动速度有效值大大低于国家标准（ZBJ7203-89）规定的13mm/s。鼓风机齿轮和轴承材质分别为合金钢（20CrMnMo和GCr15）。填料密封：鼓风机叶轮轴与轴承和齿轮箱间设有挡油圈（HT200），挡油环用O圈及油封（丁腈橡胶）确保壳体内没有混油，可获得清洁气体。传动装置：鼓风机与电动机之间由皮带传动，皮带轮采用铸铁（HT200），并有皮带罩。鼓风机基座：鼓风机、电动机、进风过滤消声器、出风消音器等设备辅件组装成一体，以成组型方式安装在一个基座上，鼓风机基座材料采用铸铁（HT200）或钢（A3）。冷却系统：自然风冷。（2）驱动电机鼓风机配套电机为鼠笼式异步电动机，电源电压380V±10%，频率50HZ。电机的生产制造、技术标准等应符合ISO、IEC、DIN国际标准和等效标准，与其连结的负荷不应超过电动机铭牌上所示功率。要求电机噪音低，振动小，在任何速度和负荷下轴的最大振幅不超过2密尔（正负峰值）1.1.3.4 附属设备鼓风机机组设备必需带有附属设备包括空气滤清器、进气消声过滤器、出口消声器、压力表、安全阀、止回阀、弹性接头、隔音罩、减震垫等，鼓风机应将上述附件组装一体。空气滤清器：为气体过滤器，使进入风机前的气体进行过滤，从而保证干净的空气进入鼓风机，过滤器采用Q235钢制造。进口消音器：采用阻尼式消声器，主要是消除鼓风机进口气流噪声的装置，由外筒、内筒、法兰等焊接而成，内外筒之间放入吸声材料，使该装置重量轻、阻力小、消声效果好。消声器由Q235钢制造。出口消音器：主要消除鼓风机出口气流噪声，消声频带宽，消声效果好。消声器由Q235钢制造。安全阀：系统上的一个保险装置，当系统工作状况异常，阻力高于额定值时，安全阀开启，将气体从安全阀排出，防止风机和电动机过载。止回阀：用以防止停机时系统高压气体倒流，使鼓风机转子反转，发生故障，同时防止系统灰尘倒流。阀体为铸铁制造。弹性接头：由橡胶钢骨架压合而成，有良好的减震和隔音效果。减震垫：应提供减震垫，能起到良好减震效果。压力表：为每台鼓风机提供一个排气压力表，安装在排气管上。隔音罩：起到良好的降低噪声作用。 1.1.3.5 备品备件卖方应提供设备3年正常运行所需要的的易损易磨部件，如密封、轴承、皮带等。 1.1.4 工厂试验（1）鼓风机出厂前必须作工况点的性能试验,测定在规定静压下的流量、压力和效率值、A的声级值，轴承部位的振动值，规定负荷下连续运行两小时测量轴承温度和密封泄漏。（2）必要时买方将去现场监督具体检查实施情况和要求，卖方提供材质检测报告。 1.1.5 涂装（1）产品总装后不准有油污、碰伤、锈痕等缺陷。（2）产品外露机械加工部分要作防锈处理，外露紧固件均用不锈材料制作。（3）安装完后，整体要完成最后涂装，涂厚按涂料产品使用说明书的有效厚度，色泽由买方指定或由卖方提供，但需报买方认可。 1.1.6 现场服务和试车卖方派设备制造厂家工程师到现场技术服务，对鼓风机等设备指导安装、进行调试、检验等工作。卖方提供为上述服务所需的全部专用工具、仪表和器具等。
风机常用计算公式 风机是一种用于压缩和输送气体的机械，从能量观点来看，它是把原动机的机械能量转变为气体能量的一种机械。 风机分类及用途： 按作用原理分类 透平式风机--通过旋转叶片压缩输送气体的风机。 容积式风机—用改变气体容积的方法压缩及输送气体机械。 按气流运动方向分类 离心式风机—气流轴向驶入风机叶轮后，在离心力作用下被压缩，主要沿径向流动。 轴流式风机—气流轴向驶入旋转叶片通道，由于叶片与气体相互作用，气体被压缩后近似在园柱型表面上沿轴线方向流动。 混流式风机—气体与主轴成某一角度的方向进入旋转叶道，近似沿锥面流动。 横流式风机—气体横贯旋转叶道，而受到叶片作用升高压力。 按生产压力的高低分类(以绝对压力计算) 通风机—排气压力低于112700Pa； 鼓风机—排气压力在112700Pa~343000Pa之间； 压缩机—排气压力高于343000Pa以上； 通风机高低压相应分类如下(在标准状态下) 低压离心通风机：全压P≤1000Pa 中压离心通风机：全压P=1000~5000Pa 高压离心通风机：全压P=5000~30000Pa 低压轴流通风机：全压P≤500Pa 高压轴流通风机：全压P=500~5000Pa 一般通风机全称表示方法
型式和品种组成表示方法 压力:离心通风机的压力指升压（相对于大气的压力）,即气体在风机内压力的升高值或者该风机进出口处气体压力之差。它有静压、动压、全压之分。性能参数指全压（等于风机出口与进口总压之差）,其单位常用Pa、KPa、mH2O、mmH2O等。 流量:单位时间内流过风机的气体容积,又称风量。常用Q来表示,常用单位是;m3/s、m3/min、m3/h（秒、分、小时）。(有时候也用到“质量流量”即单位时间内流过风机的气体质量,这个时候需要考虑风机进口的气体密度,与气体成份,当地大气压,气体温度,进口压力有密切 影响,需经换算才能得到习惯的“气体流量”。 转速：风机转子旋转速度。常以n来表示、其单位用r/min(r表示转速，min表示分钟)。功率：驱动风机所需要的功率。常以N来表示、其单位用Kw。 常用风机用途代号
第 章 滚动轴承 第1节 概述 一． 构造 二． 特点 1. 摩擦力矩小且稳定，易启动。 2. 轴向宽度小，结构紧凑。 3. 能同时承受轴向力和径向力。 4. 易润滑。 5. 可消除径向间隙。 6. 批量生产成本低。 7. 对轴的材料和热处理要求低。 8. 承受冲击载荷能力差。 9. 寿命短。 10. 振动、噪声大。 11. 径向尺寸大。 12. 不能剖分。 第2节 滚动轴承的主要类型及代号 一．滚动轴承的类型 1. 按轴承构成分 2. 按轴承受力分 3. 按接触情况分 二．滚动轴承的代号 直径系列代号 1. 内圈 2. 外圈 3. 4. 混合 ηn/p 滑动摩擦特性曲线 边界 前置代号 表示轴承分部件 后置代号 表示轴承结构公差精度等 直径系列的对比
选择轴承类型时考虑的因素： 一．轴承的载荷 载荷大小、方向是决定轴承类型的重要依据 二．轴承的转速 三．安装方便性 四．轴承的调心性能 第4节滚动轴承的工作情况 一．轴承元件上的载荷分布 1 .推力轴承 设轴承受到轴向力S，则每个滚动体受力： F i=S/Z 2 向心轴承 1)力分布 2) 3.失效形式：疲劳点蚀 4.设计计算准则：保证一定的接触疲劳强度 二．向心推力轴承的派生轴向 力（附加轴向力） 1. 派生轴向力的产生 R→N i→S i→S←A 2. 轴向力对接触情况的影响 注：1)Y对应A/R>e的Y 2)e由轴承样本查取 i 固定套圈应力变化情况 接 触 应 力 接 触 应 力 N i S i A/R=tanα A/R=1.25tan A/R>1.7tanα
(N) 10 60 6 ' εh nL P C= 一．滚动轴承的失效形式及基本额定寿命 1.失效形式 滚动体或内外圈滚道上的疲劳点蚀。 2.单个轴承滚动轴承的寿命： 套圈或滚动体发生疲劳扩展之前，一套圈相 对于另一套圈的转数。 3.滚动轴承的基本额定寿命 1)滚动轴承的寿命分布 2)基本额定寿命 一定条件下，一组轴承中10%的轴承发生疲 劳点蚀失效，而90%的轴承不发生疲劳点蚀失效 前的内外圈相对转数（106）或工作时数 二．滚动轴承的基本额定动载荷 1.载荷和额定寿命的关系 2.基本额定动载荷 轴承的基本额定寿命恰好为106转时， 轴承所能承受的载荷值C。 3.额定动载荷的修正 轴承工作温度与试验温度不同时应修正 额定动载荷。 C t=f t C 三．滚动轴承寿命的计算公式 1.载荷和额定寿命的关系 2.寿命计算公式 1)用转数表示的寿命公式： 2)用小时表示的寿命公式： 3)设计式： 未失效轴承数量% 轴 承 的 寿 命 （ 1 6 转 ） 100 70 50 30 10 0 12 10 8 6 4 2 载荷 额定寿命 C 10 012345678910L10(106) 额定寿命 4 3 2 C ) (106 10 转 ε ? ? ? ? ? = P C L (h) 60 106ε ? ? ? ? ? = P C n L h
风机离心风机的常识与选型（各种压效率概念计算等） 风机类型 离心风机分类与结构离心风机（后简称风机）是依靠输入的机械能，提高气体压力并排送气体的机械，它是一种从动的流体机械。离心风机广泛用于工厂、矿井、隧道、冷却塔、车辆、船舶和建筑物的通风、排尘和冷却；锅炉和工业炉窑的通风和引风；空气调节设备和家用电器设备中的冷却和通风；风洞风源和气垫船的充气和推进等。 离心风机分类 主要结构部件 一些常识1、压力：离心通风机的压力指升压（相对于大气的压力）,即气体在风机内压力的升高值或者该风机进出口处气体压力之差。它有全压、动压、静压之分。性能参数指全压（等于风机出口与进口总压之差）,其单位常用Pa、kPa、mH2O、mmH2O等。2、流量：单位时间内流过风机的气体容积的量,又称风量。常用Q来表示，常用单位是；m3/s、m3/min、m3/h。3、转速：风机转子旋转速度。常以n来表示，其单位用r/min。4、功率：驱动风机所需要的功率。常以N来表示，其单位用KW。关于全压、动压、静压1、气流在某一点或某一截面上的总压等于该点截面上的静压与动压之和。而风机的全压，则定义为风机出口截面上的全压
与进口截面上的全压之差，即： Pt =（Pst2 +ρ2 V2 2/ 2）-( Pst1 +ρ1 V12/2) Pst2 为风机出口静压，ρ2为风机出口密度，V2为风机出口速度 Pst1 为风机进口静压，ρ1为风机进口密度，V1为风机进口速度2、气体的动能所表征的压力称为动压，即：Pd=ρV2/23、气体的压力能所表征的压力称为静压，静压定义为全压与动压之差，即：Pst = Pt–Pd注：我们常说的机外余压指的是机组出风口处的静压和动压之和。如下图所表示管道内全压、静压和动压： 静压(Pj)由于流体分子不规则运动而撞击于器壁，垂直作用在器壁上的压力叫静压，用Pj表示，单位用毫米水柱。计算时，以绝对真空为计算零点的静压称为绝对静压。以大气压力为零点的静压称为相对静压。空调中的空气静压均指相对静压。大于周围大气压的静压为正值，小于周围大气压时静压为负值。例如：风道上的静压力测点是从烟风道壁面上引出的，因此，仪表盘上的风压压力计指示的仅是静压。动压（Pd）流体在管道内或风道内流动时，由于速度所产生的压力称为动压或速度压头。动压值总是正的，用Pd表示，单位用毫米水柱。全压（Pq）是指某点上静压力和动压力的代数和，即：Pq=Pd+Pj；单位也是毫米水柱。全压=静压+动压
风机常识-风机知识： 风机是一种用于压缩和输送气体的机械，从能量观点来看，它是把原动机的机械能量转变为气体能量的一种机械。 风机分类及用途： 按作用原理分类 透平式风机--通过旋转叶片压缩输送气体的风机。容积式风机—用改变气体容积的方法压缩及输送气体机械。 按气流运动方向分类 离心式风机—气流轴向驶入风机叶轮后，在离心力作用下被压缩，主要沿径向流动。 轴流式风机—气流轴向驶入旋转叶片通道，由于叶片与气体相互作用，气体被压缩后近似在园柱型表面上沿轴线方向流动。 混流式风机—气体与主轴成某一角度的方向进入旋转叶道，近似沿锥面流动。 横流式风机—气体横贯旋转叶道，而受到叶片作用升高压力。 按生产压力的高低分类(以绝对压力计算) 通风机—排气压力低于112700Pa； 鼓风机—排气压力在112700Pa~343000Pa之间；
压缩机—排气压力高于343000Pa以上； 通风机高低压相应分类如下(在标准状态下) 低压离心通风机：全压P≤1000P a 中压离心通风机：全压P=1000~5000Pa 高压离心通风机：全压P=5000~30000Pa 低压轴流通风机：全压P≤500Pa 高压轴流通风机：全压P=500~5000Pa 一般通风机全称表示方法 型式和品种组成表示方法 压力: 离心通风机的压力指升压（相对于大气的压力）,即气体在风机内压力的升高值或者该风机进出口处气体压力之差。它有静压、动压、全压之分。性能参数指全压（等于风机出口与进口总压之差）,其单位常用Pa、KPa、mH2O、mmH2O等。 流量: 单位时间内流过风机的气体容积,又称风量。常用Q来表示,常用单位是;m3/s、m3/min、m3/h （秒、分、小时）。(有时候也用到“质量流量”即单位时间内流过风机的气体质量,这个时候需要考虑风机进口的气体密度,与气体成份,当地大气压,气体温度,进口压力有密切影响,需经换算才能得到习惯的“气体流量”。 转速： 风机转子旋转速度。常以n来表示、其单位用r/min(r表示转速，min表示分钟)。
滚动轴承所承受的载荷取决于 所支承的轴系部件承担的载荷。右图 为一对角接触球轴承反装支承一个 轴和一个斜齿圆柱齿轮的受力情况。 图中的F re、F te、F ae分别为所支承零 件（齿轮）承受的径向、切向和轴向 载荷，F d1和F d2为两个轴承在径向 载荷F r1和F r2（图中未画出）作用下 所产生的派生轴向力。这里，轴承所 承受的径向载荷F r1和F r2可以依据 两个角接触球轴承反装的受力分析 （径向反力） F re、F te、F ae经静力分析后确定，而轴向载荷F a1和F a2则不完全取决于外载荷F re、F te、F ae，还与轴上所受的派生轴向力F d1和F d2有关。 对于向心推力轴承，由径向载荷F r1和F r2所派生的轴向力F d1和F d2的大小可按下表所列的公式计算。 注：表中Y和e由载荷系数表中查取，Y是对应表中F a／F r＞e的Y 值 下图中把派生轴向力的方向与外加轴向载荷F ae的方向一致的轴承标为2，另一端则为1。取轴和与其相配合的轴承内圈为分离体，当达到轴向平衡时，应满足：F ae＋F d2＝F d1 由于F d1和F d2是按公式计算的，不一定恰好满足上述关系式，这时会出现下列两种情况： 当F ae＋F d2＞F d1时,则轴有向左窜动的趋势,相当于轴承1被“压紧”,轴承2被“放松”,但实际上轴必须处于平衡位置，所以被“压紧”的轴承1所受的总轴向力F a1必须与F ae＋F d2平衡，即 F a1＝F ae＋F d2 而被“放松”的轴承2只受其本身派生的轴向力F d2，即F a2＝F d2。 当F ae＋F d2＜F d1时,同前理，被“放松”的轴承1只受其本身派生的轴向力F a1， 即F a1＝F d1 而被“压紧”的轴承2所受的总轴向力为: F a2＝F d1－F ae
风力发电机组载荷计算 北京鉴衡认证中心 发言人：韩炜 2008-4-14 北京鉴衡认证中心
内容概要 1. 风力发电机组载荷计算目的 2. 风力发电机组载荷特点 3. 风力发电机组载荷计算 北京鉴衡认证中心
风力发电机组载荷计算目的 ? 对于设计：提供强度分析载荷依据，确保各部 件承载在设计极限内；优化运行载荷，提高机 组可靠性。 ? 对于认证：确保载荷计算应用了适当的方法， 工况假定全面且符合标准要求，结果真实可靠。北京鉴衡认证中心
风力发电机组载荷特点 ? 风 ? 空气动力学 ? 叶片动力学 ? 控制 ? 传动系统动力学 ? 电力系统 ? 塔架动力学 ? 基础 北京鉴衡认证中心
风力发电机组载荷计算 风力发电机组载荷计算标准 ? 陆上风机：GB18451.1（2001）；IEC61400-1（1999， 2005）；GL Guideline2003；… ? 海上风机：IEC61400-3；GL Guideline (Offshore) 2005? DNV- OS-J101 … 北京鉴衡认证中心
北京鉴衡认证中心 风力发电机组设计等级 （IEC61400-1：1999） 级别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ S V ref [m/s] 50 42.5 37.5 30 V ave [m/s] 10 8.5 7.5 6 A I 15 [-] 0.18 0.18 0.18 0.18 a [-] 2 2 2 2 B I 15 [-] 0.16 0.16 0.16 0.16 a [-] 3 3 3 3 由设计 者规定 各参数 注： V ref ：轮毂处参考风速 V ave ：轮毂处平均风速 I 15：风速15m/s时的湍流强度 a: 斜度参数 风力发电机组载荷计算
风机常用计算公式工作必备知识汇总！ 风机常识-风机知识 风机是一种用于压缩和输送气体的机械，从能量观点来看，它是把原动机的机械能量转变为气体能量的一种机械。 1、风机分类及用途 按作用原理分类 透平式风机--通过旋转叶片压缩输送气体的风机。 容积式风机—用改变气体容积的方法压缩及输送气体机械。
按气流运动方向分类 离心式风机—气流轴向驶入风机叶轮后，在离心力作用下被压缩，主要沿径向流动。 轴流式风机—气流轴向驶入旋转叶片通道，由于叶片与气体相互作用，气体被压缩后近似在圆柱型表面上沿轴线方向流动。 混流式风机—气体与主轴成某一角度的方向进入旋转叶道，近似沿锥面流动。 横流式风机—气体横贯旋转叶道，而受到叶片作用升高压力。 按生产压力的高低分类(以绝对压力计算) 通风机—排气压力低于112700Pa； 鼓风机—排气压力在112700Pa~343000Pa之间； 压缩机—排气压力高于343000Pa以上； 通风机高低压相应分类如下(在标准状态下) 低压离心通风机：全压P≤1000Pa 中压离心通风机：全压P=1000~5000Pa
高压离心通风机：全压P=5000~30000Pa 低压轴流通风机：全压P≤500Pa 高压轴流通风机：全压P=500~5000Pa 2、一般通风机全称表示方法 型式和品种组成表示方法 压力： 离心通风机的压力指升压（相对于大气的压力）,即气体在风机内压力的升高值或者该风机进出口处气体压力之差。它有静压、动压、全压之分。性能参数指全压（等于风机出口与进口总压之差）,其单位常用Pa、KPa、mH2O、mmH2O等。 流量： 单位时间内流过风机的气体容积,又称风量。常用Q来表示,常用单位是：m3/s、m3/min、m3/h（秒、分、小时）。(有时候也用到“质量流量”即单位时间内流过风机的气体质量,这个时候需要考虑风机进口的气体密度,与气体成份,当地大气压,气体温度,进口压力有密切影响,需经换算才能得到习惯的“气体流量”。 转速： 风机转子旋转速度。常以n来表示、其单位用r/min(r表示转速，min表示分钟)。 功率： 驱动风机所需要的功率。常以N来表示、其单位用Kw。
范钦珊教育教学工作室 FAN Qin-Shan’s Education & Teaching Studi o eBook 材料力学习题详细解答 教师用书 (第2章) 2008-8-8
习题 2－1 习题 2－3 习题 2－5 习题 2－7 习题 2－9 习题 2－11 习题 2－13 习题 2－15 习题 2－2 习题 2－4 习题 2－6 习题 2－8 习题 2－10 习题 2－12 习题 2－14 习题 2－16 习题 2－17
F N1l 1 F l 30 ?103 ? 0.8 ? 4 (50 + 30) ?103 ?1.2 ? 4 200 ?109 ? π ? 202 ??10 200 ?109 ? π ? 302 ??10 6 = 1.06 10 m=1.06 mm ? + N BC BC 材料力学习题详细解答之二 第 2 章 轴向载荷作用下杆件的材料力学问题 2－1 两根直径不同的实心截面杆，在 B 处焊接在一起，弹性模量均为 E ＝200 GPa ， 受力和尺寸等均标在图中。 习题 2－1 图 试求： 1．画轴力图； 2．各段杆横截面上的工作应力； 3．杆的轴向变形总量。 解：轴力图（略） （a ）（1） ? AB =F N1 A 1 4F N1 π d 12 = 4 ? 30 ?10 3 π ? 20 2 ?10 6 = 95.5 MPa ? BC =F N2 A 2 4 ? (50 + 30) ?10 3 π ? 30 2 ?10 6 = 113 MPa （2） ?l = ?l AB + ?l BC = + N2 2 EA 1 EA 2 = + 6 3 （b ）（1） ? AB = ? BC = F N AB A 1 F N BC A 2 = = 4 ? 50 ?10 3 2 6 4 ? ( 60) ?10 3 2 6 = 44.1 MPa = 18.1 MPa （2） ?l = ?l AB + ?l BC = F N AB l AB EA 1 F l EA 2 50 ?10 3 ? 0.9 ? 4 200 ?10 9 ?π ? 38 2 ?10 6 60 ?10 3 ?1.22 ? 4 200 ?10 9 ?π ? 65 2 ?10 6
文章编号:167321220(2007)022012203 大型风机启动力矩计算研究 黄钦儿,刘诗璋 (中国直升机设计研究所,景德镇,333001) 摘 要 本文应用直升机空气动力学载荷计算方法,对大型风力发电机组叶片启动力矩进行计算,为大型风力发电机组叶片的研制提供可行的计算方法。 关键词 直升机气动;风力发电机;启动力矩 中图分类号: TK83;V211.44 文献标识码: A I nvesti gati on About St art2up M o ment of Bl ades i n Large2scale W i n d Turbi n e HUANG Q in2er,L I U Si2zhang (China Helicop ter Research and Devel opment I nstitute,J ingdezhen,333001) Abstract For devel op ing the blades of mega watt wind turbine,By the way of the helicop ter aer ody2 na m ics calculate technique,This paper made a calculati on about start2up moment of the blades in large2scale wind turbine. Key words helicop ter aer odyna m ics;wind turbine;start2up moment 1 前言 空气动力性能好的风力发电机组可以获得较高的功率系数,在同样条件下可以得到较大的经济效益。风力发电机组的空气动力性能主要表现为风轮的空气动力性能。当风轮叶片数、风轮直径、翼型、额定风速、尖速比、实度等风轮气动参数确定后,必须要对风轮的启动力矩进行计算,在国内兆瓦级大型风机叶片研制中,某些厂家忽视叶片启动力的计算研究,仓卒盲目测绘生产,叶片装机后,风速达到7m/s时,叶片仍然不能启动(一般风机的启动风速为3～4m/s)。本文应用直升机空气动力学载荷计算方法,对大型风力发电机组叶片启动力矩进行计算,为大型风力发电机组叶片的设计研制提供可行的计算方法。 风力发电机风轮在来流风速的作用下,由静止开始转动,当风轮转速达到发电机工作转速时,风机进入发电状态。在发电机未接入负载或并网发电前,发电机的转动力矩很小,一旦接入负载或并网发电,发电机的转动力矩将由负载功率和转速确定,通常用电机的功率—转速特性或转矩—转速特性来表示。这里,我们不妨把风轮在启动风速作用下,由静止开始转动并逐渐加速到工作转速这一过程叫做启动过程。在启动过程中,启动风速与启动所需力矩的相互关系称作风轮的启动特性。本文将分析风轮在启动风速作用下由静止开始转动时所需的力矩,即启动力矩。 2 翼型选择 由于风力发电机组是依靠风轮叶片,通过流动 总第150期2007年第2期 直 升 机 技 术 HE L I COPTER TECHN I Q UE T otal No.150 No.22007 收稿日期:2007201218
风机噪音计算公式和噪音的几种解决方法 ( 一) 噪音的计算公式 送风设备之噪音以db(decibel) 为测量之单位，其值为送风设备之噪音以db(decibel) 为测量之单位，其值为 db = 10 ㏒10 ( I ) 式中，I 为估算之噪音强度，而I 0 则为db 等于零时之噪音强度。依据美国标準，db 之值为1x10 -16 w/cm 2 。依据美国标准，db 之值为1x10 -16 w/cm 2 。 噪音是可以测度的，也可以避免的，尤其在风机方面之噪音，更是一项重要的设计课题，良好的设计可以使噪音度减低。噪音是可以测度的，也可以避免的，尤其在风机方面之噪音，更是一项重要的设计课题，良好的设计可以使噪音度减低。在风机之世界裡，噪音仍然依循一项规律，其量值可随其型号( 或直径比) 、转速比、及空气密度比而变更。在风机之世界里，噪音仍然依循一项规律，其量值可随其型号( 或直径比) 、转速比、及空气密度比而变更。由于声音之强度为音效压力之二次方成正比，故风机噪音之强度亦为通风机压力之二次方成比例。由于声音之强度为音效压力之二次方成正比，故风机噪音之强度亦为通风机压力之二次方成比例。若风机之压力为一定，则噪音强度与风机风量成正比。若风机之压力为一定，则噪音强度与风机风量成正比。其相关定律如下：其相关定律如下： 表15. 噪音之计算公式 噪音强度位准增加量，(dB2-dB1) 公式原型简易式 1 10 ㏒10 (qp 2 ) 10 ㏒10 (q)+ 20 ㏒10 (p) 2 10 ㏒10 (d 7 n 5 ) 70 ㏒10 (d)+ 50 ㏒10 (n) 3 10 ㏒10 (d 2 p 2.5 ) 20 ㏒10 (d)+ 25 ㏒10 (p) 4 10 ㏒10 (d -8 p 5 ) -80 ㏒10 (d)+ 50 ㏒10 (q) 5 10 ㏒10 (d -4/3 hp 5/3 ) -13.31 ㏒10 (d)+ 16. 6 ㏒10 (hp) 6 10 ㏒10 (q 7/3 n 8/3 ) 23.31 ㏒10 (q)+ 26.6 ㏒10 (n) 7 10 ㏒10 (n -2 p 7/2 ) 35 ㏒10 (p) - 20 ㏒10 (n) 35 ㏒10 (p) - 20 ㏒10 (n) 8 10 ㏒10 (hp 2 q -1 ) 20 ㏒10 (hp) - 10 ㏒10 (q) 20 ㏒10 (hp) - 10 ㏒10 (q) 9 10 ㏒10 (hpp) 10 ㏒10 (hp) + 10 ㏒10 (p) 10 ㏒10 (hp) + 10 ㏒10 (p)
轴承的预载荷 根据应用场合，有必要在轴承配置中加入正的或负的工作游隙。在大多数应用场合，工作游隙应是正的，即在运行时，轴承应有剩余游隙，尽管很小，见“轴承的内部游隙”一节。 但是在很多情况下，例如机床主轴轴承、汽车车轴传动器上的小齿轮轴承、小型电动机轴承配置或作摇摆运动的轴承配置，需要负的工作游隙，即要加预载荷，来提高轴承配置的刚性或提高运行精度。在空载或极轻负荷条件下与高速度运行的轴承，也建议应用预载荷，例如使用弹簧加压。在这些情况下，预载荷起到为轴承提供最低负荷的作用，防止因滚动体打滑而造成轴承损坏，见“要求的最低负荷 ”。 轴承的预载荷--预载荷的种类 根据轴承类型不同，预载荷可以是径向或轴向的。例如，圆柱滚子轴承由于其设计特点只能承受径向预载荷，而推力球轴承与圆柱滚子推力轴承则只能承受轴向预载荷。单列角接触球轴承与圆锥滚子轴承 (图35) 一般要跟另一个同样类型的轴承一起背对背（a）或面对面（b）配置安
装，这类轴承要加轴向预载荷。深沟球轴承通常也要用轴向预载荷，要这样做，轴承的径向内部游隙应比正常值的要大（例如C3），这样，像角接触球轴承的情况一样，可以产生大于零的接触角。 对于圆锥滚子轴承与角接触球轴承来说，在轴承背对背布置时，其压力中心之间的距离L大于轴承中心之间的距离I（图36），在面对面布置时（图37）， L小于I。这就是说背对背布置的轴承即使轴承中心距离较短，也能够承受较大的倾覆力矩。这类轴承中由力矩负荷产生的径向力以及所造成的轴承变形比面对面布置的轴承要小些。 如果在运行中轴的温升比轴承座高，根据安装过程中的环境温度而调整（设定）的预载荷将会增加，面对面布置的增加量大于背对背布置的增加量。在两种情况下，径向热膨胀都起到减少游隙或增加预载荷的作