风力发电机基础设计探讨

风力发电机主轴设计方案风力发电机主轴设计方案介绍：风力发电是一种可再生能源，利用风能驱动涡轮机旋转产生电力。

风力发电机主轴是连接涡轮机和发电机的重要部件，其设计对于风力发电机的性能和可靠性至关重要。

本文将深入探讨风力发电机主轴的设计方案，并分享对这个关键词的观点和理解。

一、风力发电机主轴的重要性风力发电机主轴起到承载风轮和传递转矩的作用，直接影响整个发电系统的稳定性和效率。

合理设计的主轴能够提高风能的转化效率，减少能量损耗，并提高系统的可靠性和寿命。

二、基本要求和设计考虑因素1. 强度和刚度：主轴必须具备足够的强度和刚度，能够承受风力和旋转所带来的巨大载荷，并保持稳定运行。

2. 自振频率：为避免共振现象，主轴的自振频率应与涡轮机的工作频率相差较大。

3. 材料选择：主轴通常采用高强度合金钢或复合材料制成，以满足强度和重量的要求。

4. 轴承支撑：主轴的设计还需要考虑轴承的支撑方式和布置，以减少摩擦和磨损，并提高系统的运行效率。

三、主轴设计方案1. 结构设计：主轴通常采用空心的圆柱形或锥形结构，以减轻重量并提高强度。

2. 加工工艺：主轴的制造需要采用精密加工工艺，确保几何尺寸的精度和表面的质量。

3. 强度计算：通过强度计算和有限元分析，确定主轴的断裂强度和稳定性。

4. 轴承选型：根据工作条件和轴承要求，选择适当的滚动轴承或滑动轴承，并根据设计要求进行布置。

四、总结与回顾风力发电机主轴设计是风力发电技术中的关键问题之一。

合理的主轴设计方案能够提高发电机组的效率和可靠性，同时降低维护成本和能源损失。

在设计主轴时，应考虑强度、刚度、自振频率、材料选择和轴承支撑等因素，并通过精确的结构设计和加工工艺，保证主轴的性能和可靠性。

观点和理解：在我看来，风力发电机主轴的设计是实现高效能风力发电的关键步骤。

通过深入探讨设计要求和考虑因素，可以找到最佳设计方案。

主轴的材料选择和加工工艺对其性能和可靠性有着重要影响，因此需要进行精密计算和分析。

风力发电机基础工程施工组织设计方案1. 引言本文档旨在为风力发电机基础工程的施工组织设计提供方案。

该方案涵盖了施工组织的目标、原则、整体方案等内容，旨在确保风力发电机基础工程的安全、高效施工。

2. 施工组织目标风力发电机基础工程的施工组织设计的主要目标如下：- 确保施工期间的安全作业- 高效组织施工队伍，提升施工效率- 控制施工成本，优化资源利用- 保证工程质量，符合相关法规和标准3. 施工组织原则风力发电机基础工程的施工组织设计遵循以下原则：- 安全第一：确保施工期间的安全作业，规避安全风险- 系统化：通过合理的组织和管理，实现施工过程的高效运作- 灵活性：根据实际情况调整施工组织方案，确保适应性和实施性- 合理分工：合理划分施工任务，实现资源的合理配置和协调4. 施工组织整体方案基于上述目标和原则，风力发电机基础工程的施工组织设计整体方案如下：4.1 施工队伍组织- 成立施工管理团队，负责组织和协调整个施工过程- 划分施工人员的职责，确保各项工作有序进行- 指定专业人员负责安全管理，确保施工期间的安全作业4.2 施工资源配置- 根据工程需求，合理配置施工设备和机械设备- 配置足够的施工材料，确保施工的连续性和有效性- 协调资源使用，最大限度地提高资源利用效率4.3 施工进度计划- 制定详细的施工计划，包括关键工序和工期安排- 监控施工进度，及时调整计划并解决施工中的问题- 确保施工能按计划进行，减少延误和工期浪费4.4 施工质量控制- 严格遵守相关法规和标准，保证施工质量- 建立质量检查制度，对施工过程进行监督和检验- 及时修正施工中的不合格问题，确保工程质量达到要求5. 总结本文档提供了风力发电机基础工程施工组织设计方案，详细阐述了施工组织目标、原则和整体方案。

通过合理的施工队伍组织、资源配置、进度计划和质量控制，可确保风力发电机基础工程的安全、高效施工。

风力发电机的叶片设计优化探讨文章通过对风力发电机的理论分析，并针对发电机的叶片结构，提出叶型选择、叶片设计理论、叶片气动能量损失修正等关键技术理论；同时，通过对实际案例分析，以期设计出性能更加的风力发电机叶片。

标签：风力发电机；叶片；叶型；设计理论1 风力发电机的叶片概述随着世界能源危机时代的来临，世界环保组织对维持生态平衡的推动，使各国对可再生能源的重视日益高涨。

1931年，苏联设计出容量100千瓦的风力发电装置；1979年，浙江省泗礁岛设计出容量18千瓦的风力发电装置；内蒙古后续在草原上设计装置出200台100-250瓦的小型风力发电机组；目前，在全世界50个国家地方对可再生能源发展支持下，出台了新能源开发相关法律法规，此举对风能的普及至关重要，风能发电行业开始成为规模化新兴产业。

随着世界对风力发电机组研讨逐渐深入，以期可以最大程度上利用风能。

风力发电机组主要由前端（叶片、叶轮、轴承）、传动系统、后端（发电机、电气部件、电能储备）组成。

其中，叶片是发电效率提升的关键技术，其主要包括叶片的叶型选择、翼型设计、气动外型设计等，并可直接影响发电机组工作性能。

由于风力发电机组叶片尺寸大型、结构复杂，在实践中对流线型、材料精度、强度、刚度、叶片表面粗糙度、质量要求严格，因此叶片技术对发电效率的提高起到决定性因素。

目前，研究人员对风力发电机组前端部分深入研讨，希望设计出优化叶片，提升机组系统的效率。

2 风力发电机的叶片设计与优化2.1 叶型的选择在风力发电机组前端，叶片外形结构设计尤其关键，它涉及机组捕获风能功率容量，决定后端机械能供能。

1888年，世界上第一台风力发电装置由美国的CharlesF.Brush设计实现，当时由于人们对叶片结构的不了解，因此叶片采用平板设计，对风能难以有效捕获，实践价值低；1891年，世界上第一台引用风洞的风力发电装置由丹麦的PoulLaCour教授设计实现，他率先将气体动力学与风力发电机组前端结合，当时世界对空气动力学的实验属于浅显水平，叶片设计仍然不适合风能转化，然而此举为后续风力发电机拓展开辟了新道路；20世纪初，伴随着世界研究组对空气动力学的深入，逐渐延伸至风力发电机组叶片的气动设计，它成为机组对风能捕获量和转化效率的关键。

4.1桨叶轴复位斜板水平轴风力机的风轮一般由1～3个叶片组成（本设计中取6片桨叶），它是风力机从风中吸收能量的部件。

叶片采用实心木质叶片。

这种叶片是用优质木材精心加工而成，其表面可以蒙上一层玻璃钢[9]。

在本设计中桨叶材料选用落叶松作为内部骨架，桨叶轴从左至右安装零部件分别为：桨叶轴复位斜板、桨叶轴支撑轴承座、轴套、光轴、轴向固定螺母、垫片、加强钣金、桨叶夹槽。

4.2 托架的基本结构设计托架是放置轮盘、主轴、增速器、发电机以及回转体、滑环和刹车装置等附件的。

它分两层上层为支撑轮盘、主轴、增速器、刹车装置和发电机。

下托板与回转体上端面联接，中间放置滑环和滑轮组件。

滑轮组件是把刹车装置的钢丝绳缠绕在滑轮上改变其方向令钢丝绳与托板不能接触。

5 风力发电机的其他元件的设计5.1 刹车装置的设计由于机械维修以及意外情况的发生需要对风轮机进行刹车，所我们在增速器高速轴侧加装一轮毂并在轮毂外安置刹车装置通过拉拽钢丝绳带动刹车带使风轮转速降低直至停止。

刹车带的复位由弹簧套筒内的弹簧来保证停止刹车后刹车皮与轮毂不在接触。

滑环是在一绝缘圆筒外壁镶嵌三到四个圆环并相应放置电刷电刷的另一端连接发电机的输出电线电缆，在绝缘圆筒内引线一直通到地面的变电所。

6风力发电机在设计中的3个关键技术问题6.1空气动力学问题空气动力设计是风力机设计技术的基础，它主要涉及下列问题:一是风场湍流模型，早期风力机设计采用简化风场模型，对风力机疲劳载荷和极端载荷的确定具有重要意义；另一是动态气动模型。

再一是新系列翼型。

6.2结构动力学问题准确的结构动力学分析是风力机向更大、更柔和结构更优方向发展的关键。

6．3控制技术问题风力机组的控制系统是一个综合性的控制系统。

随着风力机组由恒速定浆距运行发展到变速变浆距运行，控制系统除了对机组进行并网、脱网和调向控制外，还要对机组进行转速和功率的控制，以保证机组安全和跟踪最佳运行功率2.5。

在横向力R的作用下底板链接接合面可能产生滑移，根据底板接合面不滑移条件，并考虑轴向力F∑对预紧力的影响，则各螺栓所需要的预紧力为:查得联结接合面间的摩擦系数f=0.35，查得螺栓的相对连接刚度系数=0.2，取可靠性系数=1.2 ,则各螺栓所需要的预紧力为f*1.2*0.2。

风力发电机组的设计与优化一、引言风力发电作为清洁、可再生的能源之一，受到了越来越多国家的重视和推广。

而风力发电机组作为实现风能转化为电能的关键设备，其设计和优化对于提高发电效率和降低成本具有重要意义。

本文将从风力发电机组的设计、叶片优化、发电机的选择和控制系统的设计等方面进行介绍和讨论。

二、风力发电机组的设计1. 整机结构设计风力发电机组的整机结构设计包括塔架、机舱和叶轮系统三个部分。

塔架需要具备足够的高度和稳定性，以承受风力载荷和支撑整个机组。

机舱是发电机、传动系统和控制系统等的安装位置，需要考虑良好的通风与散热。

叶轮系统包括叶片和轮毂，其叶片的形状和数量会直接影响到整机的转矩和发电效率。

2. 叶片设计与优化叶片是转化风能为机械能的关键部分，其设计和优化对风力发电机组的性能影响很大。

在设计叶片时，需要考虑风速、密度、风向的变化等因素，以及叶片材料的选择和叶片形状的优化。

一些先进的设计方法如气动外形优化、结构优化等可以提升叶片的性能，降低噪音和振动。

3. 发电机的选择发电机是将机械能转化为电能的核心部件，选择适合的发电机对于发电效率和功率输出有重要影响。

常见的风力发电机组使用的发电机有同步发电机和异步发电机等。

同步发电机由于具备高效率和较宽工作范围，在大部分的风力发电机组中得到了广泛应用。

异步发电机在小型风力发电机组中使用较多，其结构简单、成本较低。

根据具体需求，合理选择发电机型号和参数是提高风力发电机组发电效率和经济性的关键。

4. 控制系统的设计控制系统是风力发电机组的重要组成部分，它对风轮的运行状态、功率输出和安全性等方面进行监控和控制。

风力发电机组的控制系统应具备自适应性和高可靠性，能够根据风速的变化调节转速、叶片角度和发电机负载等参数，以实现最大的发电效率。

同时应具备实时监测和故障自诊断功能，及时处理异常情况，确保设备的安全运行。

三、发电机组的优化1. 提高发电效率提高发电效率是风力发电机组优化的关键目标之一。

风力发电机组设计与制造学习The document was prepared on January 2, 2021第一章、绪论1、风力发电机组的组成风力发电机组可分为风轮、机舱、塔架和基础几个部分.1风轮由叶片和轮毂组成.叶片具有空气动力外形,在气流作用下产生力矩驱动风轮转动,通过轮毂将扭矩输入到主传动系统.2机舱由底盘、导流罩和机舱罩组成,底盘上安装除主控制器以外的主要部件.机舱罩后部的上方装有风速和风向传感器,舱壁上有隔音和通风装置等,机舱底部与塔架连接.3塔架支撑风轮与机舱达到所需要的高度.塔架上安置发电机与主控制器之间的动力电缆、控制和通信电缆,还装有供操作人员上下机舱的扶梯,大型机组还设有升降机.4基础为钢筋混凝土结构,根据当地地质情况设计成不同的形式.基础中心预置有于塔架连接的基础部件,以保证将风力发电机组牢牢固定在基础上.基础周围还设置预防雷击的接地装置.2、变桨距、变速型的风力发电机组内部结构1变桨距系统：设在轮毂之中,对于电动变距系统来说,包括变距电动机、变距减速器、变距轴承、变距控制器和备用电源等.2发电系统：包括发电机、变流器等.3主传动系统：包括主轴及主轴承、齿轮箱、高速轴和联轴器等.4偏航系统：由偏航电动机、偏航减速器、偏航轴承、制动机构等组成.5控制与安全系统：包括传感器、电气设备、计算机控制与安全系统含相应软件和控制欲安全系统执行机构等.此外,还设有液压系统,为高速轴上设置的制动装置、偏航制动装置提供液压动力.液压系统包括液压站、输油管和执行机构.为了实现齿轮箱、发电机、变流器的温度控制,设有循环油冷却系统、风扇和加热器.3、风力发电机组的分类：1按功率大小：a微型~1kw；b小型1~100kw；c中型100~1000kw；d大型1000kw以上. 2按风轮轴方向：a水平轴风力发电机组随风轮与塔架相对位置的不同而有上风向与下风向之分.风轮在塔架的前面迎风旋转,叫做上风向风力发电机组；风轮安装在塔架后面,风先经过塔架,再到风轮,则称为下风向风力发电机组.上风向风力发电机组必须有某种调向装置来保持风轮迎风,而下风向风力发电机组则能够自动对准风向,从而免去了调向装置.对于下风向风力发电机组,由于一部分空气通过塔架后再吹向风轮,这样塔架就干扰了流过叶片的气流而形成塔影效应,增加了风轮旋转过程中叶片载荷的复杂性,降低了风力发电机组的出力和其他性能；b垂直轴风力发电机组.3按功率调节方式：a定桨距风力发电机组；b变桨距调节风力发电机组；c主动失速调节风力发电机组.4按传动形式：a高传动比齿轮箱型；b直接驱动型；c中传动比齿轮箱型半直驱.5按发电机转速变化：a定速恒速；b多态定速；c变速.4、设计依据风力发电机组的设计依据是风力发电机组的设计任务书,一般包括基本形式、基本参数和外部条件.1基本形式：目前的主流机型是水平轴、上风向、三叶片、变桨距、变速恒频风电机组.2基本参数：风力发电机组的基本参数主要是指风力发电机组的额定功率、转速范围、总效率、设计寿命和生产成本等.3外部条件：风力发电机组的外部条件包括运行环境条件、电网条件和风场地质情况.运行环境条件主要是风资源、湍流和阵风情况、气候情况等.5、设计内容设计内容包括风力发电机组设计图样和相关的设计文件.设计图样包括外观图、部件图和零件图；设计文件包括设计计算说明书、运输和安装说明书、用户使用和维护手册等. 1外观图：风力发电机组的外观图描述了其整体结构并标注了主要尺寸,同时用文字注明了设备的技术特征,如机组类型、功率调节方式、风轮旋转方向、额定功率、额定风速、风轮直径、风轮转速范围、风轮倾角、风轮圆锥角、变距最大角度、齿轮箱类型、齿轮箱增速比、发电机类型、塔架类型、轮毂中心高和各主要部件质量.2部件图：部件图是各层次安装工作的指导图样,表示各零件之间的装配关系、配合公差、轮廓尺寸、装配技术条件和标题栏等.3零件图：零件图是生产零件的依据,包括零件的结构和形状、尺寸、表面粗糙度和几何公差、材料及表面处理技术要求、技术条件、标题栏等.设计零件时,要进行相应的载荷分析和强度校核.4设计文件：设计文件是与设计相关的规范性文件,详细描述了机组设计、制造、装配、运行维护过程的理念、标准、理论依据、方法和技术要求,用于设计部门存档、指导装配和安装、指导用户作业和指导维修人员的维修作业.6、设计原则可靠性、经济性与社会效益、先进性、工艺性和易维修性、标准化.7、设计步骤1方案设计概念设计：确定风力发电机组的主要参数、整体布局和结构形式；对机组的整体载荷及整机质量进行初步计算,选择主要部件的结构,完成机舱布局的计算机设计模型；同时给定控制策略.在此基础上撰写方案设计说明书.2技术设计初步设计：根据方案设计资料,进行整机和部件结构设计和确定技术要求；进行机组载荷计算和分析；对关键零部件进行校核计算和分析；进行电气控制与安全系统设计；初步选择外购件的型号.在此基础上提供技术设计图样和技术设计说明书.3施工设计详细设计：根据技术设计结果,进行载荷计算,对零部件进行强度和刚度校核及失效分析,对关键零部件进行优化设计；对整机进行可靠性分析和动态分析.修改和审定加工图样和技术文件,填写标准件和外购件明细表,撰写设计计算说明书、运输和安装说明书以及用户使用和维修手册.第二章、风力发电机组机械设计基础1、风力发电机组等级由风速和湍流参数决定,分级的目的在于最大限度的利用风能,风速和湍流参数代表了相应风电机组安装场地的类型.注：1、表中所示参数值对应于轮毂高度.2、V ref表示10min平均参考风速；A表示高湍流特性等级；B表示中湍流特性等级；C表示低湍流特性等级；I ref表示风速为15m/s时湍流强度的期望值.2、风况分为：正常风况风力机正常运行期间频繁出现的风况条件和极端风况1年一遇或50年一遇的风况条件.参考风速：50年一遇在轮毂高度处持续10min阵风.3、风况条件是由平均恒流与确定阵风或湍流结合而成.4、每种类型的外部条件又可分为正常外部条件和极端外部条件.5、湍流：风速矢量相对于10min平均值的随机变化.在使用湍流模型时应考虑风速、风向和风切边变化的影响.6、湍流风速矢量的三个分量；纵向沿着平均风速方向横向水平并且与纵向垂直的方向竖向与纵向和侧向均垂直的方向7、正常风廓线模型NWP：风廓线vz是地表以上平均风速对垂直高度z的函数.Vz=VhubZ/Zhub的a次方.8、极端风况：用于确定风力发电机组的极端风载荷,这些风况包括由暴风及风速和风向的迅速变化造成的风速峰值.9、极端风速模型EWM：极端风速模型可能为稳定的或波动的风模型.风速模型应该基于参考风速Vref和确定的湍流标准差σ1,σ1=Iref+b;b=s,σ1=.10、其他环境条件：热、光、腐蚀、机械、电或其他物理作用、温度、湿度、空气密度、阳光辐射、雨、冰雹、雪和冰、活学活性物质、雷电、地震、盐雾.11、正常环境：温度-30~+150,湿度<=95%,阳光辐射强度1000W/m2.12、电网条件：1电压标称值+10%2频率标称值+2%3三相电压不平衡度,电压负序分量的比率不超过2%4适合的自动重合周期5断电,假定电网一年内断电20次,一次断电6小时为正常条件,断电一周为极端条件.13、设计工况：分为运行工况启动发电关机和临时性工况运输吊装维护14、设计工况：发电、发电兼有故障、起动、正常关机、紧急关机、停机、停机兼有故障、运输装配维护和修复.15、DLC设计载荷状态 ECD方向变化的极端连续阵风模型 EDC极端风向变化模型EOG极端运行阵风模型EWM极端风速模型EWS极端风切变模型ETM极端湍流模型NTM正常湍流模型NWP正常风廓线模型F疲劳性载荷分析U极限强度分析N正常A 非正常 T运输和安装Vmaint维修保养风速.16、局部安全系数：由于载荷和材料的不确定性和易变性,分析方法的不确定性以及零件的重要性,在设计中一定要有必要的安全储备.17、载荷局部安全系数：载荷特征值出现不利偏差的可能性或不确定性；载荷模型的不确定性.18、材料局部安全系数：材料特征值出现不利偏差的可能性或不确定性；零件截面抗力或结构承载能力评估不确定的可能性；几何参数不确定性；结构材料性能与试验样品所测性能之间的差别；换算误差.19、失效影响安全系数用来区分以下几类零件：1一类零件：失效安全结构件结构件失效后不会引起风力发电机组重要零件的失效2二类零件：非失效安全结构件3三类零件：非失效安全机械件把驱动机构和制动机构与主结构连接起来,以执行风力发电机组无冗余的保护功能.20、风力发电机组极限状态分析内容：极限强度分析；疲劳失效分析；稳定性分析；临界挠度分析.21、稳定性分析：在设计载荷作用下,非失效安全的承载件不应发生屈曲.对于其他零件在设计载荷下,允许发生弹性变形.在特征载荷下,任何零件都不应发生屈曲.第三章、总体设计总体参数是涉及到风力发电机组总结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、总效率、设计寿命、年发电量、发电成本、总重量、重心.1、额定功率是正常工作条件下,风力发电机组的设计要达到的最大连续输出电功率.2、设计寿命：风电机组安全等级I到Ⅲ的设计寿命至少为20年.3、额定风速是锋利发电机组达到额定功率输出时规定的风速.10~15m/s；切入风速是风力发电机组开始发电时,轮毂高度处的最低风速.3~4m/s；切出风速是风力发电机组达到设计功率时,轮毂高度处的最高风速.25m/s攻角不变,半径r处的叶素弦长与风轮转速Ω的平方成反比；变桨距攻角改变,反比于转速.4、叶片质量正比于外壳厚度与弦长的乘积,因此它随转速而正比增加.5、转速增加导致叶片重量增加、成本增加,同时转速增加导致叶片平面外的疲劳弯矩减小,机舱和塔架成本减少.6、风力发电机组产生的气动噪声正比于叶尖速度的5次方.陆基叶尖速限制在65m/s,海上74m/s.7、比功率：风力发电机组额定功率与风轮的扫掠面积的比值.405W/m平方.风电机组的总体布局包括整机各部件、各系统、附件和设备等布置.8、总体布置原则：保证风力发电机组的强度、刚度、抗振性、平衡和稳定性,支撑部件要力求有足够的刚度；整机各部件、各系统、附件和设备等,要考虑布置得合理、协调、紧凑；保证正常工作和便于维护,并考虑有较合理的重心位置；传统系统力求简短,达到结构紧凑、体积小、重量轻.9、相似设计：根据研究出来的性能良好、运行可靠地模型来设计与模型相似的新风力机.10、风力机相似是指风轮与气体的能量传递过程以及气体在风力机内流动过程相似,他们在任一对应点的同名物理量之比保持常数,这些常数叫相似常数.11、相似条件：几何相似、运动相似、动力相似.12、几何相似：模型与原型风力机的几何形状相同,对应的线性长度比为一定值.13、运动相似：空气流经几何相似的模型与原型机时,其对应点的速度方向相同、比例保持常数.14、动力相似：满足几何相似、运动相似的模型与原型机上,作用于对应点力的方向相同,大小之比应保持常数.15、Re为雷诺数,表示作用于流体上的惯性力与黏性力之比16、对于具有相同叶尖速比的相似模型和原型机,他们的效率也相等.17、模型试验中,雷诺数的值比临界雷诺数高,相似性依旧成立.相反相似性差.18、风电机组成本排序：叶片、塔架、齿轮箱、机舱、电网联接、发电机.第四章、风轮与叶片设计风轮的作用是把风的动能转换成风轮的旋转机械能.风轮的输出功率与风轮扫掠面积或风轮直径的平方、风速的立方和风能利用系数成正比.第一节、概述一、叶片的基本概念1、叶片长度：叶片径向方向上的最大长度；2、叶片面积：叶片旋转平面上的投影面积；3、叶片弦长：叶片径向各剖面翼型的弦长；4、叶片扭角：叶片各剖面弦线和风轮旋转平面的夹角.二、风轮的几何参数1、叶片数：风轮的叶片数取决于风轮尖速比；2、风轮直径：风轮在旋转平面上的投影圆的直径；3、轮毂高度：风轮旋转中心到基础平面的垂直距离；4、风轮扫掠面积：风轮在旋转平面上的投影面积；5、风轮锥角：叶片相对于和旋转轴垂直的平面的倾斜角；其作用是在风轮运行状态下减少离心力引起的叶片弯曲应力和防止叶尖与塔架碰撞的机会.6、风轮仰角：风轮的旋转轴线和水平面的夹角；其作用是避免叶尖和塔架的碰撞.7、风轮偏航角：风轮旋转轴线和风向在水平面上投影的夹角；偏航角可以起到调速和限速的作用,但在大型风力发电机组中一般不采用这种方式.8、风轮实度：叶片在风轮旋转平面上投影面积的总和与风轮扫掠面积的比值；实度大小与尖速比成反比.三、风轮的物理特性1、风轮转速.2、风轮叶尖速比公式.3、风轮轴功率公式.第二节、风轮载荷设计计算一、叶片受力示意图升力,阻力系数公式.翼型的选择：对于低速风轮,由于叶片数较多,不需要特殊的翼型升阻比；对于高速风轮,由于叶片数较少,应当选用在很宽的风速范围内具有较高升阻比和平稳失速特性的翼型,对粗糙度不敏感,以便获得较高的功率系数；另外要求翼型的气动噪声低.二、叶片载荷1、静载荷1最大受力：50年一遇的最大阵风作为最大静载荷值；2最大弯矩：当重力和气动力在同一方向上；3最大扭矩：当最大阵风时.2、动载荷1由阵风频谱的变化引起的受力变化；2风剪切影响引起的叶片动载荷；3偏航过程引起的叶片上作用力的变化；4弯曲力矩变化,由于自重及升力产生的弯曲变形；5在最大转速下,机械、空气动力制动,风轮制动的情况下；6电网周期性变化.三、叶片的受力分析离心力、风压力、气动力矩、陀螺力矩.四、风轮的强度校核1、在载荷下运转时叶片强度的计算.2、无载荷运转时叶片轴强度的计算.3、叶片停转时叶片轴强度的计算.第三节、叶片气动设计一、风力机的性能指标风轮输出功率、风能利用系数、尖速比、推力系数.相关公式二、风力机的空气动力学设计动量理论、叶素理论.三、叶片结构设计与制造一轻型结构叶片的优缺点：优点：1、在变距时驱动质量小,在很小的叶片机构动力下产生很高的调节速度；2、减少风力发电机组总质量；3、风轮的机械制动力矩小；4、周期振动弯矩由于自重减轻而很小；5、减少了材料成本；6、运费减少；7、便于安装.缺点：1、要求叶片结构必须可靠,制造费用高；2、所用材料成本高；3、风轮在阵风时反应灵敏,因此,要求功率调节也要快；4、材料特性和载荷计算必须很准确,以免超载.二叶片材料用于制造叶片的主要材料有玻璃纤维增强塑料GRP、碳纤维增强塑料CFRP、木材、钢和铝等.目前叶片多为玻璃纤维增强复合材料GRP,基体材料为聚酯树脂或环氧树脂.环氧树脂比聚酯树脂强度高,材料疲劳特性好,且收缩变形小.聚酯材料较便宜,它在固化时收缩大,在叶片的连接处可能存在潜在的危险,即由于收缩变形在金属材料与玻璃钢材料之间可能产生裂纹.复合材料的优点：可设计性强、易成型性好、耐腐蚀性强、维护少,易修补.缺点：耐热性差；抗剪切强度低；存在老化问题；生产时安全防护；表面强度低；可以燃烧.GRP材料的风力发电机组叶片成形工艺有手工湿法成形、真空辅助注胶成形和手工预浸布铺层等.三叶片主体结构叶片截面类型：实心截面、空心截面、空心薄壁复合截面等.蒙皮：提供叶片的气动外形,同时承担部分弯曲载荷与大部分剪切载荷.蒙皮的层状结构包括胶衣层、玻纤毡增强层、强度层.主梁：承载叶片的大部分弯曲载荷,是主要的承力结构.四铺层设计原则1、均衡对称原则；2、定向原则；3、按照内力方向的取向原则；4、顺序原则；5、抗局部屈曲设计原则；6、最小比例原则；7、变厚度设计原则；8、冲击载荷区设计原则.五叶根结构形式1、螺纹件预埋式：连接最可靠,但每个螺纹件的定位必须准确；2、钻孔组装式：优点：不需要贵重且质量大的法兰盘；在批量生产中只有一个力传递元件；由于采用预紧螺栓,疲劳可靠性很好；通过螺栓很好的机械联接,法兰不需要粘接.缺点：需要很高的组装精度；在现场安装,要求可靠的螺栓预紧.六功率调节方法1、失速控制优点：叶片和轮毂之间无运动部件,轮毂结构简单,费用低；没有功率调节系统的维护费用；在失速后功率的波动相对较小.缺点：气动制动系统可靠性设计和制造要求高；叶片、机舱和塔架上的动态载荷高；由于常需要制动过程,在叶片和传动系统中产生很高的机械载荷；起动性差；机组承受的风载荷大；在低空气密度地区难以达到额定功率.2、变浆距控制优点：起动性好；刹车机构简单,叶片顺浆后风轮转速可以逐渐下降；额定点以后的输出功率平滑；风轮叶根承受的静、动载荷小.缺点：由于有叶片变距机构,轮毂较复杂,可靠性设计要求高,维护费用高；功率调节系统复杂,费用高.七防雷击保护雷击造成叶片损坏的机理：一方面,雷电击中叶尖后,释放大量能量,使叶尖结构内部的温度急剧升高,引起气体高温膨胀,压力上升,造成叶尖结构爆裂破坏,严重时使整个叶片开裂；另一方面,雷击造成的巨大声波对叶片结构造成冲击损坏.八降噪措施①提高制造精度,降低表面粗糙度；②修正轮齿缘.在制造齿轮时,在齿轮顶侧沿齿宽修成直线或均匀曲线；③改用斜齿轮；④改进齿轮参数.减小v、d,选取互为质数的传动比；⑤齿轮的阻尼处理.高阻尼、不淬火；⑥改进润滑方式.第四节、轮毂设计一、风轮轮毂的结构设计轮毂是连接叶片与主轴的重要部件,作用是传递风轮的力和力矩到后面的机械结构中去.通常轮毂的形状为三通形或三角形.常用的轮毂形式有：1刚性轮毂；2柔性轮毂铰链式轮毂,叶片在挥舞方向、摆振方向和扭转方向上都可以自由活动.由于铰链式轮毂具有活动部件,相对于刚性轮毂来说,制造成本高,可靠性相对较低,维护费用高；它与刚性轮毂相比所说力与力矩较小.二、风轮轮毂的载荷分析轮毂载荷的分析方法：最大剪切法、ASME锅炉和压力容器规则法、变形能法.第五章、传动与控制机构设计1、传动与控制机构：传动机械能所需传动机构和机组控制调节所需驱动机构2、主传动链：风轮轴功率传递到发电机系统所需机构.典型的主传动链包括风轮主轴系统、增速传动机构齿轮箱、轴系的支撑与连接轴承、联轴器和制动装置.设计要求：载荷传递路径最短,结构紧凑,机械传动系统与承载轴承部件集成.主要构件支撑方式：由独立轴承支撑主轴,三点支撑式主轴,主轴集成到齿轮箱,轴承集成在机舱底盘,固定主轴支撑风轮.3、主轴轴承：径向与轴向支撑通常采用滚动轴承,易产生弯曲变形.轴承计算包括静态和动态额定值、轴承寿命分析等.4、主轴：仅考虑主轴传递扭矩的初步结构设计计算,考虑综合载荷作用的主轴强度计算.5、轴系连接构件：高速轴与发电机轴采用柔性联轴器,以弥补安装误差、解决不对中问题；需考虑对机组安全保护功能；可降低成本；还需考虑完备的绝缘措施.轴与齿轮键连接平键、花键.6、主传动链齿轮：采用大传动比齿轮传动装置,将风轮所产生转矩传递到发电机,使其得到相应转速.基本特点：大传动比,大功率,难以确定动态载荷；常年运行在极端环境下,高空维修困难；设法见效其结构和重量；设置刹车装置,配合风轮气动制动.在满足可靠性和工作寿命要求前提下,以最小体积和重量为目标,获得优化的传动方案.7、齿轮箱：箱体,传动机构,支撑构件,润滑系统,其他附件.传动形式：定轴,行星齿轮以及组合传动；级数：单级,多级；布置形式：展开式,分流式,同轴式.风电齿轮箱：多级齿轮传动,采用一级或两级行星齿轮与定轴齿轮组成的混合轮系.8、轮系：由若干对啮合齿轮组成的传动机构,以满足复杂的工程要求.定轴：所有齿轮几何轴线位置固定,分为平面和空间定轴轮系,尽可能使传动级数少.星系轮系：至少有一个齿轮的轴线可绕其他齿轮轴线转动,传动效率高,承载能力强,结构简单工艺性好.9、设计载荷：分析过程要参照相应设计标准.最重要载荷参数是反映风轮输出转矩及其相应特性的载荷谱.制动载荷：风轮制动主要依靠气动制动功能,制动时间比机械制动时间短,机械制动多用于紧急情况.10、齿轮箱结构设计：内部构件尺寸+运行环境确定外部载荷准确信息.一般传动系统设计标准给出工况系数KA..结构设计：初步确定总体结构参数,箱体结构设计,齿轮与轴的结构设计,构建连接.11、传动效率与噪声：散热是紧凑结构齿轮箱的关键,定轴轮系每级损失2%,行星轮1%,机组传动载荷小时效率会有明显下降.12、润滑油：减少摩擦,较高承载,防止胶合,降震,防疲劳点蚀,冷却防腐蚀.润滑系统：强制润滑,设置基本回路以及对润滑油加热冷却的回路.润滑方式有飞溅润滑和强制润滑.润滑油换油周期：开始,500h；运行过程,5000~10000h；定期抽样检测；半年检修；对齿轮箱重新进行检测.13、关机运动方程：空气动力矩,机械制动力矩,发电机电磁力矩.空气制动：定桨距由叶尖扰流器实现,变桨距由顺桨实现.机械制动：多置于高速轴.限制条件离心应力,摩擦速度,摩擦片温升,制动盘温升14、变桨距系统：起动,功率调节,主传动链制动.运动方程：空气动力矩,重力矩,摩擦力矩.。

风电场风力发电机组塔架基础设计研究一、引言风电场是目前常见的一种可再生能源发电方式，其基本原理是利用风力将风能转化为电能。

在风电场中，风力发电机组的塔架基础设计对于确保风力发电机组的稳定性和可靠性具有重要的意义。

塔架基础设计的合理性和稳定性直接影响到风力发电机组的安全运行和发电效率。

二、塔架基础设计的要求风力发电机组塔架基础设计需要满足以下几个基本要求：1.承重能力：塔架基础需要能够承受风力发电机组的自重以及各种外力作用，如风力、震动等。

因此，塔架基础的设计需要具有足够的强度和刚度，以确保风力发电机组的稳定运行。

2.抗风能力：风力发电机组是通过风力来转动叶片产生电能的，因此需要有良好的抗风能力。

塔架基础的设计需要考虑到不同风力下的荷载作用，通过合理的结构设计和选材，确保塔架基础能够抵御大风的力量。

3.耐久性：风力发电机组是长期运行的设备，塔架基础需要具有足够的耐久性，能够经受住长期的风雨侵蚀。

因此，在塔架基础的设计中，需要选用适合的材料，并且进行必要的防腐处理，以延长塔架基础的寿命。

4.基坑开挖与处理：塔架基础的设计还需要考虑基坑的开挖和处理，确保基坑的结构稳定，并且满足施工和操作的要求。

三、风电场风力发电机组塔架基础设计方法1.地质勘探和地基处理在塔架基础的设计前，需要进行地质勘探，了解地下的土质和岩性。

根据地质勘探结果选用合适的基坑方法，如开挖基坑、打桩等。

地基的处理可以采用加固方法，如加设钢筋混凝土桩、处理软弱土层等，提升基坑的承载能力和稳定性。

2.塔架基础设计塔架基础的设计需要结合地质勘探结果和机组的技术要求。

在设计时，需要考虑以下几个方面：(1)基础类型选择：根据地质情况和机组的要求，选择合适的基础类型，如桩基、浅基础等。

(2)强度和稳定性计算：根据风力发电机组的重量和设计风力荷载，计算出塔架基础的强度和稳定性。

可以采用常规的结构设计计算方法，如承载力设计方法、确客方法等。

(3)材料选择：根据塔架基础的强度和耐久性要求，选择适当的材料，如高强度混凝土、钢材等。

风力发电机组的设计及改进近年来，随着环保意识的逐渐提高，清洁能源的开发和利用逐渐成为社会关注的热点。

而风力发电作为一种独立、可再生、清洁的能源，越来越被广泛认可和应用。

在风力发电中，风力发电机组是最为重要的组成部分，其设计和改进对于发电效率和可靠性具有重要意义。

一、风力发电机组的结构及工作原理风力发电机组主要由风力机、传动系统和发电机三大组成部分构成。

其中，风力机就是最为核心的组件。

它通过叶轮将风能转化为机械能，并传递给发电机产生电能，具体原理如下：1. 风力机叶片：风力机的叶轮通常由三片或更多片叶片组成。

叶片在叶轮上螺旋状排列，其形状和长度会直接影响风力机的性能。

2. 转轴和传动系统：转轴将叶轮的运动传递给发电机，使其产生电能。

传动系统主要包括变速器、齿轮、离合器等多个部件，通过它们实现转速和转矩的控制。

3. 发电机：发电机将机械能转化为电能，是风力发电机组的关键组成部分。

常见的发电机类型有异步发电机、同步发电机、永磁直驱发电机等。

二、风力发电机组的设计及改进如何提高风力发电机组的效率和可靠性一直是研究的热点。

针对这个问题，工程师们进行了许多尝试和改进，主要涉及以下几个方面：1. 风力机叶片的设计改进：叶片的设计直接影响风力机的性能。

目前，研究人员采用流场模拟等数值计算方法，优化叶片形状和尺寸，使其在不同风速下能够捕获更多的风能。

2. 变速系统的改进：变速系统在风力发电机组中扮演着关键的角色。

传统的传动系统由于复杂度较高和运转稳定性差等原因，往往导致效率和可靠性不佳。

现在，越来越多的发电厂家将注意力投向了无级变速系统，从而加强风力发电机组的性能和可靠性。

3. 发电机类型的改进：发电机的类型也对风力发电机组的性能和可靠性有很大影响。

对于常规的异步发电机来说，其容错能力较弱，一旦出现故障，往往需要停机维修，导致发电效率和可靠性下降。

因此，现在越来越多的厂家开始选用同步发电机和永磁直驱发电机等新型发电机。

浅谈风电场风电机组基础设计作者：姜琳相鹏来源：《风能》2015年第11期风电机组基础具有承受360度方向重复荷载和大偏心受力的特殊性，对基础的稳定性和结构要求较高。

根据风电机组荷载及地质情况的不同，应采取不同的风电机组基础形式。

风电机组基础形式通常有三种：扩展基础、桩基础、岩石锚杆基础，其中扩展基础及桩基础在已建风电场风电机组基础中应用较多，岩石锚杆基础则鲜有应用，因而下面主要针对扩展基础和桩基础两种基础形式的设计进行分析，以供借鉴。

扩展基础扩展基础是由台柱和底板组成使压力扩散的基础型式，当风场中地基条件较好、地基承载力较高时，如地基土为岩石、角砾等，应优先考虑采用扩展基础。

根据底板形状不同，扩展基础一般分为矩形、正八边形及圆形扩展基础三种。

由于风电机组基础承受360度方向重复荷载，所以圆形扩展基础更有利于适应这种特点，而矩形及正八边形扩展基础在达到同等性能时需耗用更多的混凝土方量，因而圆形扩展基础是最经济合理的扩展基础型式。

一、设计原则（一）体型构造要求基础设计时，首先应根据《风电机组地基基础设计规定》中的构造要求拟定基础的尺寸。

扩展基础底板直径D（或底宽）宜控制在轮毂高度的1/5 1/3范围内，基础高度（含台柱）宜控制在轮毂高度的1/30-1/20范围内，基础边缘高度Ll宜为直径D（或底宽）的1/20-1/15，且不应小于l.Om。

同时，为满足基础底板抗冲切的要求及基底反力为线性分布的假设，要求底板悬挑部分的长/高≤2.5。

风电机组圆形扩展基础常用型式如图1。

（二）控制工况及控制设计核算风电机组基础计算的荷载工况有以下几种：极端荷载工况、正常运行荷载工况、多遇地震工况、罕遇地震工况和疲劳强度验算工况等。

在进行体型设计时需要核算的项目有以下几个：基础底面脱开面积、地基承载力、地基沉降变形、软弱下卧层地基承载力、基础稳定性等。

当地震基本设计烈度为6度及6度以下时，不考虑多遇地震工况及罕遇地震工况；另外，疲劳强度验算工况一般对风电机组基础体型不起控制作用。

风力发电机组基础设计研究摘要能源和环境是当今人类生存和发展需要解决的紧迫问题。

不可再生能源的大量开采、能源利用中环境的破坏等一系列问题迫使我们在开发利用常规能源的同时，应该更加注重开发可再生的清洁能源，如风能、太阳能、潮汐能、生物质能和水能等。

风力发电作为可再生的清洁能源受到世界各国政府、能源界和环保界的高度重视，发展风力发电事业是目前国内外电力事业发展趋势之一。

地球上风力资源蕴藏量大,清洁无污染，施工周期短，投资灵活，占地少，具有较好的经济效益和社会效益。

近年来，国内许多风电场工程已相继建成发电或正在建设，但涉及风电机组安全的风电机组基础设计却一直没有系统、详细的理论支持，设计中一般借鉴电力工程、建筑工程等设计理论，造成风电机组基础设计有的偏于保守，有的偏不安全，个别已建风电场风机机组在极端工况时甚至出现基础倾倒破坏的现象，经济损失较大。

关键词风机基础偏心受压基底允许脱开面积地基变形计算稳定性计算裂缝宽度验算疲劳强度验算1 风电发展概况世界上，欧洲国家最早开始利用风力发电。

19世纪末，丹麦首先开始探索风力发电，建立了世界上第一座风力发电试验站。

20世纪30年代，丹麦、瑞典、苏联和美国应用航空工业的旋翼技术，成功地研制了一些小型风力发电装置。

这种小型风力发电机，广泛在多风的海岛和偏僻的乡村使用。

20世纪70年代，美国、丹麦建成大中型发电机组电站。

自20世纪90年代以来，丹麦、德国大力发展风力发电站，每年风力发电量的增长率均在30%以上，并制定出长期发展规划。

除德国和丹麦外，荷兰、瑞典、法国、挪威、芬兰、意大利和西班牙等国家也出台了5年、10年风力发电普及计划。

20世纪90年代是我国风力发电的发展阶段，主要设备采用的是进口设备并由国外政府贷款协助完成。

“十五”期间，中国的并网风电得到迅速发展。

全国风电规划目标：国家发改委制定《国家风力发电中长期发展规划》，并广泛征集各省发改委（计委）和有关单位的意见，提出了到2020年全国建设2000万kW风电装机的宏伟目标，风电要在能源供应和减排温室气体方面起显著作用是2020年以后。

陆上风力发电机基础设计的要点及安全控制原则摘要：我国在风力发电机的设计以及应用显现出极大的优势，其发展水平已经领先于世界其他国家，风力发电机的新增量位列世界榜首，由此可以看出，我国风能具有良好的发展前景，并且在数量以及发电量上还存在极大的竞争优势，有可能成为我国发电的主要能源。

关键词：风力发电机；基础设计；要点；安全控制风能资源作为21世纪新型能源之一，以其清洁、可再生、无污染的优点，逐渐占据市场能源中的重要位置。

因此，开发风能资源是整合国家能源结构、贯彻落实科学发展观及能源可持续发展宗旨必不可少的高效方法。

一、当前风机基础设计的理论及相关规范1.1当前风机基础设计的理论由于风机塔筒的高度相对比较高，一般在80m左右，叶轮半径约40m，上部结构约250t，风机基础设计的理论模型为一个自重较大的高耸结构。

抗倾覆设计为其设计的主要考虑因素。

目前比较可靠的基础理论为通过设备及基础的自重对倾覆点产生的抗倾覆力矩来抵抗由风机工作及地震等产生的倾覆力矩。

设计考虑的是偏心距/基础底板半径，在正常工况时不大于0.25，极端工况与地震时不大于0.43。

在这一基本理论的前提下北京木联能工程科技有限公司开发了相应的风电工程软件-机组塔架地基基础设计软件（WTF）（v4.4.1），目前风机基础设计也主要是依靠的此理论。

1.2目前国内使用的相关标准《风电机组地基基础设计规定（试行）》FD003-2007；《风电场工程等级划分及设计安全标准》FD002-2007；《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223-2008；《建筑抗震设计规范》GB50011-2010；《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011；《混凝土结构设计规范》GB50010-2010；《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T50476-2008。

二、风机基础设计要点分析从目前情况分析，我国风能具有极大的市场需求量，相对应的风力发电机及厂房建设也在如火如荼的开展，这在某种程度促进了风电行业呈现出良好的发展趋势。

风力发电机设计和性能优化摘要：本文旨在探讨风力发电机的设计原理和性能优化方法。

首先介绍了风力发电机的工作原理和基本组成部分，然后详细分析了影响风力发电机性能的关键因素，并提出了优化设计方法。

最后，通过数值模拟和实例分析，验证了该方法的有效性。

1. 引言随着能源需求的不断增长和环境问题的加剧，清洁能源的研究和利用逐渐受到全球关注。

风力发电作为一种可再生资源的重要来源，具有巨大的潜力。

因此，风力发电机的设计和性能优化成为了一个热门话题。

2. 风力发电机的工作原理和基本组成部分风力发电机通过利用风的动力来转动风轮，进而驱动发电机工作。

其基本组成部分包括风轮、转轴、发电机和控制系统。

2.1 风轮风轮是风力发电机的核心部件，其作用是将风的动能转化为机械能，进而带动转轴和发电机运转。

常见的风轮有水平轴风轮和垂直轴风轮两种类型，每种类型都有其适用的环境和优点。

2.2 转轴转轴连接风轮和发电机，承受风轮的旋转力矩和发电机的输出功率。

转轴的材料和结构设计直接影响风力发电机的性能和寿命。

2.3 发电机发电机是将机械能转化为电能的关键部件。

常用的发电机类型有永磁同步发电机和感应发电机，根据具体需求选用适当的发电机类型。

2.4 控制系统控制系统用于监测风力发电机的运行状态和性能，并根据需要进行调节，以提高发电效率和保护设备。

控制系统包括风速监测模块、转速控制模块和故障诊断模块等。

3. 影响风力发电机性能的关键因素风力发电机的性能受多个因素影响，包括风能资源、风轮和转轴设计、发电机类型和控制策略等。

3.1 风能资源风能资源是风力发电机的动力来源，其分布和强度对发电机的输出能力有直接影响。

因此，在选择风力发电机位置时，需要充分考虑当地的风能资源和地形条件。

3.2 风轮和转轴设计风轮和转轴的设计直接决定了发电机的转速和输出功率。

合理的风轮和转轴设计可以提高发电机的转化效率，降低振动噪声，延长设备寿命。

3.3 发电机类型不同类型的发电机有着不同的特点和适应环境。