水平轴风力机结构设计85页PPT
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水平轴风力机课程设计
课程设计说明书题目程度轴风力机的设计班级学号学生姓名指导教师课程设计任务书课程名称风能利用技术院〔系〕专业班级学号姓名课程设计题目课程设计时间: 年月日至年月日一、课程设计的目的及任务1主要目的：〔1〕以大型程度轴风力机为研究对象，掌握系统的总体技术参数计算方法；〔2〕熟悉程度轴风力机的总体设计方法；〔3〕掌握科研报告的撰写方法。
2主要任务：〔1〕确定风力机的总体技术参数；〔2〕计算关键零部件〔叶片、风轮〕载荷和技术参数；〔3〕完成叶片设计任务；〔4〕确定总体设计方案；〔5〕撰写一份课程设计报告。
二、课程设计的主要内容选择功率范围在至6MW之间的风电机组进展设计。
1原始参数风力机的安装场地50米高度年平均风速为，60米高度年平均风速为，70米高度年平均风速为7.6 m/s，当地历史最大风速为49m/s，用户希望安装1.5 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3。
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，风力机根本参数包括叶片数、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、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、风轮〕；根据载荷和功率确定所选定机型主要部件的技术参数。
以上内容建议用计算机编程实现，确定风力机的主要技术参数。
〔3〕最后提交有关的分析计算报告。
指导老师年月日负责老师年月日学生签字年月日沈阳航空航天大学课程设计成绩评定单课程名称风能利用技术院/系能源与环境学院专业新能源科学与工程课程设计题目程度轴风力机的设计学号姓名辩论日期年月日指导老师〔辩论组〕评语：课程设计成绩：指导老师〔辩论组〕签字：年月日目录一、设计概述 (1)1 我国开展风能的趋势及优势 (1)2 风力机概述 (1)风力机类型 (1)风力机的构造和组成 (1)3 大功率程度轴风力机开展的意义 (2)4 国内外风力机技术的现状 (2)国内风力机技术现状 (2)国外风力机技术现状 (3)5 风力机叶片设计的理论根底 (3)简化叶素理论设计方法 (3)5.2 Glauert理论设计方法 (4)二、设计内容 (5)1风力机额定功率、寿命、相关速度参数及叶片数等确实定 (5)额定功率 (5)设计寿命 (5)切入风速、切出风速、额定风速 (5)叶片数 (5)各局部效率 (5)2风力机几何参数确实定 (6)叶轮直径和扫掠面积 (6)叶轮扫掠面积 (6)3 风力机叶尖速比、转速确实定 (6)叶尖速比确实定 (6)转速确实定 (7)4 功率曲线，风能利用系数曲线，推力系数曲线 (7)5功率控制方式，传动系统，制动系统的选择 (10)功率控制方式 (10)传动系统 (11)制动系统 (11)6塔架高度 (11)7设计标准及风力机等级 (12)设计标准 (12)风力机等级 (12)8关键部件气动载荷计算 (12)利用Glauert理论设计 (14)三、设计结果 (16)四、相关图片及设计程序 (17)1 相关图片 (17)2Glauert理论程序 (18)五、结论 (20)1设计命题的合理性 (20)2设计的理论根底 (20)3设计运用的工具 (20)4设计中的缺乏与展望 (20)参考文献 (22)一、设计概述1 我国开展风能的趋势及优势1973 年发生的石油危机，特别是世界范围内化石燃料能源的大量消耗产生一系列的环境问题，给人类生存环境造成的危害日趋明显，风力发电才逐渐被重视起来，尤其到90 年代，由于科学技术的进步，风力发电从新能源中脱颖而出，成为一种最具工业开发规模的新能源。
风力发电机结构图
技术创新
• 提高风力发电机的转换效率，降低成本 • 发展大型化、高效化的风力发电机 • 加强风力发电机的智能化和自适应控制技术
发展方向
• 海上风力发电：利用海上风能资源，建设大型海上风力发电场 • 分布式风力发电：在分散地区建设小型风力发电系统，为电网提供电力支持 • 风能储存技术：研究风能储存设备，实现风能的连续稳定输出
控制系统的作用
• 控制风力发电机的启动、停止和运行 • 保证风力发电机在各种风速下的安全运行 • 实现风力发电机的最大功率输出
控制系统的组成
• 主控制器：负责整个控制系统的管理和协调 • 速度控制器：控制风轮的转速，实现最佳风能转换效率 • 电压控制器：控制发电机的输出电压，保证稳定并网 • 并网控制器：负责风力发电机与电网的并网和脱网
02
风力发电机的主要组成部分
塔筒的结构设计与功能
塔筒的结构设计
• 塔筒为圆柱形或圆锥形结构，高度一般为30-80米 • 塔筒材质一般为钢结构，内壁涂有防腐层 • 塔筒底部设有基础，与地基连接
塔筒的功能
• 支撑风轮和发电机组的重量 • 保证风力发电机在各种风速下的稳定性 • 便于安装和维护
风轮的结构设计与功能
风力发电机的发展前景与挑战
发展前景
• 风力发电机作为一种可再生能源，具有广阔的发展前景 • 随着技术进步和成本降低，风力发电将在全球能源结构 中占据越来越重要的地位
挑战
• 风力发电机的并网和稳定性问题仍需解决 • 风力发电机的噪音和视觉污染问题需要关注 • 风力发电机的技术创新和市场推广仍需加强
CREATE TOGETHER
风力发电机的应用领域与市场需求
应用领域
• 风力发电：为电网提供电力支持 • 风力提水：利用风力驱动水泵，进行农田灌溉和工业生 产 • 风力热泵：利用风力驱动热泵，提供热水和供暖
• 提高风力发电机的转换效率，降低成本 • 发展大型化、高效化的风力发电机 • 加强风力发电机的智能化和自适应控制技术
发展方向
• 海上风力发电：利用海上风能资源，建设大型海上风力发电场 • 分布式风力发电：在分散地区建设小型风力发电系统，为电网提供电力支持 • 风能储存技术：研究风能储存设备，实现风能的连续稳定输出
控制系统的作用
• 控制风力发电机的启动、停止和运行 • 保证风力发电机在各种风速下的安全运行 • 实现风力发电机的最大功率输出
控制系统的组成
• 主控制器：负责整个控制系统的管理和协调 • 速度控制器：控制风轮的转速，实现最佳风能转换效率 • 电压控制器：控制发电机的输出电压，保证稳定并网 • 并网控制器：负责风力发电机与电网的并网和脱网
02
风力发电机的主要组成部分
塔筒的结构设计与功能
塔筒的结构设计
• 塔筒为圆柱形或圆锥形结构，高度一般为30-80米 • 塔筒材质一般为钢结构，内壁涂有防腐层 • 塔筒底部设有基础，与地基连接
塔筒的功能
• 支撑风轮和发电机组的重量 • 保证风力发电机在各种风速下的稳定性 • 便于安装和维护
风轮的结构设计与功能
风力发电机的发展前景与挑战
发展前景
• 风力发电机作为一种可再生能源，具有广阔的发展前景 • 随着技术进步和成本降低，风力发电将在全球能源结构 中占据越来越重要的地位
挑战
• 风力发电机的并网和稳定性问题仍需解决 • 风力发电机的噪音和视觉污染问题需要关注 • 风力发电机的技术创新和市场推广仍需加强
CREATE TOGETHER
风力发电机的应用领域与市场需求
应用领域
• 风力发电：为电网提供电力支持 • 风力提水：利用风力驱动水泵，进行农田灌溉和工业生 产 • 风力热泵：利用风力驱动热泵，提供热水和供暖
风力发电机整体结构ppt
小型风力发电机是一种用于家庭和小型商业 场所的小型风力发电机，具有灵活性和便携 性，但能量转换效率较低。
02
风力发电机结构概述
风轮叶片
01
叶片是风力发电机的核心部件之一，它的主要作用是将风能转化为机械能，进 而通过齿轮箱与主轴将机械能传递到发电机，最终将机械能转化为电能。
02
叶片的材料通常为玻璃纤维或碳纤维复合材料，具有轻质、高强度、耐腐蚀等 特点。
成部分。
风力发电机的技术发展趋势
大容量、高可靠性、长寿命、低噪音、低成本、易维护等特性 是风力发电机技术发展的趋势。
直驱式、半直驱式、双馈式等不同类型风力发电机组的技术特 点与优劣日益凸显。
海上风电技术逐渐成熟，为海上风电的大规模开发提供了技术 支持。
风力发电机的市场前景与发展趋势
全球风力发电市场规模持续扩大，海 上风电市场潜力巨大。
03
叶片的形状和尺寸会根据不同的风力发电机型号而有所不同，但通常都采用空 气动力学设计，以最大化捕风效率。
齿轮箱与主轴
齿轮箱是风力发电机中连接风轮叶片和发电机 的关键部件，它能够将风轮叶片的转速提升到 发电机所需的速度。
主轴是连接齿轮箱和发电机的轴，它能够将齿 轮箱传递的机械能传递到发电机。
齿轮箱和主轴通常采用高强度钢材制造，并经 过精密加工和热处理，以确保其高精度和长寿 命。
气动性能
叶片的气动性能与形状、材料和表面处理等有关 ，需要经过复杂的气动分析和优化。
强度与稳定性
叶片需要承受复杂的气动载荷和旋转离心力，因 此需要具备足够的强度和稳定性。
齿轮箱与主轴的工作原理
主轴设计
主轴是连接风轮叶片和发电机的重要部件，需要具备高强度、稳 定性和耐疲劳性能。
第3章风力发电机组的结构
3.2.1 3.2.2 3.2.3
ห้องสมุดไป่ตู้
叶片 轮毂 变桨机构
3.2 风轮
3.2.1 叶片
1)良好的空气动力外形，能够充分利用风电场的风资源条件，获得尽可能多的风能。 2)可靠的结构强度，具备足够的承受极限载荷和疲劳载荷能力；合理的叶片刚度、叶 尖变形位移，避免叶片与塔架碰撞。 3)良好的结构动力学特性和气动稳定性，避免发生共振和颤振现象，振动和噪声小。 4)耐腐蚀、防雷击性能好，方便维护。 5)在满足上述目标的前提下，优化设计结构，尽可能减轻叶片重量、降低制造成本。 1.叶片几何形状及翼型 2.叶片结构、材料及制造 3.气动制动系统 4.叶根连接 5.叶片失效与防护措施
2.基本性能
图3-3 变速风力发电机组的功率曲线
3.主要机组类型
(1)上风向机组和下风向机组 水平轴风电机组根据在运行中风轮与塔架的相对位置， 分为上风向风力发电机组和下风向风力发电机组，如图3-4所示。 (2)失速机组与变桨机组 当风速超过额定风速时，为了保证发电机的输出功率维持 在额定功率附近，需要对风轮叶片吸收的气动功率进行控制。 (3)带增速齿轮箱的风电机组、直驱风电机组和半直驱风电机组 风电机组通过传动 系统连接风轮和发电机，把风轮产生的旋转机械能传输到发电机，并使发电机转子达 到所需要的转速。 (4)陆地风电机组和海上风电机组 由于陆地地形地貌限制以及风电场噪声等对环境 的影响，自20世纪90年代起，国外开始建造近海风电场，并且成为未来风电发展的一 个趋势。
5.叶片失效与防护措施
0.tif
图3-17 叶片故障实例 0.TIF
5.叶片失效与防护措施
0318.TIF 图3-18 叶片故障统计
5.叶片失效与防护措施
图3-19 叶片对气动性能的影响
风力发电技术讲义PPT课件
03
风力发电机组与设备
风力发电机组的主要类型与特点
水平轴风力发电机组
利用水平轴将风能转化为机械旋 转动力，根据风向调节转子叶片 角度，具有较高的风能利用率。
垂直轴风力发电机组
利用垂直轴将风能转化为机械 旋转动力，无需调节转子叶片 角度，适用于低风速地区。
大型风力发电机组
适用于风能资源丰富的地区， 具有高发电量、低成本等优点 ，但建设和安装周期较长。
预防性检修
根据机组运行状态和历史数据，预测 潜在的故障，提前进行检修，避免故 障发生。
风力发电场的运营模式与产业链
01
02
03
运营模式
介绍风力发电场的运营模 式，包括独立运营、合作 运营、租赁运营等。
产业链
分析风力发电产业链的各 个环节，包括设备制造、 风电场建设、运营维护、 电力输送等。
商业模式
风力发电技术的未来发展趋势
技术创新
未来风力发电技术的发展将继续依赖于技术创新，包括新材料、新工艺、智能控制等方面的研究与应 用。这些技术将进一步提高风能利用率和发电效率。
海上风电
海上风电是未来风能发展的重要方向。随着海上风电技术的成熟和成本的降低，海上风电将成为全球 能源供应的重要来源之一。同时，海上风电的建设也将促进海洋工程、船舶制造等相关产业的发展。
风力发电与其他可再生能源的协同发 展有助于提高可再生能源的总体占比， 加速能源结构的转型和优化。
感谢您的观看
THANKS
包括维护、管理、保险等方面 的费用。
投资回报期
评估风电场的投资回报期，判 断投资是否具有经济可行性。
05
风力发电的运行与维护
风力发电机组的运行管理
风力发电机组的启动与关闭
风力发电机PPT课件
整流器 转子励磁绕组 定子三相绕组
励磁调节器
蓄电池组
2024/1/12
图3-18硅整流自励式交流同步发电机电路原理图
第30页/共119页
（4）电容自励式异步发电机
电容自励式异步发电机是在异步发电机定子绕组的输出端接上电
容，以产生超前于电压的容性电流建立磁场，从而建立电压。其电路
示意图如下图所示。
A B
2024/1/12
第34页/共119页
2024/1/12
第35页/共119页
2024/1/12
双馈异步发电机工作原理：
异步发电机中定、转子电流产生的旋转磁场始终是相对静止的，当
发电机转速变化而频率不变时，发电机转子的转速和定、转子电流的频
率关系可表示为：
f1
p n 60
f2
式中
f1——定子电流的频率（Hz），f1=pn1/60，n1 为同步转速；
风力等级与风速的关系： N 0.1 0.824N 1.505
式中 VN——N级风的平均风速(m/s)； N——风的级数。
2024/1/12
第10页/共119页
4、风能
（1） 风能密度，空气在一秒钟内以速度ν流过单位面积产生的动
能。
E 0.5 3
表达式为：
（2） 风能，空气在一秒钟时间内以速度ν流过面积为S截面的动能。
SSW S
SSE
2024/1/12
第9页/共119页
2、风速
由于风时有时无、时大时小，每一瞬时的速度都不相同，所以 风速是指一段时间内的平均值，即平均风速。
3、风力
风力等级是根据风对地面或海面物体影响而引起的各种现象， 按风力的强度等级来估计风力的大小。国际上采用的为蒲福风级， 从静风到飓风共分为13个等级。
励磁调节器
蓄电池组
2024/1/12
图3-18硅整流自励式交流同步发电机电路原理图
第30页/共119页
（4）电容自励式异步发电机
电容自励式异步发电机是在异步发电机定子绕组的输出端接上电
容，以产生超前于电压的容性电流建立磁场，从而建立电压。其电路
示意图如下图所示。
A B
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双馈异步发电机工作原理：
异步发电机中定、转子电流产生的旋转磁场始终是相对静止的，当
发电机转速变化而频率不变时，发电机转子的转速和定、转子电流的频
率关系可表示为：
f1
p n 60
f2
式中
f1——定子电流的频率（Hz），f1=pn1/60，n1 为同步转速；
风力等级与风速的关系： N 0.1 0.824N 1.505
式中 VN——N级风的平均风速(m/s)； N——风的级数。
2024/1/12
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4、风能
（1） 风能密度，空气在一秒钟内以速度ν流过单位面积产生的动
能。
E 0.5 3
表达式为：
（2） 风能，空气在一秒钟时间内以速度ν流过面积为S截面的动能。
SSW S
SSE
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2、风速
由于风时有时无、时大时小，每一瞬时的速度都不相同，所以 风速是指一段时间内的平均值，即平均风速。
3、风力
风力等级是根据风对地面或海面物体影响而引起的各种现象， 按风力的强度等级来估计风力的大小。国际上采用的为蒲福风级， 从静风到飓风共分为13个等级。
水平轴风力机结构设计..85页PPT
END
33。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
水平轴风力机结构设计..
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
水平轴风力发电机组工作原理及结构 ppt课件
M V 3c
9
3.翼型气动特性参数
α
cl
cd
cm
-180 -0.022 0.012
0
-120 0.539 1.06 0.325
-60 -0.838 1.06 0.315
0
0.453 0.006 -0.109
60
1.157 1.02 -0.251
120 -0.511 1.06 -0.325
180 -0.022 0.012
美国NREL系列、丹麦RISO-A系列、
瑞典FFA-W系列和荷兰DU系列。
7
2.攻角αA
攻角:气流方向与翼弦之间的夹角。 升力的产生——压差产生的，用伯努利方程体现。 压力面（PS）与吸力面（SS）
8
3.翼型气动特性参数
升力系数
Cl
1 2
L V 2c
阻力系数
D
Cd
1 2
V 2c
力矩系数
Cm
1 2
0
10
4.作用在叶片上的力
11
4.作用在叶片上的力
气流方向:是指的风速与旋转速度的合速度的方向。
12
5.作用在整机上的气动力
13
6.机组功率系数和推力系数
功率系数
P C P 1 AV 3
2
推力系数
CT
1
T AV
2
2
14
7.叶片气动外形设计简介
气动设计过程
15
பைடு நூலகம்
7.叶片气动外形设计简介
设计理论：
笨，没有学问无颜见爹娘 ……” • “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
4
一.风电机组空气动力学简述
1.翼型 2.攻角 3.翼型气动特性参数 4.作用在叶片上的气动力 5.作用在机组上的气动力 6.机组功率系数和推力系数 7.叶片气动外形设计简介