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1.5MW风力机组塔筒及基础设计1.5MW风力机组塔筒及基础设计摘要: 70年代初期，由于“石油危机”，出现了能源紧张的问题，人们认识到常规矿物能源供应的不稳定性和有限性，于是寻求清洁的可再生能源遂成为现代世界的一个重要课题。
风能作为可再生的、无污染的自然能源又重新引起了人们重视。
2006年中国共有风电机组6469台，其中兆瓦级机组占21.2%，2007年，这个比例跃升为38.1%，提高了16.9个百分点。
在国家政策支持和能源供应紧张的背景下，中国的风电特别是风电设备制造业迅速崛起，已经成为全球风电最为活跃的场所。
2009年5月，国家投资3万亿资金支持新能源，在整个投资中风力发电行业的投资在国家总投资中占了很大的一部分，进一步推动了风电行业的发展。
据国家能源局统计，中国风电2010年新增装机容量将超过1600万千瓦累计装机容量达到4182.7万千瓦。
预计在2020年末我国新增发电装机容量将达到6000万千瓦累计装机将超过1亿万千瓦。
随着国家“十二五”规划对风电行业的大力支持和政策的不断完善与调整，中国风电将又一次迎来黄金的发展期。
并且风机的制造企业技术也不断完善和创新，一批具有国家啊自主知识产权的产品纷纷亮相。
从600千瓦、750瓦、1500千瓦、2500千瓦到现在的5000千瓦,而且更大发电量的风机已经研制和立项。
大容量风机的出现让我国风机装备制造技术有了飞速的提高，使国产风机整体技术水平与西方国家进一步缩小，由于风机的容量的不断增大，使风力机的体积和重量不断增加，对塔架与塔架基础的结构强度、加工材料和整体设计都有了更高要求，在未来风机塔架将向着的大型化、人性化、科学化、和风机塔架基础的复杂化、重荷化、高抗化去发展。
由此看出1500千瓦的风机技术已经趋于成熟，其塔架与塔架基础设计也已经完备，根据现有的技术资料我将针对1.5MW风机塔架与塔架基础进行系统分析,并简述1.5MW风机的基础与塔架的设计。
1.5兆瓦风力发电机组塔筒及基础设计摘要：风能资源是清洁的可再生资源，风力发电是新能源中技术最成熟、开发条件最具规模和商业化发展前景最好的发电方式之一。
塔筒和基础构成风力发电机组的支撑结构，将风力发电机支撑在60—100m的高空，从而使其获得充足、稳定的风力来发电。
塔筒是风力发电机组的主要承载结构，大型水平轴风力机塔筒多为细长的圆锥状结构。
一个优良的塔筒设计，可以保证整机的动力稳定性，故塔筒的设计不仅要满足其空气动力学上得要求，还要在结构、工艺、成本、使用等方面进行综合分析。
基础设计与基础所处的地质条件密不可分，良好的地质条件可以为基础提供可靠的安全保证，从风机塔筒基础特点的分析可以看出，风机塔筒基础的重要性及复杂性是不言而喻的。
在复杂地质条件下如何确定安全合理的基础方案更是重中之重。
关键词：1.5兆瓦；风力发电机组；塔筒；基础；设计1、我国风机基础设计的发展历程我国风机基础设计总体上可划分为三个阶段，即2003年以前小机组基础的自主设计阶段，2003— 2007年MW机组基础设计的引进和消化阶段，2007年以后MW机组基础的自主设计阶段，在2003年以前，由于当时的鼓励政策力度不大，风电发展缓慢，2002年末累计装机容量仅为46.8万kw，当年新增装机容量仅为6.8万kw，项目规模小、单机容量小，国外风机厂商涉足也较少，风机基础主要由国内业主或厂商委托勘测设计单位完成，设计主要依据建筑类的地基规范。
从2003年开始，由于电力体制改革形成的电力投资主体多元化以及我国开始实施风电特许权项目，尤其是2006年《可再生能源法》生效以后，国外风机开始大规模进入中国，且有单机容量600kw、750kw很快发展到850kw、1.0MW、1.2MW、1.5MW 和2.0MW，国外厂商对风机基础设计也非常重视，鉴于国内在MW风机基础设计方面的经验又不够丰富，不少情况下基础设计都是按照厂商提供的标准图、国内设计院根据风电场地质勘测资料和国内建筑材料的具体情况进行设计调整、厂商对国内设计院的设计调整成果进行复核确认模式。
风力发电机塔筒结构的优化设计与动力学分析一、风力发电机塔筒结构的优化设计1.材料选择：选择轻量化高强度材料，如钢结构、复合材料等，可以减小结构的自重，提高整体的抗风能力。
2.结构形式：设计合理的结构形式和连接方式，如采用框架结构、空心结构等，可以提高结构的刚性，减小风载作用下的变形。
3.结构布局：合理布置结构的支撑点和连接点，使得结构的应力分布均匀，提高结构的稳定性。
4.结构几何参数的优化：通过有限元分析等方法，优化设计结构的几何参数，使得结构在风载作用下的变形和应力分布更加均匀，提高结构的稳定性和抗风能力。
5.风洞试验：结合风洞试验和数值模拟，对风力发电机塔筒结构进行优化设计，验证结构的抗风能力和稳定性。
动力学分析主要包括以下几个方面：1.基础刚度和阻尼：基础的刚度和阻尼参数对结构的振动响应有重要影响，需进行分析和优化设计。
2.风载分析：通过分析风力发电机所在区域的风场数据，计算出风载的大小和方向，进而确定结构的风载作用。
3.振型分析：通过模态分析，得到结构的固有频率和振型，以评估结构的自振频率和自振形态。
4.响应谱分析：对于地震等动力荷载，进行响应谱分析，计算出结构在不同频率下的响应加速度、速度和位移等参数。
5.结构加振响应：通过分析结构的加振响应，如风-结构相互作用、机械振动等，评估结构的稳定性和抗风能力。
通过上述分析，可以得到风力发电机塔筒结构在不同工况下的动力响应，判断结构的固有频率是否与激励频率接近，从而评估结构的稳定性和抗风能力。
总结：风力发电机塔筒结构的优化设计与动力学分析是提高结构稳定性和抗风能力的重要手段。
通过合理选择材料、优化结构形式和布局、调整几何参数、进行风洞试验以及进行动力学分析等方法，可以提高风力发电机塔筒结构的效益和可靠性。
风电场风力发电机组塔架基础设计分析发布时间：2023-02-06T07:04:10.581Z 来源：《当代电力文化》2022年第17期作者：赵勇、周峰池、马喜要[导读] 随着我国经济需求的发展，人们对于环保和节能越来越关注，尤其是对绿色能源的需求与日俱增。
赵勇、周峰池、马喜要中国电建集团河南工程有限公司河南省郑州市 450000摘要：随着我国经济需求的发展，人们对于环保和节能越来越关注，尤其是对绿色能源的需求与日俱增。
我国在各方面都提倡绿色能源的开发和利用，构建无污染的绿色能源。
风资源就是人们发现的一种绿色可再生能源，它主要是通过一种发电装置，将风能转化为电能，只要有风就能够持续发电。
在风电场的建设中，风机塔筒等设备的安装极为重要，其中风机塔筒垂直度的控制尤为突出。
2.0风机塔筒高度一般在80m～90m，如果塔筒的垂直度超过规定范围，塔筒不垂直受力，塔架将会产生较大的弯曲，严重者会发生倒塌事故。
表面细微凹坑也可能造成塔筒局部应力集中，导致弯曲；运行过程中会产生从上到下的“香蕉型”倾斜；另外长期往复的循环载荷也有可能造成地基沉降、塔架倾斜，进而对风电机的运行造成损害。
因此，本文重点论述风机塔筒垂直度控制技术，以期解决此类问题。
关键词：风电场；组塔架基础1 工程概况某风电工程基础环作为影响风机塔筒安装质量的关键因素，也是塔筒垂直度控制的第一步，所以基础环的安装尤为重要。
在风机基础混凝土浇筑过程中基础环的复测和塔筒安装过程的垂直度控制也不可忽略。
2 塔架倾斜的原因2.1 地基承载力差异较大风机基础地基承载力不均匀、地质勘察精度不够等。
在没有完全掌握风电场地质情况就开始设计、施工，这是造成地基不均匀沉降的主要原因。
比如林区或山区风机基础区域勘察时钻孔间距太远，而地基岩面起伏又大，勘察报告不能充分反映实际地质情况。
山地风电建设范围广，地质条件差异较大，风机基础浇筑后以及风机设备安装完成后会产生巨大的永久荷载，经过长期的荷载作用地基可能会发生不均匀沉降，导致塔筒倾斜甚至倒塔。
1.5MW风机学习资料一、偏航系统偏航系统主要有两个功能，一是使机舱轴线跟踪变化稳定的风向，二是当机舱至塔底引出电缆到达设定的扭缆角度后自动进行解缆，结构图如下所示：结构原理介绍：偏航系统是由偏航轴承和四台偏航电机驱动的齿轮传动机构组成的。
偏航轴承为内摩擦的滑动轴承系统，为内齿圈设计。
四台偏航驱动对称布臵，由电机驱动小齿轮带动整个机舱沿偏航轴承转动，实现机舱的偏航。
当风向与机舱轴线偏离一个角度时（风小时为±8°，风大时为±15°），控制系统经过一段时间的确认后，会控制偏航电机将机舱轴线调整到与风向一致的方位，实现机舱对风。
运行状态介绍：当偏航电机带动偏航轴承偏航时，偏航液压刹车系统处于半释放状态，从而设臵足够大的阻尼，偏航时使机舱保持足够的稳定性。
当偏航电机停止时，偏航液压系统处于刹车状态，将机舱固定到相应的位臵上。
当机舱偏航到某一角度，由机舱引入到塔底的发电机电缆将处于缠绕的状态，这时风力发电机组会进行解缆处理（偏航系统按缠绕的反方向偏航），使电缆解除缠绕的状态。
由于解缆时希望能够快速偏航，这时偏航液压系统刹车处于完全释放状态。
控制原理：在不同的风速条件下，偏航的动作方式不同，分为高风速偏航和低风速偏航。
高风速下自动偏航：60秒平均风速大于等于9 m/s，触发偏航程序的条件如下：• 偏航对风60秒平均偏差大于8°，延时210s，风机偏航。
• 偏航对风60秒平均偏差大于15°，延时20s，风机偏航。
低风速下自动偏航：60秒平均风速小于9 m/s，触发偏航程序的条件如下：• 偏航对风60秒平均偏差大于10°，延时250s，风机偏航。
• 偏航对风60秒平均偏差大于18°，延时25s，风机偏航。
禁止偏航的条件：在下列情况下，不允许自动偏航：• 产生偏航故障；• 偏航解缆动作；• 风机处于维护模式；• 30s平均风速<2.5m/s；• 紧急停机过程；• 发生风向故障；• 发生液压故障；自动偏航不影响风机的当前状态。
1.5MW风力发电机组机械结构设计刘旦;闫占辉;王伟【摘要】详细介绍了1.5 MW风力发电机组机械结构设计,主要包括基于半直驱式变速恒频风电机组的总体方案设计、变桨减速器设计和主传动系统设计等,为加快风力发电机组机械结构国产化和风力发电机组的维修及维护提供依据.【期刊名称】《长春工程学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(018)002【总页数】3页(P51-53)【关键词】风力发电机组;机械结构;设计;半直驱式【作者】刘旦;闫占辉;王伟【作者单位】长春工程学院机电工程学院,长春 130012;长春工程学院机电工程学院,长春 130012;中国人民解放军95926部队,长春 130103【正文语种】中文【中图分类】TH122随着我国清洁能源的发展，风力发电机组单机容量持续增大，主流机型目前已达到1～3.3 MW；我国风电机组关键部件的性能不断提高，风电装备的产业链已逐步形成，这为我国风力发电产业的快速发展奠定了基础。
水平轴风电机组具有短转轴、经济性好等优势，是风电设备的主导产品。
垂直轴风电机组因转换率低和变桨难等问题，目前在国内还没有应用。
变桨变速功率调节技术具有载荷控制平稳、安全和高效等优点，近年得到广泛采用。
半直驱式变速恒频风电机组是近年来发展起来的机型，它结合了直驱式风电机组和双馈式风电机组的优点，技术先进，可靠性高，性能优越。
应用此技术开发大型或超大型机组具有良好的前景。
本文在半直驱式变速恒频控制技术基础上，详细论述了1.5 MW风力发电机组的机械结构设计方案，为我国加快风力发电机组机械结构国产化和风力发电机组的维修及维护提供参考。
按照额定功率的大小(≥600 kW)选择并网型、水平轴、上风向、变桨距调节、三叶片机组，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的转速。
带增速齿轮箱风电机组的发电机，由于极对数小，因而结构比较简单，体积小，但是由于需要齿轮增速箱，因此传动系统结构比较复杂，齿轮箱设计、运行维护复杂，容易出故障。
1.5MW双馈、恒频、变桨风力发电机国电联合动力技术有限公司培训中心1.5MW风力发电机一、风力发电机由叶轮、机舱、塔筒三大部分组成，1.5MW风力发电机满发时1小时可以向电网输送1500度电量。
一群风力发电机，组成风力发电场（一般5万千瓦以下风电场可由地方发改委审批，即可建风力发电场，即33台1。
5MW 49.5MW ）国内风电场厂每年满发电为2000-3000小时（每年8760小时）按平均2300小时计算每度电0.56元，一个4.95万千瓦风电场年售电收入为6375.6万元风场建设费约4亿元，收回成本的6—8年风力发电场。
二、风力发电机整机主要包括：1.机座2.传动链（主轴、齿轮箱）3. 偏航组件（偏航驱动、偏航刹车钳、偏航轴承）4.踏板5.电缆线槽6.发电机7.联轴器8.液压站9.冷却泵(风冷型无)10.滑环组件 11.自动润滑 12.吊车13.机舱柜 14.机舱罩 15.机舱加热器16.轮毂1、机座：机座是风力发电整机的主要设备安装的基础，风电机的关键设备都安装在机座上。
(包括传动链（主轴、齿轮箱）、偏航组件（偏航驱动、偏航刹车钳、偏航轴承）、踏板和棒、电缆线槽、发电机、联轴器、液压站、冷却泵(风冷型无)、滑环组件、自动润滑、吊车、机舱柜、机舱罩、机舱加热器等。
机座与现场的塔筒连接，人员可以通过风电机塔进入机座。
机座前端是风电机转子，即转子叶片和轴。
2、偏航装置：自然界的风，方向和速度经常变化，为了使风力机能有效地捕捉风能，就相应设置了对风装置以跟踪风向的变化，保证风轮基本上始终处于迎风状况。
风力发电机的偏航系统也称为对风装置，其主要作用在于当风向变化时，能够快速平稳地对准风向，以便风轮获得最大的风能。
另外、当风机对风相同一个方向旋转几圈之后，向塔筒底部输送电力的线缆也会扭转，为了保护电缆，系统会控制风机向相反的方向旋转，既解缆。
为了使风机的桨叶转子工作始终朝向某个方向，在风机内安设了偏航系统，风力机的偏航系统即对风装置。
![金风1[1].5兆瓦机组发电机介绍(郭建)1](https://img.taocdn.com/s1/m/ace1cfa46bec0975f465e2d0.png)
酒泉职业技术学院毕业设计（论文）09 级风能与动力技术专业题目：1.5MW风力机组塔筒及基础设计毕业时间：2012 年7 月学生姓名：刘文源指导教师：任小勇班级：09 风电（4）班年月日酒泉职业技术学院09 届各专业毕业论文（设计）成绩评定表姓班级专业名指导教师第一次指导意见年月日指导教师第二次指导意见年月日指导教师第三次指导意见年月日指导教师评语及评分成绩：签字（盖章）年月日答辩小组评价意见及评分成绩：签字（盖章）年月日教学系毕业实践环节指导小组意见签字（盖章）年月日学院毕业实践环节指导委员会审核意见签字（盖章）年月日1.5MW风力机组塔筒及基础设计摘要: 70年代初期，由于“石油危机”，出现了能源紧张的问题，人们认识到常规矿物能源供应的不稳定性和有限性，于是寻求清洁的可再生能源遂成为现代世界的一个重要课题。
风能作为可再生的、无污染的自然能源又重新引起了人们重视。
2006年中国共有风电机组6469台，其中兆瓦级机组占21.2%，2007年，这个比例跃升为38.1%，提高了16.9个百分点。
在国家政策支持和能源供应紧张的背景下，中国的风电特别是风电设备制造业迅速崛起，已经成为全球风电最为活跃的场所。
2009年5月，国家投资3万亿资金支持新能源，在整个投资中风力发电行业的投资在国家总投资中占了很大的一部分，进一步推动了风电行业的发展。
据国家能源局统计，中国风电2010年新增装机容量将超过1600万千瓦累计装机容量达到4182.7万千瓦。
预计在2020年末我国新增发电装机容量将达到6000万千瓦累计装机将超过1亿万千瓦。
随着国家“十二五”规划对风电行业的大力支持和政策的不断完善与调整，中国风电将又一次迎来黄金的发展期。
并且风机的制造企业技术也不断完善和创新，一批具有国家啊自主知识产权的产品纷纷亮相。
从600千瓦、750瓦、1500千瓦、2500千瓦到现在的5000千瓦,而且更大发电量的风机已经研制和立项。
I1.5MW风力发电机总体设计摘要风是一种永不枯竭的清洁能源，随着传统能源的日渐枯竭，人们对风能的利用也越来越重视。
特别是随着控制技术和制造技术的发展，风力发电机组的规模不断扩大，兆瓦级以上的风力发电机的研制已成为目前风电产业的主要发展方向。
本次设计对 1.5MW 的风力发电机机组结构的总体布局，总体参数的规划以及各组成部件的选型原则和设计要求进行阐述。
关键词：MW级风力发电机，总体设计II The overall Design of 1.5MW Wind Power GeneratorAbstractThe wind is an inexhaustible clean energy, Along with the traditional energy sources dried up with each passing day, people are paying more and more attention to the use of wind energy.Especially with the control technology and the development of production technology, expanding the scale of wind power generating unit，MW above the level of the development of wind turbines has become the main direction of the development of wind power industry.The design of1.5MW wind generator structure of the overall layout, the overall planning and the parameters of each component selection principles and design requirements .KEY WORDS: The MW class wind generator, Overall designIII目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1 课题研究背景 (1)1.2 国外风力发电机发展现状 (1)1.3 国内风力发电机的研制情况 (2)1.3.1我国风力发电机发展历史 (2)1.3.2 我国风电发展存在问题 (5)1.4 本课题研究的意义 (7)2 1.5mw风力发电机组总体方案的设计 (8)2.1 风电机组功能的设计 (8)2.1.1 风电机组功率的调节方式设计 (8)2.2.2风力发电机组的系统选型设计 (9)2.2 风力发电机组总体布局 (10)3 风电机组的各组成部分的设计计算 (13)3.1风轮的设计估算................................. 错误!未定义书签。
1.5兆瓦风力发电机组塔筒及基础设计摘要：风能资源是清洁的可再生资源，风力发电是新能源中技术最成熟、开发条件最具规模和商业化发展前景最好的发电方式之一。
塔筒和基础构成风力发电机组的支撑结构，将风力发电机支撑在60—100m的高空，从而使其获得充足、稳定的风力来发电。
塔筒是风力发电机组的主要承载结构，大型水平轴风力机塔筒多为细长的圆锥状结构。
一个优良的塔筒设计，可以保证整机的动力稳定性，故塔筒的设计不仅要满足其空气动力学上得要求，还要在结构、工艺、成本、使用等方面进行综合分析。
基础设计与基础所处的地质条件密不可分，良好的地质条件可以为基础提供可靠的安全保证，从风机塔筒基础特点的分析可以看出，风机塔筒基础的重要性及复杂性是不言而喻的。
在复杂地质条件下如何确定安全合理的基础方案更是重中之重。
关键词：1.5兆瓦；风力发电机组；塔筒；基础；设计1、我国风机基础设计的发展历程我国风机基础设计总体上可划分为三个阶段，即2003年以前小机组基础的自主设计阶段，2003— 2007年MW机组基础设计的引进和消化阶段，2007年以后MW机组基础的自主设计阶段，在2003年以前，由于当时的鼓励政策力度不大，风电发展缓慢，2002年末累计装机容量仅为46.8万kw，当年新增装机容量仅为6.8万kw，项目规模小、单机容量小，国外风机厂商涉足也较少，风机基础主要由国内业主或厂商委托勘测设计单位完成，设计主要依据建筑类的地基规范。
从2003年开始，由于电力体制改革形成的电力投资主体多元化以及我国开始实施风电特许权项目，尤其是2006年《可再生能源法》生效以后，国外风机开始大规模进入中国，且有单机容量600kw、750kw很快发展到850kw、1.0MW、1.2MW、1.5MW 和2.0MW，国外厂商对风机基础设计也非常重视，鉴于国内在MW风机基础设计方面的经验又不够丰富，不少情况下基础设计都是按照厂商提供的标准图、国内设计院根据风电场地质勘测资料和国内建筑材料的具体情况进行设计调整、厂商对国内设计院的设计调整成果进行复核确认模式。
风力发电机组塔筒设计和优化研究意义塔架支撑机舱和风轮至合适的高度，获得较高且稳定的风速以捕获尽可能多的风能，塔架承受机组自重以及风作用下的推力、弯矩、扭矩，传递载荷至基础，对于保证机组安全运行至关重要，对于实现较高发电量也有一定影响。
大型风电机组普遍采用钢制锥形塔筒，其一阶固有频率位于风轮旋转频率的1～3倍之间，可称为“半刚性塔”。
兆瓦级风电机组的塔筒重达上百吨，占机组总重1/2以上，总成本的15~20%。
对塔筒进行以减重增效为目标的优化设计，将会创造比较显著的经济效益。
研究成果有助于提升设计水平，提高设计效率，降低成本。
6MW风电机组总体技术参数额定功率6MW叶片长度75米叶轮直径154米轮毂高度100/105/110米额定风速10.8米/秒发电机转速600-1000-1200r/min 风轮重量151吨机舱重量280吨塔筒重量约520/475/500吨10002000300040005000600070000510********功率（kW）风速（m/s）T6000/154功率曲线T6000/154-H100(105）外形尺寸身高1.8米HH100，叶尖距离地面23米HH105，叶尖距离地面28米）电梯顶平台增设护栏T5000/128-95风电机组塔筒序号轮毂高度（m）塔筒高度（m）塔底直径（m）筒体重量（t）总重（t）备注195初始91.76399465五段2100初始96.76445512五段推荐3105初始101.76493562六段4110初始106.76556625六段T6000/154风电机组塔筒初步设计5/6MW塔筒单位长度重量1—m/l 55005250500047504500425040003750350032503000275025002002202402602803003203403603804005/6MW 塔筒单位重量—m/h^1.5/DT6000/154风电机组塔筒初步设计设发电机切入转速为600rpm，风轮切入转速为6.06rpm，风轮切入转速的3P 为0.302Hz。
1.5兆瓦风力发电机用永磁同步发电机的设计摘要2009年哥本哈根会议的召开，显示国际已经开始越来越重视环保。
环保、低碳将是未来能源发展的一个趋势。
而火力发电每年都要消耗大量的煤炭，产生严重的污染。
因此研制出能够代替火力发电的新能源就显得意义深远。
而风力发电且具有绿色环保无污染等特点，已日益得到关注，近年来，我国的风能开发正处在起步阶段，但发展速度很快，遍布许多沿海城市及偏远山区，正逐步为人类造福。
如何提高风能的利用和转化效率是目前技术方面重点研究方向，不仅符合了时代发展的潮流，也和我国的基本国情和战略方针相一致。
同时做好节能环保也是当前科研人员在研究过程中应尽的义务。
直驱永磁同步风力发电机去掉了风力发电系统中常见的齿轮箱，让风力机直接拖动电机转子运转在低速状态，这就没有了齿轮箱所带来的噪声、故障率高和维护成本大等问题，提高了运行可靠性。
采用高磁能积的永磁材料作为磁极，就省去了励磁绕组产生的损耗，使得电机的结构变得简单，效率也随之提高。
但由于其运行转速低，一般定子外径都比较大。
因此，为了减小电机尺寸和改善冷却效果，本文以内转子径向式永磁同步风力发电机为例进行分析。
先通过感应电机、永磁电机和水轮机等经验公式确定基本尺寸，又对电机进行磁路分析计算，最后又分别从轴向长度、气隙宽度、极弧系数和每极每相槽数参数等对电机进行了优化，以便使设计结果更加合理。
关键词直驱式；永磁同步；风能；风力发电机；内转子1.5 MW Wind Turbines with Permanent MagnetSynchronous GeneratorAbstractHeld in Copenhagen in 2009, showing more and more attention to international environmental protection has begun. Environmental protection, low-carbon energy development will be a future trend. The thermal power consumption of large amount of coal each year, resulting in serious pollution. Therefore developed a new energy to replace the thermal power generation becomes significant. The green wind power and has no pollution, has received increased attention in recent years, China's wind energy development is in its infancy, but rapid development around the many coastal cities and in remote mountainous areas, gradually the benefit of mankind. How to improve the efficiency of wind energy utilization and conversion technologies is the focus of research, not only the development trend of the times, too, and China's basic national conditions and the strategy and guiding principle. At the same time do a good job saving and environmental protection is currently in the process of research, scientists obligations.Direct drive permanent magnet synchronous wind turbine wind power system to remove a common gearbox, direct drive motor for wind turbine rotor is operating at low speed state, which no gearbox caused by noise, high failure rate and maintenance costs etc, and improved reliability. using the high-energy product of permanent magnets as pole, eliminating the need for field windings to produce the loss, the simple structure of the motor efficiency is improved.As drive permanent magnet synchronous wind turbine running speed is low, generally larger than the diameter of the stator.Therefore, in order to reduce the size of the motor and improve the cooling effect, within this radial permanent magnet synchronous wind turbine as an example for analysis. First through the induction motor, permanent magnet motors and turbines and other empirical formula to determine the basic size, then the motor magnetic circuit analysis and calculation, and finally from the axial length, respectively, air gap width, pole arc coefficient and the number of slots per pole per phase parameters the motor is optimized to make the design more reasonable results.Keywords Direct drive; Permanent magnet synchronous;Wind energy;Wind generator;Inner rotor目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 风力发电的意义 (1)1.2 风力发电的发展 (3)1.2.1 中国及世界范围内风力发电发展历程 (3)1.2.2 我国及世界风力发电发展趋势 (4)1.3 风力发电机组的简介 (5)1.3.1 风力发电机组的结构及电能的储备介绍 (5)1.3.2 风力发电机组的典型结构 (6)1.4 本课题研究的背景意义和主要研究内容 (7)1.4.1 永磁材料及永磁电机的特点 (7)1.4.2 本课题的研究意义 (8)第2章风力发电机电磁设计过程及永磁材料介绍 (10)2.1 永磁风力发电机简介 (10)2.1.1 风力发电机的发展现状 (10)2.1.2 永磁电机的概述 (10)2.1.3 永磁同步发电机简介 (11)2.1.4 永磁同步发电机设计特点 (13)2.2 永磁材料的介绍 (14)2.2.1 永磁材料的分类 (14)2.2.2 永磁材料的发展概况 (14)2.2.3 永磁材料的主要参数 (15)2.2.4 永磁材料选择的原则 (17)2.2.5 永磁体形状和体积估算 (18)2.2.6 钕铁硼永磁材料 (18)2.2.7 永磁体的充磁 (18)2.3 主要设计目标 (19)2.4 永磁风力发电机的设计特点 (20)2.5 永磁同步发电机基本参数的确定 (21)2.6 本章小结 (22)第3章风力发电机电磁设计过程 (23)3.1 设计过程 (23)3.2本章小结 (39)第4章电磁设计比较分析及方案优化 (40)4.1电磁设计的比较 (40)4.2方案优化 (40)4.3本章小结 (42)结论 (43)致谢 (44)参考文献 (45)附录 (46)第1章绪论1.1风力发电的意义目前，在全世界范围内，风力发电发展势头迅猛。
1.5兆瓦风力发电机组塔筒及基础设计摘要：风能资源是清洁的可再生资源，风力发电是新能源中技术最成熟、开发条件最具规模和商业化发展前景最好的发电方式之一。
塔筒和基础构成风力发电机组的支撑结构，将风力发电机支撑在60—100m的高空，从而使其获得充足、稳定的风力来发电。
塔筒是风力发电机组的主要承载结构，大型水平轴风力机塔筒多为细长的圆锥状结构。
一个优良的塔筒设计，可以保证整机的动力稳定性，故塔筒的设计不仅要满足其空气动力学上得要求，还要在结构、工艺、成本、使用等方面进行综合分析。
基础设计与基础所处的地质条件密不可分，良好的地质条件可以为基础提供可靠的安全保证，从风机塔筒基础特点的分析可以看出，风机塔筒基础的重要性及复杂性是不言而喻的。
在复杂地质条件下如何确定安全合理的基础方案更是重中之重。
关键词：1.5兆瓦；风力发电机组；塔筒；基础；设计1、我国风机基础设计的发展历程我国风机基础设计总体上可划分为三个阶段，即2003年以前小机组基础的自主设计阶段，2003— 2007年MW机组基础设计的引进和消化阶段，2007年以后MW机组基础的自主设计阶段，在2003年以前，由于当时的鼓励政策力度不大，风电发展缓慢，2002年末累计装机容量仅为46.8万kw，当年新增装机容量仅为6.8万kw，项目规模小、单机容量小，国外风机厂商涉足也较少，风机基础主要由国内业主或厂商委托勘测设计单位完成，设计主要依据建筑类的地基规范。
从2003年开始，由于电力体制改革形成的电力投资主体多元化以及我国开始实施风电特许权项目，尤其是2006年《可再生能源法》生效以后，国外风机开始大规模进入中国，且有单机容量600kw、750kw很快发展到850kw、1.0MW、1.2MW、1.5MW 和2.0MW，国外厂商对风机基础设计也非常重视，鉴于国内在MW风机基础设计方面的经验又不够丰富，不少情况下基础设计都是按照厂商提供的标准图、国内设计院根据风电场地质勘测资料和国内建筑材料的具体情况进行设计调整、厂商对国内设计院的设计调整成果进行复核确认模式。
该模式不仅影响风机基础的自主设计，同时受制于厂商，甚至可能影响工程建设的决策、工期和投资效益。
以2005年我国南方某风电场的基础设计为例，当时该风电场已完成24个风机基础的施工，但国外风机厂商认为已建基础不能满足要求，并委托了第二家设计院进行了独立评估，由于当时没有专门的风机基础设计规范，设计单位只能参照国内建筑和电力行业的类似规范进行设计，且不同设计人员对具体条文的采用和理解也不尽相同，导致不同设计院设计同一基础的安全评价结论不尽一致。
随后国外风机厂商和项目业主又同时委托第三家设计单位进行复核。
由于种种原因，最终各方妥协的结果是在每个已施工基础上补浇了一些混凝土。
因此，由于没有统一的规范，由于国外厂商在基础设计方面的过多介入，导致了成本的增加和工期的延长。
鉴于当时风机基础设计的重要性且没有专门的设计规范，中国水电工程顾问集团公司作为我国水电和风电的前期工程归口管理单位，于2005年8月迅速启动了风机基础设计技术研究和规范的编制工作，经过广泛调研、专题研究和试设计，并经过几次全国性的研讨和评审，于2007年9月发布了《风电机组地基基础设计规定》（FD003-2007），并同期推出了配套的设计软件。
由于规范的统一指导和风电产业的不断成熟，并经过我国项目业主和勘测设计单位的共同努力，现在风电基础设计已步入自主设计的轨道。
2、我国最近的两起风机倒塌事故及其教训在《风电机组地基基础设计规定》编制过程中及颁布后不久，出现了两起风机倒塌事故，这两个项目都没有按照《风电机组地基基础设计规定》进行设计，事故的原因值得我们深思。
因此，本文对两起事故进行了简要介绍和分析。
2.1在桑美台风中破坏的风机及基础在2006年8月10日的桑美台风中，某风电场28台机组全部受损，其中5台倒塌（3台600kw风机钢塔筒被折断、2台刚完成吊装的750kw风机连地基被拔出）、5台风机机舱盖被吹坏、11台风机叶片被吹断。
据被吹到的测风仪留下的最后数据显示，山顶上风电场的瞬时风速达85米／秒。
该风电场的大部分基础承受了超设计风速的考验，但连根拔出的基础至少在设计和施工方面存在一下不安全因素：2.1.1基础环（法兰筒）的低端在基础台柱和底板的分界面，没有伸入基础底板与扩展基础形成整体。
2.1.2基础台柱和底板混凝土分两次浇筑，且没有采取可靠的缝面处理措施，缝面粘接质量差，影响了台柱与底板之间的整体性。
2.1.3从拉断的基础台柱底部断面看，穿越台柱与底板之间的圆周向配筋太少，钢筋见距达60cm左右，进一步削弱了台柱与底板混凝土之间的整体性连接，台柱高度方向的配筋很少，钢筋间距在40cm左右，消弱了台柱本身的刚度。
2.1.4混凝土级配和混凝土现场搅拌质量不理想另外，建议在经常遭遇台风地区的风电场必须要时刻考虑配置备用电源或柴油发电机，并对控制系统作适当改进，遭遇台风电网断电后，风机不会刹车抱死叶轮，以减少风机承受的风载荷。
2.2在正常运行中破坏的风机及基础某风电场同批次施工安装了59台850kw的风电机组并经过了72小时的试运行，在2008年4月正常运行时，一台风机突然倒塌，基础连根被拔出，倒塌时风速约12m/s，已进入风机的额定风速，塔筒底部（基础环）钢筋完全拔出。
如图所示：据初步了解，该风机基础至少存在以下不安全因素：2.2.1基础混凝土设计强度等级C30，事故后钻孔，事故后钻孔取芯实验得出的强度等级为C10-C25，基础混凝土实际标号偏低2.2.2塔筒底部混凝土搅拌、振捣不均匀，断面反映的混凝土级配较差。
2.2.3从断面看，基础可能不是一次性浇筑，存在施工冷缝，且因风沙天浇筑，缝面有沙土。
2.2.4钢筋数量减少、长度不足。
2.2.5胶凝材料用量和基础混凝土配合比可能不满足要求，塔筒底部（基础环）钢筋完整拔出，粘接质量有问题。
2.2.6初期运行时机组振动较厉害，且倒塌的风机换过叶片，可能与上部结构及基础的刚度有关。
另外，施工单位中标价格过低而导致其偷工减料、基础混凝土施工过程中监督不力也可能是引发事故的重要原因。
由于质量问题，同批施工中得59台风机，除倒塌的一台，其余58台风机上部结构全部拆卸，并炸除混凝土基础，重新施工基础，重新安装风机，重新调试后再投入运行。
给项目业主造成了巨大的经济损失。
3、风机基础设计分析与讨论由于风力发电机组轮毂高度大（一般在50m以上）、顶部质量大正常运行和极端风速情况承受的水平载荷大、机组正常运行时对倾斜控制严格、基础承受360°方向重复载荷和大偏心受力、基础的载荷重分布性低、地质条件复杂等特点，将风力发电机组基础设计做一简要分析，对几个热点问题进行讨论。
3.1关于基础类型的考虑设计规定考虑了方形扩展基础和方形轴台桩基础。
考虑到风机基础承受360°方向重复荷载以及不同的设计习惯，配套设计软件在借鉴化工高塔、烟囱、高耸结构等基础设计规范的基础上，除了方形基础外，还扩充了圆形、八边形扩展基础以及圆形和八边形承台桩基础的设计方法和设计软件，拓宽了风机基础的适应性。
3.2关于基础设计的步骤3.2.1扩展基础对于扩展基础，设计步骤可分为三大步：第一步，根据风机单机容量、轮毂高度、扫风面积、风速、荷载大小和地基情况，参考类似经验，初步拟定基础埋深、底板尺寸和高度等。
第二步，根据设计规定和风机承受的荷载等相关资料，分别计算基础基底反力、基础沉降和倾斜率、基础整体稳定性、基底脱开面积等，分别复核地基承受力是否满足要求、沉降和倾斜率是否满足规范和厂商要求、整体稳定性和基底脱开面积比是否满足规范要求。
如果四个条件同时满足要求，则说明拟定的基础底板尺寸合适，可进行下一步计算，如果四个条件不能同时满足要求，则需回到第一步，调整外型尺寸。
第三步，初选钢筋直径，进行截面抗弯计算，抗剪、抗冲切和疲劳强度验算，如果同时满足要求，则底板高度的拟定合适，否则，回到第一步，调整包括底板高度在内的外型尺寸，直至满足第二步和第三步的有关要求。
外型尺寸确定后根据裂缝宽度验算结果、构造要求等确定配筋布置，如果没有台柱，还需对台柱进行配筋计算和强度验算，对穿越法兰筒和基础环底部的局部配筋进行验算。
然后，计算基础的混凝土用量和配筋用量。
3.2.2桩基础与扩展基础类似，柱基础的设计也可以分为三大步：第一步，根据有关资料、规范和经验，拟定基础埋深、承台尺寸以及桩的布置，包括桩长（持力层）、中心距、排列的选择等。
第二步，计算桩顶作用反力，计算桩基础沉降和倾斜率，复核基桩承载力（包括竖向抗压承载力、水平承载力，抗拨承载力等）是否满足要求，桩基础沉降和倾斜率是否满足规范与厂商要求。
如果同时满足要求，则拟定的桩布置合适，进行下一步计算，否则，调整桩的布置。
第三步，初选钢筋直径，进行承台底板截面抗弯计算，抗剪、抗冲切和疲劳强度验算，如果同时满足要求，则承台底板尺寸的拟定合适，否则，许回到第一步，调整承台尺寸和桩布置，直至满足第二步和第三步的有关要求。
承台尺寸和桩布置确定后，对承台台柱进行配筋计算和强度验算，如果采用灌注桩则需要进行桩身配筋计算，根据裂缝宽度验算结果和有关构造要求，调整配筋布置，对基础环底部等部位进行布局配筋验算。
最后，计算基础的混凝土用量和钢筋用量。
3.3关于几个问题的讨论3.3.1修正标准值由于荷载的不确定性和随机性，计算扩展基础基底面积、计算桩基基础桩数和桩长时，荷载采用了标准值，但对上部结构传来的荷载标准值均进行了乘以1.35的修正，已达到一定的安全裕度。
国内风力发电成套技术还处于成长阶段，空气动力学计算理论和模型假定也存在着一定的误差和不确定性。
风电基础虽然在整个风机结构中的造价比重很小，但结构安全直接决定着整个结构的安全，在重要性方面与上部结构至少是等同。
因此，在目前有关技术有待进一步完善的阶段，基础设计适当留有安全裕度是必要的。
由于国内不少风机厂商提供的风机荷载资料都是引进机型的原产地厂商在特定轮毂高度、特定风速下计算的荷载资料，可能没有考虑国内特定风电场的特点，如轮毂高度、不同风速、风场在电网中的作用、风机控制系统等具体条件，可能对国内特定风场的风机和风机基础设计有一定的偏差，因此，在这种情况，考虑对风机厂商提供的荷载进行适当修正是必须的。
风荷载在一定的土木工程设计中都计入耦合系数后再与其他荷载进行组合，但在风力发电结构中，风荷载是风机正常运行所必须的基本荷载，因此，在有关计算中不能照搬有关规范的规定，应予以特别重视。
如果风电厂商针对国内特定风场情况，进行了专门、系统的荷载分析与测试，保证提供的荷载是基础设计所涉及工况的最不利荷载，且出具书面保证函，此时，这个荷载标准值修正系数可以在1.1—1.35之间进行调整。
