风力发电机分类

风电场最佳风力发电机组选型的探讨风电机组的选型在风电场可研设计中具有至关重要的作用，直接影响风电场的风能利用率及其经济效益。

风电场最佳机型选择应考虑适合风电场场址的风资源条件，有利于提高风电场的发电效率。

而最终型号的选择须经多方技术经济条件比较后确定最优方案。

本文结合作者实际工作经历，从风力发电机的类型介绍入手，详细论述选择风力发电机应考虑的原则和几个重要因素，已达到充分利用风能资源，提高风能利用率的目的。

标签：风力发电机;风速;容量系数;功率曲线引言：分析风力发电机组选型的原则有四个方面：a.对质量认证体系的要求，风力发电机组选型中最重要的一个方面是质量认证;这是保证风电场机组正常运行及维护最根本的保障体系;风电机组制造必须具备IS09000系列的质量保障体系的认证;b.对机组功率曲线的要求，功率曲线是反映风力发电机组发电输出性能好坏的最主要曲线之一;c.对机组制造厂家业绩考查，业绩是评判一个风电制造企业水平的重要指标之一;d.对特定环境要求;如台风、低温等。

风力机型的选择，受气候和地形影响，各地、个高度风力资源分布极不均匀，风力资源的状况相差很大，风力机的输出功率既与所在点的风速分布特性有关，又与所选用的风力机型有关，世界各国现在己开发和使用的风力机容量从1000kW到5000kW，各参数和技术指标相差很大。

对于特定的场点特别是并网运行的大型风电场来讲，选择与该点风速分布特性最相匹配的风力发电机组以最大限度地利用风能，和产生最好的经济效益是风电场设计中首要解决的。

1.风力发电机的分类按风轮轴安装形式可分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机（1）水平轴风力发电机水平轴风力发电机是目前国内外广泛采用的一种结构型式。

主它的主要机械部件都在机舱中，如主轴、齿轮箱、发电机、液压系统及调向装置等。

对于水平轴风力发电机来说，需要风轮始终保持面向风吹来的方向。

有些水平轴风力发电机组的风轮在塔架的前面迎风旋转，称为上风向风力发电机组;而风轮在塔架后面的，则称为下风向风力发电机组。

风力发电知识点总结大全一、风力发电的原理风力发电的原理是利用风能带动风机叶片旋转，进而带动发电机产生电能。

风机通常由塔架、主轴、叶片和发电机等部件组成。

其中，风机的叶片接收到风的动能，然后带动主轴旋转，主轴通过传动装置驱动发电机产生电能。

在发电过程中，所产生的电能可以被接入电网，也可以储存到电池中供以后使用。

二、风力发电的发展历史风力发电的历史可以追溯到公元前500年的古希腊时期，当时人们已开始使用风车来抽水和磨面。

而真正意义上的现代风力发电可以追溯到19世纪末的美国，当时科学家开发出了第一台风力发电机。

20世纪70年代，丹麦成为风力发电的先锋国家，开始大规模发展风电。

自此以后，风力发电逐渐成为一种主流的可再生能源形式，并在全球范围内得到广泛应用和推广。

三、风力发电的技术分类根据风力发电机的类型和结构，风力发电可以分为多种技术分类，包括水平轴风力发电机、垂直轴风力发电机和混合式风力发电机等。

其中，水平轴风力发电机是目前应用最为广泛的一种类型，它具有结构简单、稳定性好、效率高等特点；而垂直轴风机则具有风向适应性强、噪音小等优点；混合式风力发电机则融合了水平轴和垂直轴的优点，将风能转换成电能。

四、全球风力发电的发展状况目前，全球范围内的风力发电已经成为一种重要的能源形式，并且得到了广泛的推广和应用。

根据国际能源署（IEA）的数据，截至2019年，全球累计安装的风力发电容量已达到了651.7吉瓦，其中中国、美国、德国、印度和西班牙等国家是全球风力发电的主要发展国家。

同时，全球风力发电的装机容量每年都在稳步增长，并且逐渐成为了可再生能源中的主要形式之一。

五、风力发电的优缺点风力发电作为一种清洁的可再生能源，具有许多明显的优势，比如不排放二氧化碳、占地面积小、可再生性好等。

但同时，风力发电也存在一些缺点，比如对风资源的依赖性较强、噪音污染、对鸟类的生存造成影响等问题。

因此，在发展风力发电时，需要综合考虑其优缺点，采取相应的措施来解决其中的问题。

垂直轴风力发电机增加概述及概述图片垂直轴风力发电机在风向改变的时候无需对风，在这点上相对于水平轴风力发电机是一大优势，它不仅使结构设计简化，而且也减少了风轮对风时的陀螺力。

目录垂直轴风力发电机的分类垂直轴风力发电机发展风力发电设备行业的发展新型垂直轴风力发电机（H型）一、技术原理二、功率特性三、结构附：现有垂直轴风力发电电源比较：垂直轴风力发电机的特点现状垂直轴风力发电机的分类垂直轴风力发电机发展风力发电设备行业的发展新型垂直轴风力发电机（H型）一、技术原理二、功率特性三、结构附：现有垂直轴风力发电电源比较：垂直轴风力发电机的特点现状展开编辑本段垂直轴风力发电机的分类尽管风力发电机多种多样，但归纳起来可分为两类：①水平轴风力发电机，风轮的旋转轴与风向平行；②垂直轴风力发电机，风轮的旋转轴垂直于地面或者气流方向。

利用阻力旋转的垂直轴风力发电机有几种类型，其中有利用平板和被子做成的风轮，这是一种纯阻力装置；S型风车，具有部分升力，但主要还是阻力装置。

这些装置有较大的启动力矩，但尖速比低，在风轮尺寸、重量和成本一定的情况下，提供的功率输出低。

达里厄式风轮是法国G.J.M达里厄于19世纪30年代发明的。

在20世纪70年代，加拿大国家科学研究院对此进行了大量的研究，现在是水平轴风力发电机的主要竞争者。

达里厄式风轮是一种升力装置，弯曲叶片的剖面是翼型，它的启动力矩低，但尖速比可以很高，对于给定的风轮重量和成本，有较高的功率输出。

现在有多种达里厄式风力发电机，如Φ型，Δ型，Y型和H型等。

这些风轮可以设计成单叶片，双叶片，三叶片或者多叶片。

其他形式的垂直轴风力发电机有马格努斯效应风轮，他由自旋的圆柱体组成，当它在气流中工作时，产生的移动力是由于马格努斯效应引起的，其大小与风速成正比。

有的垂直轴风轮使用管道或者漩涡发生器塔，通过套管或者扩压器使水平气流变成垂直气流，以增加速度，偶写还利用太阳能或者燃烧某种燃料，是水平气流变成垂直方向的气流。

风力发电机简述日益加剧的世界能源危机和环境恶化问题，迫使人类在能源使用方式和能源使用类型选择上做出改变。

节能减排、开源节流，发展低碳化经济等一系列体现环境友好的政策陆续出台。

在世界范围内掀起了以保护环境，促进人类可持续发展为特征的新能源产业运动。

其中，以风能为能源来源的风力发电产业在近期发展迅速，成为新能源产业里发展最具产业性、系统性、商业性的产业。

本文将简要介绍风力发电机的发展历史和水平轴风力发电机原理与技术。

一、风力发电概念1.1 相关概念风能是指：地球表面大量空气流动所产生的动能。

由于地面各处受太阳辐照后气温变化不同和空气中水蒸气的含量不同，因而引起各地气压的差异，在水平方向高压空气向低压地区流动，即形成风。

简单地说，风能就是“风" 所蕴藏的能量。

由定义可以知道它包含六层含义：第一，风能是太阳能的一种形式；第二风能是一种动能；第三风能的分布是全球性的；第四，风能是一种自然界本身自有的既存的能量形式；第五，是不排放污染物的清洁能源；第六，是可以再生的能源。

对风能进行界定最重要的结论莫过于其是一种可利用的清洁的资源。

亦即，风能是可以持续利用的与自然环境“友好”的自然资源。

风能的利用主要是以风能作动力和风力发电两种形式，其中以风力发电为主要的利用方式。

以风能作动力其实就是利用风的运动带动机械装置实现人类生产和生活目的。

风力发电则是将风的动能转化成电能的形式。

风力发电机也就是将风能转化成电能的装置。

1.2 风能利用的优势风能利用具有巨大的优势，主要表现在以下几点：（1）风力资源非常丰富；（2）风力资源是清洁型，节约型能源；（3）风能是一种便宜的能源；（4）风能对土地的占用率极小；（5）风能非常安全；（6）内陆地区的风能利用能带来更好的经济效益；（7）风能利用的巨大优势；（8）风能技术有广泛的适用性；（9）风能技术对于发展中国家来说是比较理想的；（10）风能的利用是一种先进技术的利用；（11）风能的发展增加就业机会；（12）风力发电机有非常好的可靠性。

浅谈风力发电机原理及风力发电技术摘要：在发电领域内风能发电已经能成为当前比较先进的发电技术，可以有效改善传统发电对资源的耗费，减少对环境的污染。

风能具有可再生性同时也是清洁能源，将其应用于发电是一项重大的技术举措，希望可以进一步提升风力发电技术的实践应用。

关键词：风力发电；原理；风力发电技术1、风力发电机风力涡轮机也称为风车，是将风能转化为机械功的动力机械。

机械动力驱动转子旋转，最终输出交流电源设备。

广义上说，风能也是发点，称为风力发电机。

它是一种以太阳为热源，大气为工作介质的热发电装置。

一般来说，3级风具有利用价值。

风力发电的原理与传统风车相似。

风速带动叶轮旋转，收集风能，通过增速机加速叶轮的旋转，从而实现发电。

但单纯依靠发电机不能完成发电，而是需要一个完整的运行系统。

2、风力发电特性（一）可再生清洁能源风力发电是一种可再生的清洁能源，不消耗化石资源，不污染环境。

这是火力发电无可比拟的优势。

（二）工期短，可靠性高现代高技术在风力发电机组中的应用，大大提高了发电可靠性。

大中型风力发电机组的可靠性从80年代的50%提高到了98%，比火力发电机组的可靠性高，机组寿命可达20年。

（三）成本低，实际面积小。

从国外风电场的角度来看，风力单位千瓦成本和单位电能价格均低于火力发电，比常规发电更具竞争力。

由于国外大中型风力发电机的引入，我国的成本和电价都比火力发电机组要高。

但随着大中型风力发电机组的国产化和产业化，风力发电的成本和电价在不久的将来将低于火电厂的成本和电价。

火力发电厂、监测站、变电所等建筑物仅占火电厂土地的1%，其他地点还可用于农业、畜牧业和渔业。

（四）简单的运行维护和发电的多样化发电。

现代大中型风力发电机组自动化水平高。

他们可以在无人值守的情况下正常工作。

它们只需要进行定期检修，因此不存在火电检修问题。

风力发电不仅可以并网，还可以与柴油发电、太阳能发电、水电机组等其他能源形成互补系统，也可以独立运行。

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;15、电机驱动机构：驱动功率计算,电动机选择,变距轴承齿轮副传动比,减速箱基本参数;电机外壳的防护等级：IP--;电机外壳的防护GB/。

第二章风力机基础理论2.2风力机的分类国内外风力机的结构形式繁多，从不同的角度有多种分类方法。

①按风轮轴与地面的相对位置，分为水平轴式风力机和垂直轴(立轴)式风力机。

②按叶片工作原理，分为升力型风力机和阻力型风力机。

③按风力机的用途分类，有风力发电机、风力提水机、风力铡草机、风力脱谷机等。

④按风轮叶片的叶尖线速度与吹来的风速之比的大小来分，有高速风力机(比值大3)和低速风力机(比值小3)；也有把该比值2～5者称为中速风力机。

⑤按风力机容量大小分类：国际上通常将风力机组分为小型(100 kW 以下)、中型(100~1000kW)和大型(1 000 kW 以上)3种；我国则分成微型(1 kW2.1 以下)、小型(1～10 kW)、中型(10~100 kW)和大型(100 kW 以上)4种；也有的将l 000kW 以上的风机称为巨型风力机。

⑥按风轮相对于塔架的位置，分为上风式(前置式)风力机和下风式(后置式)风力机。

⑦按风轮的叶片数量，分单叶片、双叶片、三叶片、四叶片及多叶片式风力机。

现在各国应用较多的是水平轴、升力型和少叶式的风力发电机(多数为2—3个叶片) 风力机翼型的概念2.3 翼型的几何参数及气动特性2.3.1翼型的几何参数翼型定义：叶片展向长度趋于无穷小时叫翼型。

常见的翼型形状有如图所示几种：对称翼型双凸翼型S型翼型平凸翼型下图为一任意形状的翼，其几何尺寸和参数如下：1．弦长(即翼弦)b翼型最前点(前缘)与最后点(后缘)的连钱称翼弦，它的长度称弦长用b 表示。

当前、后缘厚度不为0时，翼弦定义为前缘中点与后缘中点的连线。

2．厚度(指最大厚度)c是上、下翼面在垂直于翼弦方向的距离，其中最大者称最大厚度，用c 表示。

3．相对厚度c最大厚度c 与弦长b 的比值，用cc b=表示。

4．最大厚度位置c σ指最大厚度线到前线点的弦向距离记作c σ。

5．最大厚度相对位置c σ指最大厚度位置c σ与弦长b 的比值，用c c bσσ=表示。

风力发电机1）、设备概述：简介：风力发电机是将风能转换为机械功,机械功带动转子旋转，最终输出交流电的电力设备。

风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。

依据目前的风力发电机技术，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。

2）、设备分类：分类：风力发电机组的分类一般有3种。

（1）按风轮轴的安装型式：水平轴风力发电机组垂直轴风力发电机组（2）按叶片的数目：单片式、双片式、三片式、多片式。

（3）按风力发电机的功率：微型（额定功率50～1000W）小型（额定功率1.0～10kW）中型（额定功率10～100kW）大型（额定功率大于100kW）（4）按运行方式：独立运行、并网运行。

风力机又称为风轮，主要有水平轴风力机和垂直轴风力机。

（1）水平轴风机：a.荷兰式b .农庄式c.自行车式d.桨叶式a)c)b)d)（2）垂直轴风力机：a)b)c)a.萨窝纽斯式b.达里厄式c.旋翼式（3）、设备结构：风机的主要结构叶轮是由叶片和轮毂组成，其功能是将风能转换为机械能。

其中，叶片是风力机的关键部件之一，其主要作用是将风能转化为机械能，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证风力机正常稳定运行的决定因素。

传动系统一般包括低速轴、高速轴、增速齿轮箱、联轴节和制动器等。

齿轮箱是将风力机轴上的低速旋转输入转变为高速旋转输出，以便与发电机运转所需要的转速相匹配。

偏航系统的功能是跟踪风向变化，驱动机舱围绕塔架中心线旋转，使风轮扫掠面与风向保持垂直。

控制系统是风力机在各种自然条件与工况下正常运行的保障，包括调速、调向和安全控制。

发电机是将风轮的机械能转换为电能。

机舱由底盘和机舱罩组成，底盘上安装除了控制器以外的主要部件。

塔架支撑叶轮达到所需要的高度，它除了要承受风力机的重力外，还要承受吹向风力机和塔架的风压，以及风力机运行的动载荷。

风力发电机组中，水平轴式风力发电机组是目前技术最成熟、产量最大的形式，达98%以上；垂直轴风力发电机组因其效率低、需起动设备等技术原因应用较少，因此下面主要介绍水平轴风力发电机组的结构。

小型风力发电机特性风能是没有公害的能源之一，而且它取之不尽，用之不竭。

对于缺水、缺燃料和交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带，可因地制宜地利用风力发电。

风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。

把风的动能转变成机械能，再把机械能转化为电能，这就是风力发电。

风力发电技术是一项多学科的，可持续发展的，绿色环保的综合技术。

风力发电所需要的装置，称作风力发电机组。

风力发电机组主要由两大部分组成：风力机部分将风能转换为机械能；发电机部分将机械能转换为电能。

一、小型风力发电机分类小型风力发电系统效率很高，但它不是只由一个发电机组成的，而是一个有一定科技含量的小系统：风力机十风力发电机十控制器十蓄能装置。

风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。

每一部分都很重要，各部分功能为：叶片用来接受风力并通过机头转为电能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能；机头的转子是永礅体，定子绕组切割磁力线产生电能。

小型风力发电按其设计的方式与结构可分为垂直轴风力发电机( VAWT)和水平轴风力发电机( HAWT)两种。

水平轴风力发电机的转动轴与风向平行，大部分水平轴式风力发电机其叶片会随风向变化而不断调整位置，因此较易受地形、地物的影响。

垂直轴风力发电机的转动轴与风向垂直。

此型的优点为设计较简单，因为不必随风向改变而调整方向，可分为打蛋形转子( Darrieus)和桶形转子( Savonius)等[打蛋形转子(Darrieus)是由法国及航天工程师Georges Jean MarieDarrieus于1931年发明。

桶形转子(Savonius)为荷兰工程师Sigurd J．Savonius 于1922年发明]。

垂直轴风力发电机与水平轴风力发电机比较见表2 -1。

二、水平轴风力机风轮轴线的安装位置与水平面夹角不大于15度的风力机称水平轴风力机，水平轴风力机的风轮围绕一个水平轴旋转，风轮轴与风向平行，风轮上的叶片是径向安置的，与旋转轴相垂直，并与风轮的旋转平面成一角度（称为安装角）。