课程设计(综合实验)报告
( 2012 – 2013 年度第二学期)
名 称： 题 目： 院 系： 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 设计周数：
成 绩：
日期：2013年 月 日
１
《风力发电机组设计与制造》课程设计任务书
一、 设计内容
风电机组总体技术设计
二、 目的与任务
主要目的：
1. 以大型水平轴风力机为研究对象，掌握系统的总体设计方法； 2. 熟悉相关的工程设计软件； 3. 掌握科研报告的撰写方法。 主要任务：
1. 确定风电机组的总体技术参数；
2. 关键零部件（齿轮箱、发电机和变流器）技术参数；
3. 计算关键零部件（叶片、风轮、主轴、连轴器和塔架等）载荷和技术参数； 4. 完成叶片设计任务； 5. 确定塔架的设计方案。 6. 撰写一份课程设计报告。
三、 主要内容
选择功率范围在1.5MW至6MW之间的风电机组进行设计。
1）原始参数：风力机的安装场地50米高度年平均风速为7.0m/s，60米高度年平均风速为7.3m/s，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1.225kg/m3。 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Cp曲线和Ct曲线，风力机基本参数包括叶片数、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、电气系统、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Cp曲线和Ct曲线，计算几种关键零部件的载荷（叶片载荷、风轮载荷、主轴载荷、连轴器载荷和塔架载荷等）；根据载荷和功率确定所选定机型主要部件的技术参数（齿轮箱、发电机、变流器、连轴器、偏航和变桨距电机等）和型式。
２
以上内容建议用计算机编程实现，确定整机和各部件（系统）的主要技术参数。
（3）塔架根部截面应力计算。计算暴风工况下风轮的气动推力，参考风电机组的整体设计参数，计算塔架根部截面的应力。最后提交有关的分析计算报告。
四、 进度计划
序号 设计(实验)内容 风电机组整体参数设计 风电机组气动特性初步计算 机组及部件载荷计算 齿轮箱、发电机、变流器技术参数 塔架根部截面应力计算 报告撰写 课程设计答辩 完成时间 2.5天 2天 2天 1.5天 1天 1.5天 1.5天 备注 1 2 3 4 4 5 6
五、 设计（实验）成果要求
1． 提供设计的风电机组的性能计算结果； 2． 绘制整机总体布局工程图。
六、 考核方式
提交一份课程设计报告；准备课程设计PPT，答辩。
风电机组总体技术设计
３
一、 确定风电机组的总体技术参数
1、 叶片数 B=3
风轮的叶片数取决于风轮尖速比，一般来说，要得到很大的输出扭矩就需要较大的叶片实度；现代风力发电机组实度较少，一般只需要1~3个叶片。叶片数多的风力机在低尖速比运行时有较高的风能利用系数，既有较大的转矩，而且启动风速低，适用于提水。而叶片数少的风力机则在高尖速比运行时有较高的风能利用系数，但启动风速高，因此适用于风力发电。
3叶片风轮有以下优点：平衡简单，动载荷小；3叶片使风力发电机组系统运行平稳，基本消除了系统的周期载荷，输出较稳定的转矩；3叶片风轮通常能提供较佳的效率；3叶片风轮从审美的角度来说更令人满意；3叶片风轮的受力平衡好，轮毂可以简单些；噪声相对较小。
综上所述，叶片数B选取3。
2、 机组额定功率及种类
选取3MW级别的双馈变速恒频式风力发电机组
3、 切入风速
取 切入风速 Vin=3 m/s。
4、 切出风速
取 切出风速 Vout=25m/s。
5、 额定风速
取 额定风速 Vr=13m/s。
6、 各部分效率
传动系统效率η1取0.95 发电机效率η2取0.96 变流器效率η3 取 0.96
7、 风能利用系数Cp
额定功率下风能利用系数Cp取0.38 8、 风轮直径
由风力发电机组输出功率得叶片直径：
D=8Pr==92m
?Vr3?Cp?1?2?3 其中：
Pr--风力发电机组额定输出功率，取3000kW； --空气密度（一般取标准大气状态），取1.225kg/m3； Vr--额定风速，取13m/s； D--风轮直径；
η1--传动系统效率，取0.95； η2--发电机效率，取0.96； η3 --变流器效率，取0.96；
Cp--额定功率下风能利用系数,取0.38。
9、 功率Pw曲线，风能利用系数CP和推力系数CT曲线的确定
风电机组的设计需要给出功率输出特性曲线。如果确定了风电机组的切入风速，额定风速和切出风速，可以利用下面的方程计算输出功率，查阅相关资料，得到其风能利用系数随着风速的变化值，
４
得到下表。（其中所用公式为：Cp=4a(1-a)2 Ct=4a(1-a)
D=8Pr
?Vr3?Cp?1?2?3)
利用上述的公式，由excel的函数运算，计算得到随着风速的变化，Cp 、和 Ct的值得变化
风速功率Pw[kW] 风能利用系数轴向诱导因推力系数CT 叶尖速比 v[m/s] 3 0.00000 4 131.25000 5 300.00000 6 506.25000 7 750.00000 8 1031.25000 9 1350.00000 10 1706.25000 11 2100.00000 12 2531.25000 13 3000.00000 14 3000.00000 15 3000.00000 16 3000.00000 17 3000.00000 18 3000.00000 19 3000.00000 20 3000.00000 21 3000.00000 22 3000.00000 23 3000.00000 24 3000.00000 25
3000.00000
Cp
0.00000 0.47693 0.55815 0.54506 0.50852 0.46842 0.43067 0.39681 0.36693 0.34067 0.31756 0.25426 0.20672 0.17033 0.14201 0.11963 0.10172 0.08721 0.07534 0.06552 0.05734 0.05047 0.04465 子a
0.00000 0.17494 0.24334 0.22912 0.19727 0.16971 0.14844 0.13151 0.11751 0.10652 0.09733 0.07413 0.05827 0.04661 0.03826 0.03185 0.02682 0.02282 0.01959 0.01671 0.01463 0.01287 0.01139
５
0.00000 0.57733 0.73651 0.70651 0.63341 0.56363 0.50563 0.45685 0.41480 0.38068 0.35142 0.27453 0.21949 0.17773 0.14720 0.12333 0.10441 0.08919 0.07682 0.06573 0.05765 0.05083 0.04504
22.47984076 16.85988057 13.48790446 11.23992038 9.634217469 8.429940286 7.493280254 6.743952228 6.130865662 5.61996019 5.18765556 4.817108735 4.495968152 4.214970143 3.967030723 3.746640127 3.549448541 3.371976114 3.211405823 3.065432831 2.932153143 2.809980095 2.697580891
《风力发电机组设计与制造》课程设计任务书
