10、 风轮转速
风力发电机组产生的气动噪声正比于叶尖速度的5次方。通常将路基风力发电机组的叶尖速度限制在65m/s左右。这里取叶尖速V=65m/s。
由 v=3.14nD/60 得到
n=60v/3.14D ，将
V=65m/s
带入得，13.5 r/min。
11、 叶尖速比λ
由公式 ，带入额定转速n=13.5r/min可以得到
参考CP-λ曲线，当Cp=0.38时对应的λ的值约为5，因此所选数值合理。
12、 功率控制方式
功率控制方式选取当今应用较为广泛的变浆距控制。这种机组当风速过高时，通过减小叶片翼型
上合成气流与翼型几何弦的夹角（攻角），改变风力发电机组获得的空气动力转矩，能使功率输出保持稳定。同时，风机在起动过程也需要通过变浆距来获得足够的起动转矩。采用变浆距技术的风力发电机组还可以使叶片和整机的受力状况大为改善，这对于大型风力发电机组十分的有利。
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13、传动系统
传动系统选定由以下四部分组成：主轴系统、增速传动系统（齿轮箱）、轴系的支撑与连接（如轴承和联轴器）、制动装置。
14、制动系统
制动系统的形式以空气动力制动和机械制动为主。
15、电气系统
风电机组的电气系统包括以下四个主要部分：变浆距驱动，偏航驱动，发电机部分，控制和监控部分
16、塔架高度
由于风速与距地面高度有关，增加塔架高度可使风轮获取更多的风能，但制造更高的塔架也需要
更多的材料，使其造价相应增加。大型机组的塔架高度H可以按下式初步确定：
式中D为风轮直径，单位为m。
塔架的高度参数的选择与地形和地貌有关，如陆地与海上风电机组会有所不同。陆地的地表性对粗糙且风速随高度变化缓慢，可能需要较高的塔架；而海平面较光滑，风速沿着高度方向变化梯度大。一般而论，即使相同容量的机组，在近海安装的机组塔架高度相对较低。考虑地貌因素的塔架最低设计高度一般可用下式估算：
H= h + C + R
式中：h——机组附近的障碍物高度，单位m；
C——障碍物最高点到风轮扫掠面最低点的距离（最小取1.5-2.0m），单位m。 综上考虑，塔架高度H取90m
17、设计寿命
按照惯例，设计寿命取20 年。
18、设计标准
设计标准为IEC 61400-1
19、风力机等级
70m年平均风速为7.6m/s 。去IECⅢA，参考下表：
风电机组等级 参考风速Vr=5 Va(m/s) 年平均风速Va (m/s) A ε15 a ε15 b 第Ⅰ级 50 10 0.18 2 0.16 3 第Ⅱ级 42.5 8.5 0.18 2 0.16 3 第Ⅲ级 37.5 7.5 0.18 2 0.16 3 第Ⅳ级 30 6 0.18 2 0.16 3 湍流强度等级 B
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阶段性总结
叶片数 切入风速 切出风速 额定风速 额定功率 风能利用系数 风轮转速 风轮直径
3 3m/s 25m/s 13m/s 3MW 0.32 13.5r/min 92m 叶尖速比 功率控制 制动系统形式 塔架高度 设计寿命 设计标准 风力机等级 5 变浆距控制 空气动力制动和机械制动 90m 20年 IEC 61400 IECⅢA 二、 关键部件气动载荷的计算
包括设定几种风轮的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。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。最后提交有关的分析报告。
根据所提供的63418翼型的升力系数、阻力系数数据，得到攻角与升力系数、阻力系数的关系曲线。
由图可以观察出，攻角约等于13°时升力系数最大，大约为1.400左右。攻角约等于9°时，升力系数约为最大升力系数的0.9倍，为1.244，此时的阻力系数为0.015。当攻角为5°时升阻比最大，此时升力系数为0.904。
在叶片处选择10段截面，分别在10%R，20%R，30%R……90%R，100%R。由以下公式：
16?N?9R/r?0r24?0()?R92８
a、给出r，攻角i已知，CL=0.904已知； b、由式??1?arctg??求得?角； 33c、由式k?(?2?1)cos?得到k； d、由式h?1?1?k2?2得到h；
e、由式I?arcctg(?1?h)得到I； 1?kf、??I?i，C?[8?r(h?1)cosI]/[BCL(h?1)]； g、将a--g编程进行运算得到数据--表2。（程序见附录）
通过excel计算得到以上各个参数的数值：
位置 半径r 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
λ Ψ 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% k h 1.20175 0.40331 1.30900 0.36603 1.37480 0.35109 1.41625 0.34421 1.44396 0.34060 1.46355 0.33851 1.47803 0.33719 1.48914 0.33632 1.49791 0.33571 1.50500 0.33527 φ 2.08551 1.36603 1.17884 1.10471 1.06838 1.04804 1.03554 1.02734 1.02167 1.01760 β 0.73810 0.52360 0.39200 0.30910 0.25367 0.21450 0.18553 0.16332 0.14578 0.13160 C 0.58110 12.05904 0.36660 12.41574 0.23500 10.54433 0.15210 8.78381 0.09667 7.41432 0.05750 6.37135 0.02853 5.56653 0.00632 4.93274 -0.01122 4.42339 -0.02540 4.00641
1、 主要部件功率计算
1) 发电机
发电机类型：双馈异步变速恒频式发电机
额定功率：P发电机=Pr/η3*1.1=3000/0.97*1.1=3402kW（预留10%的裕度） 极对数：2
由公式 60 f = n p 可以得到 发电机的额定转速为1650m/min（预留10%的裕度） 2) 齿轮箱
齿轮箱类型：增速，2级行星齿轮+1级平行齿轮 齿轮箱效率 0.95 传动比：120
低速轴转速：13.5 r/min； 高速轴转速：1650 r/min 齿轮箱功率：PGB=3581kw
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3) 联轴器
低速轴联轴器动率：3400kW 高速轴联轴器动率：3500kW
4) 变流器
变流器的功率通常为风电机组的额定功率的1/2~1/3，考虑到风电机组的可靠性，通常为风电机组额定功率的1/2，即变流器的功率为1500kW。 5) 偏航电机
偏航电机的功率由最大偏航扭矩确定。在此先初步选定4台4kW的偏航电机。
2、 主要部件的载荷计算
1) 叶片的载荷计算
叶片绕风轮轴旋转时，有离心力作用在叶片上。离心力的方向是自旋转中心沿半径向外。作用在叶片上的离心力Fc可按照下式求解：
ρy——叶片的密度，单位是kg/m3，取1.8kg/m3 Ar——叶素处的叶片截面面积，单位是m2 Ω——风轮的角速度，单位是rad/s r0——叶片起始处的旋转半径 R——叶片结束处的旋转半径 其中：Ω=rad/s
由matlab计算的：Fc= 1026500000N。 2) 作用在叶片上的风压力
风压力是作用在叶片上沿风速方向的气动力。 风轮转动时的风压力：
设FV的作用点几粒风轮轴的距离为rm，则：
由matlab计算得：Fv= 755580N，rm= 36.9690m。 3) 作用在叶片上的气动力矩Mb
Mb是使风轮转动的力矩，由matlab计算得:Mb= 144250N·m。 4) 作用在叶片上的陀螺力矩
Mk是风轮对风调向时产生的惯性力矩。当风向改变时，风轮除以角速度Ω绕OX轴转动外，还要以角速度ω绕OZ轴转动。 整个叶片的转动惯量为：
由matlab计算得，J= 607400000kg·m2
对风调向时，叶片可看成以角速度ω绕OZ轴转动的牵连运动、以Ω绕OX轴转动的相对运动的
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《风力发电机组设计与制造》课程设计任务书
