叶素位置/%
5
10 15 20 25 30 35 40 45 50
叶尖速比
0.35 0.7 1.05 1.4 1.75 2.1 2.45 2.8 3.15 3.5
叶素位置/% 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
叶尖速比
3.85 4.2 4.55 4Байду номын сангаас9 5.25 5.6 5.95 6.3 6.65 7
总体参数设计
总体参数 叶片数
额定输出功率 设计寿命 切入风速 切出风速 额定风速
风轮额定转速 风力机等级
设计值 B=3
P=5MW 20年
Vin=3m/s Vout=25m/s Vr=13m/s nr=15r/min
IECIIIA
总体参数 风轮直径 轮毂高度 风能利用系数 叶尖速比 功率控制方式 制动形式 传动系统 电气系统
主要部件的载荷计算
1、叶片载荷计算 (1)、作用在叶片上的离心力Fc
Fc=������������������2 ‫׬‬���������0��� ������������ ������dr 其中旋转角速度ω由下式算得：
2πn 2π × 15 ω = 60 = 60 = 1.57rad/s r0—叶片起始处旋转半径，约为R的1/20,即为2.85m ρy—叶片的密度，为1.8kg/m3 Ar—叶素处的叶片截面积 用matlab计算得：
此处F即Ar 用matlab计算得：
R
I = ρy න Fr2 dr
r0
I= 26199kg·m
当β= 90°时，科氏加速度最大，为
半径r(m/s) 叶尖速比
2.850 0.350 5.700 0.700 8.550 1.050 11.400 1.400 14.250 1.750 17.100 2.100 19.950 2.450 22.800 2.800 25.650 3.150 28.500 3.500 31.350 3.850 34.200 4.200 37.050 4.550 39.900 4.900 42.750 5.250 45.600 5.600 48.450 5.950 51.300 6.300 54.150 6.650 57.000 7.000
设计值 D=114m Zhub=70m Cp=0.44 λ=7 主动变桨距控制 气动刹车、机械刹车 高传动比齿轮箱传动 双馈发电机+变流器
叶片气动优化设计
。
叶片气动优化设计
1、计算各剖面的叶尖速比 将叶片分为10个叶素，每个叶素间隔0.05R，其中5%半 径处叶片是筒状，10%-60%半径处采用钝后缘叶片， 65%-100%半径处 采用通用风电机组叶片翼型。叶片内 圈各采叶用素钝的后叶缘尖翼速型比，外 圈 采0 R用r 63418翼型。 根据下式求
Zhub=Zt+Zj=70+2.25.=72.25m 式中Zj—塔架高度；
Zt—塔顶平面到风轮扫掠中 心高度。
总体参数设计
6、叶片数 B=3 现代风力发电机的实度比较小，一般需要1-3个叶片。选 择风轮叶片数时考虑风电机组性能和载荷、风轮和传动 成本、风力机气动噪声及景观影响等因素。 3叶片较1、2叶片风轮有如下优点： ➢ 平衡简单、动态载荷小。基本消除了系统的周期载荷，
4、联轴器
低速轴联轴器功率：
Pm=η3
Pr η2 3
η12=0.95×05.9050×03
2=5852kW
0.92
高速轴联轴器功率：
5、偏航系统
Pr=ηP3ηr 2=0.9550×000.95=5540kW
类型：主动偏航
偏航轴承：4点接触球轴承
偏航驱动：6个3kW偏航电机
偏航制动：液压控制摩擦制动
主要部件的载荷计算
Fc=66760N
主要部件的载荷计算
(2)、叶轮转动时的风压力：
������������
=
1 2
������������2
������
න (1
������0
+
ct������2 I)(������������ cosI
+
������������ sinI)Cdr
用matlab计算得：
Fv= 2842551N
C(修正后)
0.648 5.842 0.466 7.232 0.333 6.903 0.239 6.158 0.172 5.416 0.122 4.776 0.084 4.244 0.054 3.805 0.030 3.440 0.011 3.135 -0.005 2.877 -0.019 2.656 -0.030 2.466 -0.040 2.300 -0.049 2.154 -0.057 2.026 -0.064 1.911 -0.070 1.809 -0.075 1.717 -0.080 1.634
y
1.159 1.251 1.317 1.364 1.398 1.423 1.442 1.456 1.468 1.478 1.486 1.493 1.499 1.504 1.508 1.512 1.515 1.518 1.521 1.523
k
0.424 0.384 0.364 0.353 0.347 0.343 0.341 0.339 0.338 0.337 0.337 0.336 0.336 0.335 0.335 0.335 0.335 0.335 0.334 0.334
总体参数设计
总体参数设计
1、额定功率 根据《设计任务书》选定额定功率为5MW。 2、设计寿命 一般风力机组设计寿命至少为20年，这里选20年设计寿 命。
3、切出风速、切入风速、额定风速 ➢ 切入风速 取 Vin=3m/s ➢ 切出风速 取 Vout=25m/s ➢ 对于一般变桨距风力发电机组（选5MW）的额定风速
主要部件功率
主要部件功率
1、发电机 发电机类型：双馈异步变速恒频发电机
额定功率：5MW
额定转速：1500r/min
发电机极对数为2，发电机主轴转矩T发电机主轴为：
T
发电机主轴=9550×
������������ ������������ ������
=9550×
150500×000.95=33.51×
模型中Pstat(t)的始终为零, 即视风速为不随时间变化的稳定值, 在切入风速 到切出风速的范围内按照设定的风速步长, 得到对应风速下的最佳叶尖速比
和功率系数,带入式：
P
=
1 8
������������
������1������2������3������������������2
������3
总体参数设计
发电机组的功率随风速的变化用如下的模型来表示：
P(t)=Pstat(t)+������Δ(t) 式中P(t)--在真实湍流风作用下每一时刻产生的功率, 它由t时刻的V(t)决定；
Pstat(t)--在给定时间段内V(t)的平均值所对应的功率； ������Δ (t)--表示t 时刻由于风湍流引起的功率波动。 对功率曲线的绘制, 主要在于对风速模型的处理。若假定上式表示的风
叶片气动优化设计
⑸、求叶素桨距角
⑹、计算叶片弦长 C
8r(h 1)cos C
BCl (h 1)
叶片根部处理方式：距叶根0 ~ 5m处制作成直径为2m的圆柱结构处理； 且根部采用钻孔组装式结构。
叶片气动优化设计
位置%
0.050 0.100 0.150 0.200 0.250 0.300 0.350 0.400 0.450 0.500 0.550 0.600 0.650 0.700 0.750 0.800 0.850 0.900 0.950 1.000
D= 8Pr
Vr3 Cp123
1.225
×
133
×
8 × 5000000 ������ × 0.42 × 0.92
×
0.95
×
0.95
=114m
由直径计算可得扫掠面积：
S=������������2=������×1142=10207������2
4
4
总体参数设计
（2）、轮毂高度 轮毂高度是从地面到风轮扫掠面 中心的高度，用Zhub表示
总体参数设计
总体参数设计
从图中可以得出翼
型取得最佳升阻比 时攻角5°，此时升 力系数Cl=0.904， Cd=0.007 本设计取攻角������ = ������������°为，此时升力 系数和阻力系数分 别为Cl=1.307， Cd=0.018。
总体参数设计
三叶片风力发电机组的 风轮叶尖速比λ一般在6 至8之间，本设计取7。 不同攻角下的风能利用 系数随叶尖速比的变化 曲线即CP- λ 曲线如图1， 由Cp-λ曲线可得出 Cp=0.44。
总体参数设计
9、风轮额定转速 风轮额定转速可由下式计算得到：
nr=60������������������������������=60������××1131×47=15r/min 10、功率控制方式 主动变桨距控制。 11、制动系统形式 第一制动采用气动刹车，第二制动采用高速轴机械刹车。 12、风力机等级 由IEC标准，选择风力机等级为IECIIIA。
h
2.775 1.655 1.337 1.203 1.135 1.095 1.071 1.055 1.044 1.036 1.029 1.025 1.021 1.018 1.016 1.014 1.012 1.011 1.010 1.009
j
0.823 0.640 0.507 0.413 0.346 0.296 0.258 0.229 0.205 0.186 0.169 0.156 0.144 0.134 0.125 0.118 0.111 0.105 0.100 0.095