【文章內容簡介】 機的轉子轉速一般在（ 1~） n1 之間。 應用雙饋式發(fā)電 機，轉子轉速一般在（ 1?30%） n1之間變化。 重要幾何尺寸 風輪直徑和掃掠面積 由風力發(fā)電機組輸出功率得葉片直徑： 103888 3 63213?????? ????? ????????rrrPr v PvC PD 其中： Pr— 風力發(fā)電機組額定輸出功率，取 3000kW； ?— 空氣密度（一般取標準大氣狀態(tài)），取 ； Vr— 額定風速，取 13m/s； D— 風輪直徑 ，當額定風速為 13m/s 時，風輪直徑為 97m； 1?— 傳動系統(tǒng)效率，取 ； 2— 發(fā)電 系統(tǒng) 效率，取 （發(fā)電機效率 ，變流器效率 ） ； Cp額定功率下風能利用系數(shù) ， 取 。 由直徑計算可得掃掠面積：22 73904 mDS ?? ? 由大型風力發(fā)電機組風輪掃掠面積與額定功率關系的經驗曲線圖可知：每平方米風輪掃掠面積產生的額定功率為 405W/m2，mPD r 97405 10344054 6 ????? ?? 風力發(fā)電機組設計與制造課程設計 第 7 頁 風輪掃掠面積與額定功率關系的經驗曲線圖 綜上可得風輪直徑 D=97m，掃掠面積 S=7390m2。 輪轂高度 輪轂高度是從地面到風輪掃掠面中心的高度，用 Zhub 表示，單位為 m。 Zhub=Zt+H， 其中： H— 塔架高度，單位為 m； Zt— 塔 頂平面到風 輪 掃掠面 中心的高度 ，單位為 m。 對于風輪直徑 25m 以上的機組，其輪轂中心高度與風輪直徑的比基本為 1： 1， 取 Zhub=97m。 葉片數(shù) 現(xiàn)代風力發(fā)電機的實度比較小，一般需要 13 個葉片。選擇風輪葉片數(shù)時考慮風電機組性能和載荷、風輪和傳動成本、風力機氣動噪聲及景觀影響等因素。 3 葉片較 2 葉片風輪有如下優(yōu)點： 1. 平衡簡單、動態(tài)載荷小?；鞠讼到y(tǒng)的周期載荷，輸出較穩(wěn)定轉矩； 2. 能提供較佳的效率； 3. 更加美觀； 4. 噪聲較??； 5. 輪轂較簡單等。 風力發(fā)電機組設計與制造課程設計 第 8 頁 綜上所述，葉片數(shù)選擇 B=3。 風輪轉速 風輪的輸出功率與其轉矩 和轉速有關。由風輪轉矩 M=9550PS/n 可知，當額定功率 PS(kW)已選定時，風輪轉速 n（ r/min）與轉矩（ N m）成反比。為降低轉矩 M，應提高風輪轉速。但轉速過高對風輪不利，所以應選擇一個合適的風輪轉速。通常將陸上風力發(fā)電機組的葉尖速限制在 65m/s 左右， 三葉片風力發(fā)電機組的風輪葉尖速比一般在 至 之間 。此處取。 min/ 602rR vnvnRrr??? ???????????? 所以，風輪額定轉速為 17r/min。 功率曲線、 Cp 曲線、 Ct 曲線 、 攻角 ɑ ????????????????)(0)()(outinoutrrrinkinkrkinkrwvvvvvvvPvvvvvvvPP或 其中 ： к為威布爾分布形狀參數(shù) 。 根據大量的觀測，中國地區(qū) k 值通常在 之間。 這里取 k=。 風能利用系數(shù) Cp 計算公式如下 ： 22123)1(48aaCDvPCPwP??? ???? 推力系數(shù) CT 計算公式如下 ： )1(4 aaCT ?? 風力發(fā)電機組設計與制造課程設計 第 9 頁 表格 1 風速 v（ m/s） 額定功率 Pr（ kw） 輸出功率 Pw （ kw） Cp a Ct 3 3000 4 3000 5 3000 6 3000 7 3000 8 3000 9 3000 10 3000 11 3000 12 3000 13 3000 14 3000 15 3000 16 3000 17 3000 18 3000 19 3000 20 3000 21 3000 22 3000 23 3000 24 3000 25 3000 風力發(fā)電機組設計與制造課程設計 第 10 頁 風力發(fā)電機組設計與制造課程設計 第 11 頁 表格 2 攻角 升力系數(shù) 阻力 系數(shù) 升阻比 攻角 升力系數(shù) 阻力系數(shù) 升阻比 180 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 14 16 1 20 1 25 30 40 45 50 風力發(fā)電機組設計與制造課程設計 第 12 頁 19 9 8 7 6 5 4 3 2 1 180 風力發(fā)電機組設計與制造課程設計 第 13 頁 結合圖表可以看出，攻角約等于 5度時， 升阻比最大為 ，此時升力系數(shù) Cl=，阻力系數(shù) Cd=，本設計中攻角取 9 度， 升力系數(shù) Cl=， 阻力系數(shù) Cd=，升阻比為 。 風力發(fā)電機組設計與制造課程設計 第 14 頁 功率控制方式 采用 主動變槳距控制。 制動系統(tǒng)形式 第一制動采用氣動剎車，第二制動采用高速軸機械剎車。 風力機等級 由 IEC 標準，如下表，選擇風力機等級為 IECIIA。 WTGS 等級 I II III S vref[m/s] 50 由設計者規(guī)定各參數(shù) A Iref（ — ） B Iref（ — ） C Iref（ — ） 第二章 風電機組氣動特性初步計算 葉片的設計理論 動量 理論 如圖 4 所示，由動量理論對風輪進行計算： 在風輪 r— r+dr 的環(huán)域內應用動量定理，則作用在環(huán)域上的 軸向推力為： )(2 2VVrdrVdF ?? ??? （ 21） 風力發(fā)電機組設計與制造課程設計 第 15 頁 軸向推力又可表示為：)(2 ?? ?? PPrdrVdF ? （ 22） 利用伯努利方程式，???????????PVVPPVVP222222112121???? 二式相減并帶入（ 22）可得：22 )( VVrdrdF ?? ??? （ 23） 聯(lián)立（ 21）、（ 23）可得：2/)( 2VVV ?? ? （ 24） 引入軸向誘導因子 ?? VVk /2 ，則/)1( ?? Vk （ 25） )1(22 krdrVdF ??? ?? （ 26）氣流流過風輪后，還產生與風輪轉動方向相反的角速度 ? ，因而作用在環(huán)域上的轉矩為：VrdrdM