【正文】 尾跡載荷、沖擊載荷、覆冰載荷等。 下面只討論與塔架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算有關(guān)的兩種載荷，即由風(fēng) 輪作用的最大氣動(dòng)推力以及塔架本身所承受最大風(fēng)壓產(chǎn)生的載荷。 暴風(fēng)工況的風(fēng)輪氣動(dòng)推力計(jì)算 因?yàn)閟mvave /7?,所以取 vs = 60m/s. 前蘇聯(lián)的法捷耶夫公式 ? ? ? ?220. 08 0. 78 4a s b s b sF A V B k gf A V B N?? 其中： Ab— 葉片的投影面積 （當(dāng)尖速比為 ，風(fēng)輪實(shí)度取 ，此處 Ab=， A為 風(fēng)輪掃掠面積 ），單位為 m2； Vs— 風(fēng)輪中心處的暴風(fēng)風(fēng)速 ，單位為 m/s。 計(jì)算得出：kNFas ? 。 荷蘭 ECN 的公式 as t bF C qA B S?? 其 中 ： Ct— 推力系數(shù)，取 Ct =； q— 動(dòng)態(tài)風(fēng)壓 ，單位為： N/m2； ?— 動(dòng)態(tài)系數(shù)，取? = S— 安全系數(shù)，取 S = q 隨高度變化，風(fēng)輪中心高度 H=97m 處對(duì)應(yīng)的 q 約為 1420， 單位為： N/m2。 計(jì)算得出：kNFas ?。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)與制造課程設(shè)計(jì) 第 22 頁(yè) 德國(guó) DFVLR 公式 212as t b sF C A V B???? ???? 其 中 ： Ct— 推力系數(shù)，取 Ct = 。 計(jì)算得出：kNas ?。 丹麥 RIS 公式 1as sF P A?? 其 中 ： P1— 風(fēng)輪單位掃掠面積上的平均風(fēng)壓，通常取 P1 = 300N/m2； As風(fēng)輪的掃掠面 積 ，單位為 m2。 計(jì)算得出：kNFas ?。 歐美國(guó)家塔架靜態(tài)強(qiáng)度設(shè)計(jì)的一般載荷條件 1） 風(fēng)載條件：風(fēng)速 65m/s，（平均 2s）風(fēng)輪停轉(zhuǎn)，葉片順槳，風(fēng)向沿機(jī)艙橫向作用在塔架上。 2） 正常運(yùn)行工況條件的地震載荷：考慮額定風(fēng)速時(shí)產(chǎn)生的風(fēng)輪最大軸向力，同時(shí)根據(jù)均勻建筑物由地震產(chǎn)生的水平載荷因子，將其產(chǎn)生的慣性力附加在風(fēng)輪軸向推力。 3） 機(jī)組的最大運(yùn)行載荷：一般為額定風(fēng)速正常運(yùn)行載荷的 2 倍。 確定塔架設(shè)計(jì)載荷的要求 設(shè)計(jì)載荷需要正確的分析塔架承受的各種載荷及其作用，大致可分為三種類(lèi)型設(shè)計(jì)載荷 ： 1） 最大極限載荷：指塔架可能承受的最大載荷 。 2） 疲勞載荷：指塔架構(gòu)件能夠承受交變載荷次數(shù)的能力 。 3） 共振激勵(lì)載荷：塔架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的共振響應(yīng) 。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)與制造課程設(shè)計(jì) 第 23 頁(yè) 聯(lián)軸器載荷計(jì)算 聯(lián)軸器承受的載荷主要是轉(zhuǎn)矩 低速軸聯(lián)軸器載荷 mkNmkNnPT mmm ?????? 高速軸聯(lián)軸器載荷 mkNmkNnPT ttt ?????? 第四章 主要部件 技術(shù)參數(shù) 齒輪箱 基本參數(shù)： 傳動(dòng)形式： 兩 級(jí)行星輪系、 一級(jí) 平行輪系 增速比 ： 88 輸入轉(zhuǎn)速： 17rpm 輸出轉(zhuǎn)速： 1500rpm 設(shè)計(jì)功率： 潤(rùn)滑方式：油潤(rùn)滑 質(zhì)量： 齒輪箱結(jié)構(gòu)圖 ： 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)與制造課程設(shè)計(jì) 第 24 頁(yè) 發(fā)電機(jī) 基本參數(shù)： 變流器 由于采用的是雙饋式發(fā)電機(jī)組，所以只需要確定和轉(zhuǎn)子連接的變流器功率 。 對(duì)于雙饋機(jī)組，變流器功率通常為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的 1/2~1/3，為保證機(jī)組可靠性，通常為額定功率的 1/2,所以變流器功率為 1500kW。 聯(lián)軸器 高 速軸 聯(lián)軸器 功率為 ： MWMWPP rt ????? ? 低 速軸 聯(lián)軸器 功率為 ： MWMWPP rm ?????? ?? 發(fā)電機(jī)類(lèi)型：雙饋異步變速恒頻發(fā)電機(jī) 額定功率 ： 3000 kW 絕緣等級(jí) ： F 級(jí)（真空壓力浸漆） 額定電壓 ： 700 V 冷卻方式 ： IC41（機(jī)殼表面自然通風(fēng)冷卻） 頻率 ： 50 Hz 定子線圈允許溫升 ： 105K 額定轉(zhuǎn)速 ： 1500r/min 重量 ： 發(fā)電機(jī)類(lèi)型：雙饋異步變速恒頻發(fā)電機(jī) 額定功率 ： 3000 kW 絕緣等級(jí) ： F 級(jí)（真空壓力浸漆） 額定電壓 ： 700 V 冷卻方式 ： IC41（機(jī)殼表面自然通風(fēng)冷卻） 頻率 ： 50 Hz 定子線圈允許溫升 ： 105K 額定轉(zhuǎn)速 ： 1500r/min 重量 ： 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)與制造課程設(shè)計(jì) 第 25 頁(yè) 偏航執(zhí)行機(jī)構(gòu) 偏航形式選擇：采用 偏航 電機(jī)機(jī)械 偏航 ，并采用外齒偏航軸承形式 ； 偏航驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)：包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器、傳動(dòng)齒輪、齒輪間隙調(diào)整機(jī)構(gòu) ； 驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率：一般由 最大偏航扭矩確定 ，本設(shè)計(jì)采用四臺(tái) 3kW 偏航電機(jī) 驅(qū)動(dòng)裝置減速器結(jié)構(gòu)形式：采用行星減 速器 傳動(dòng)齒輪結(jié)構(gòu)形式：采用漸開(kāi)線圓柱齒輪 偏航技術(shù)要求：要求有解纜保護(hù)裝置；大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航轉(zhuǎn)速不可過(guò)高，對(duì)于此機(jī)組，設(shè)計(jì) 偏 航轉(zhuǎn)速為ω = 176。 /s，保證偏航液壓系統(tǒng)正常工作是不能漏油；安裝偏航計(jì)數(shù)器。 變槳距執(zhí)行機(jī)構(gòu) 變槳形式選擇：采用變槳電機(jī)機(jī)械變槳，并采用內(nèi)齒變槳軸承形式 變槳驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)：包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器、傳動(dòng)齒輪、齒輪間隙調(diào)整機(jī)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率選擇： P 偏航電機(jī) = 5kw 驅(qū)動(dòng)裝置減速器結(jié)構(gòu)形式：采用行星減速器 傳動(dòng)齒輪結(jié)構(gòu)形式：采用漸開(kāi)線圓 柱齒輪 變槳性能設(shè)計(jì)要求： 1) 保證變槳速度 1176。 /s，并裝上變槳圈數(shù)計(jì)數(shù)器裝置； 2) 確保變槳在斷電時(shí)的正常工作，采用可充電蓄電池； 3) 選擇液壓剎車(chē)鉗形式保證變槳?jiǎng)x車(chē)時(shí)的穩(wěn)定，制動(dòng)過(guò)程 15176。 /s 。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)與制造課程設(shè)計(jì) 第 26 頁(yè) 塔架根部截面應(yīng)力計(jì)算 塔架通常采用等強(qiáng)度變截面的設(shè)計(jì)，危險(xiǎn)截面一般位于塔架根部。塔筒根部的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析是塔架整體結(jié)構(gòu)尺寸的基本設(shè)計(jì)依據(jù)，以下只討論一種分析方法： 考慮塔架高度折減系數(shù)的強(qiáng)度計(jì)算。 塔架根部截面應(yīng)力可表示為： AGGWHFHhFtsas??)(1002)( 211 ?????? 其 中 ： Fas— 考慮 中計(jì)算最大值，即 Fas = Fts— 塔架受的風(fēng)壓力， kNAvF ts 95)64( 22 ???????? ? H— 塔架高度，即 H=95m， h1— 風(fēng)輪半徑的 1/20， h1 = W— 塔架根部抗彎截面模數(shù)，單位 cm3， 34343 )6(1(632))(1( mDdDW ????????? ）?? A— 塔架根部截面積，單位 cm2， 22222 ))(6(4 )( mdDA ????? ?? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 G1— 塔頂?shù)闹亓?，本機(jī)組塔頂重為 200 噸， G1 = 10*200*1000 =2021 kN 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)與制造課程設(shè)計(jì) 第 27 頁(yè) G2— 塔筒的重量，本機(jī)組塔頂重為 180 噸， G2 = 10*180*1000 =1800 kN 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 — 是變截面塔架的長(zhǎng)度折減系數(shù)，可根據(jù) 下圖 來(lái)確定 變截面塔架的長(zhǎng)度折減系數(shù) 2rH??? 式 中， ?— 與塔架截面變化有關(guān)的折算長(zhǎng)度修正系數(shù)，可根據(jù) maxminJJ之比取的參考設(shè)計(jì)值 maxminJJ ? minJ— 塔架頂部截面慣性矩，單位 cm4， 44444min )) (1(564 )1( mDJ ??????? ??? maxJ塔架底部截面慣性矩，單位 cm4， 44444min ))3 (1(564 )1( mDJ ??????? ??? 故 ??JJ錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，此處 ? = ； 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)與制造課程設(shè)計(jì) 第 28 頁(yè) r2— 塔架根部截面的慣性半徑，mAJr ???錯(cuò)誤 !未找到引用源。 由以上可計(jì)算得 ????錯(cuò)誤 !未找到引用源。 所以?取 根據(jù)以上參數(shù)，可以確定， ?? 風(fēng)力機(jī)總體布局圖： 參考文獻(xiàn)： [1] 姚興佳、田德 ． 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)與制造 ［Ｍ］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2021． 4 [2] 徐太平 ， 等 ． 風(fēng)力發(fā)電原理 ［Ｍ］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2021． 8 [3] 劉衛(wèi)國(guó) ． MATLAB 程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用 ［Ｍ］．北京：高等教育出版社， 2021． 7 [4] 華北電力大學(xué)力學(xué)研究組 ． 材料力學(xué) 華北電力大學(xué)校內(nèi)講義 [5] 賀德馨 ， 等 ． 風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué) 華北電力大學(xué)校內(nèi)試用教材 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)與制造課程設(shè)計(jì) 第 29 頁(yè)