基本介紹
- 書名：風力發電機組設計
- 作者：芮曉明
- ISBN：9787111295938
- 定價：35.00元
- 出版社：機械工業出版社
- 出版時間：2010-3-1
- 開本：16開
內容簡介,作品目錄,摘要,
內容簡介
書中討論了風電機組的設計依據和設計標準等問題，介紹了風電機組設計的相關理論，包括空氣動力學、載荷分析、結構分析、疲勞強度設計等；在此基礎上，論述了風電機組總體設計方法，並重點針對風輪葉片、傳動系統和塔架基礎等主要部件設計中的基礎性問題進行了分析，給出比較系統且儘可能具體的設計方法；同時，介紹了風電機組動力學設計的基礎知識。
本書可供從事大型風電機組設計、運行、維護和管理等方面工作的專業技術人員閱讀，也可作為高等院校相關專業的本科高年級學生和研究生的參考書。
作品目錄
前言
第1章風電機組設計概論1
1?1風電機組的基本功能構成
與分類1
1?1?1風電機組的基本功能構成1
1?1?2風電機組的分類2
1?2水平軸風電機組的結構特徵4
1?2?1風輪5
1?2?2機艙及其安裝部件6
1?2?3塔架與基礎7
1?3風電設備的技術現狀與
發展趨勢7
1?3?1技術現狀7
1?3?2發展趨勢8
1?4風電機組設計的基本內容
與步驟10
1?4?1確定設計目標10
1?4?2總體設計10
1?4?3風電機組零部件結構設計12
1?4?4樣機測試與設計驗證13
1?5風電機組與風電場設計軟
件簡介13
1?5?1風資源評估與風電場設計管
理類軟體13
1?5?2風電機組性能的分析與仿真
軟體14
1?5?3風電機組結構的分析與設計
軟體16
第2章風電機組的設計基礎18
2?1風電機組相關設計標準18
2?1?1國外重要的風電設計標準18
2?1?2我國主要風電標準20
2?2風電機組設計的外部條件22
2?2?1風電機組分級22
2?2?2正常風況22
2?2?3極端外部條件24
2?3空氣動力學基礎與數學模型28
2?3?1風能的簡單分析28
2?3?2動量模型29
2?3?3葉素理論31
2?3?4動量?葉素理論34
2?3?5其他理論模型簡介36
2?4風電機組載荷分析基礎37
2?4?1載荷的類型37
2?4?2設計工況與載荷狀況39
2?4?3載荷分析的基本要求41
2?5極限狀態分析42
2?5?1設計要求42
2?5?2極限強度分析的安全係數44
2?5?3疲勞失效分析的安全係數44
2?5?4穩定性與臨界撓度分析的
安全係數45
2?6疲勞強度分析基礎45
2?6?1疲勞強度設計概述45
2?6?2疲勞設計的基本方法46
2?6?3設計風電機組疲勞強度時需
考慮的問題50
第3章風電機組總體設計52
3?1風電機組總體參數設計52
3?1?1風電機組設計風速與功率53
3?1?2風輪特性參數及其分析58
3?2風電機組的功能設計61
3?2?1風輪功率的調節方式61
3?2?2影響風電機組功率特性的
其他因素63
3?2?3風輪的力學特性64
3?3風電機組發電機系統選型設計66
3?3?1恆速恆頻發電系統67
3?3?2變速恆頻發電系統67
3?4風電機組總體布局設計71
3?4?1主傳動鏈布局71
3?4?2變槳距系統布局73
3?4?3機艙與偏航系統布局75
3?4?4風電機組制動系統布局77
第4章風輪葉片設計80
4?1設計概述80
4?1?1基本設計過程與內容80
4?1?2設計要求82
4?1?3葉片相關術語84
4?1?4翼型介紹86
4?2葉片氣動外形設計90
4?2?1簡化設計方法90
4?2?2葛勞渥方法91
4?2?3維爾森方法92
目錄風力發電機組設計4?2?4氣動外形的最佳化設計92
4?2?5氣動外形的逆向設計方法93
4?2?6氣動外形設計方法的綜合
套用算例94
4?3葉片載荷分析97
4?3?1計算坐標系97
4?3?2幾種類型的載荷98
4?3?3葉片載荷分析算例103
4?4葉片結構設計109
4?4?1葉片材料選擇109
4?4?2葉片剖面結構110
4?4?3鋪層設計112
4?4?4葉片總體結構115
4?4?5葉根設計117
第5章風電機組傳動系統設計119
5?1主傳動鏈設計概述119
5?1?1主傳動鏈的方案設計119
5?1?2主傳動鏈的主要部件121
5?2齒輪傳動設計基礎129
5?2?1輪系的概念129
5?2?2齒輪傳動的設計步驟131
5?3風電機組齒輪箱設計132
5?3?1設計標準132
5?3?2設計載荷133
5?3?3結構設計136
5?3?4傳動效率與噪聲137
5?3?5潤滑與冷卻138
5?4變槳距傳動設計139
5?4?1變槳距操作裝置概述139
5?4?2變槳距軸承139
5?4?3變槳距驅動部件140
5?4?4變槳距裝置的一般設計原則141
5?5偏航傳動系統設計141
5?5?1偏航操作裝置概述141
5?5?2偏航驅動部件143
5?5?3偏航滾動軸承144
第6章塔架與基礎150
6?1設計概述150
6?1?1塔架的設計要素150
6?1?2塔架的基本結構形式152
6?2塔架載荷分析153
6?2?1基本要求153
6?2?2極端條件下風輪推力的其他
計算方法154
6?2?3載荷的簡化155
6?3塔架的結構設計155
6?3?1基本設計內容與要求155
6?3?2鋼筒塔架的結構方案設計157
6?3?3塔架的強度分析158
6?3?4塔架的固有頻率分析160
6?3?5塔筒製造的技術要求161
6?4塔架基礎162
6?4?1塔架基本的設計要求162
6?4?2塔架基礎的形式設計163
6?4?3塔架基礎的設計計算165
第7章風電機組結構動力學分析168
7?1風電機組動力學問題概述168
7?1?1機械動力學研究的作用168
7?1?2機械動力學的基本概念169
7?1?3風電機組結構動力學分析基礎175
7?2機械振動分析基礎178
7?2?1單自由度系統振動178
7?2?2多自由度系統自由振動180
7?2?3分布參數系統自由振動184
7?3葉片結構動力學分析185
7?3?1葉片的振動特性分析185
7?3?2葉片的氣動彈性穩定性187
7?4傳動系統動力學分析189
7?4?1齒輪傳動系統的動態激勵191
7?4?2直齒圓柱齒輪的扭轉振動
模型192
7?4?3直齒圓柱齒輪傳動耦合振動
模型194
7?4?4行星齒輪傳動輪系的純扭轉
動力學模型195
7?5塔架結構動特性分析197
7?5?1採用集中質量模型的塔架
振動分析198
7?5?2塔架振動的有限元分析199
7?5?3塔架振動的控制199
附錄201
附錄A齒輪傳動設計的一些相關
問題201
A?1行星輪系傳動比的設計與計算201
A?2輪系構件的配齒設計條件204
A?3齒輪傳動參數計算207
A?4行星傳動輪系的載荷209
附錄B葉片結構設計例212
附錄C本書中使用的部分變數與
符號解釋217
參考文獻220
摘要
1.4 風電機組設計的基本內容與步驟
風電機組設計所涉及的學科領域和專業知識較多，而系統的工程設計技術積累和豐富的設計實踐經驗是保證大型風電機組設計質量的必備條件。本節對相關設計方法與步驟做簡單歸納，以便稍後內容的討論。
1.4.1確定設計目標
與所有大型裝備的設計相似，首先需要明確所設計風電機組的設計目標。比如，併網大功率機組與偏僻地區的小型單機設計需求明顯不同。因此，針對設計需求，應考慮合理的機組功能構成、電機類型、控制方式、運輸和安裝方式等影響機組性能指標的主要因素。例如，陸上風電場所需的大型機組通常額定功率範圍為500-2MW，便於運輸、安裝、運行和維修。近海風力發電機組的運行環境（如風況、波浪和鹽霧等）、安裝條件等與陸上有很大差別，基礎和運輸方式需要重點考慮。此外，檢修、維護不便，對可靠性有更高的要求。
1.4.2總體設計
風電機組是比較複雜的機電裝備，且要求較好的性價比。總體設計是平衡這些關係的重要設計過程，在某種意義上來說，總體設計可以決定整個設計過程的成敗。由於風電機組由多個功能子系統組成，機組總體設計與各部件或子系統的功能設計密切相關，以針對風輪部件的總體設計為例，就包括了葉片參數、氣動性能、結構強度、製造工藝與成本等多方面的設計內容，而這些設計目標很難同時達到，需要權衡各方的比重，選擇最佳化的方案。
有鑒於低成本與高可靠性是現代風電機組發展的主要動力和研究熱點，如何根據設計目標並結合工程經驗，在這些複雜因素之間取得平衡關係，滿足儘可能高的設備性價比要求，是風電機組總體設計的關鍵所在。
以下簡要介紹風電機組總體設計的主要任務與大致步驟，具體的設計問題將在本書第3章討論。
（1）機組總體設計方案
1）總體氣動布局方案設計
隨著風電機組單機功率的增大，系統氣動布局設計逐漸成為風電機組設計重要方面。此階段的任務主要包括對風場的風況分析，有針對性地對各類可行的功能構成形式和氣動布局方案進行比較和選擇，並結合機組性能和氣動特性的分析和仿真技術，初步確定整機的和各主要部件（子系統）的基本形式，並提交有關的分析計算報告。
2）機組總體參數設計
風電機組氣動設計前須首先確定總體參數，如風輪運行參數、葉片參數、設計風速、尖速比、翼型分布及其氣動性能等，總體參數設計的基本要求是發電成本最低、機組載荷最小，發電量多且滿足電源品質要求。
3）機組的總體結構布局設計
