风力发电机组设计
出版时间：2010年版
丛编项： 新能源应用技术丛书
内容简介
《风力发电机组设计》主要针对大型风电机组的设计需求，阐述相关的理论基础与设计方法。书中讨论了风电机组的设计依据和设计标准等问题，介绍了风电机组设计的相关理论，包括空气动力学、载荷分析、结构分析、疲劳强度设计等；在此基础上，论述了风电机组总体设计方法，并重点针对风轮叶片、传动系统和塔架基础等主要部件设计中的基础性问题进行了分析，给出比较系统且尽可能具体的设计方法；同时，介绍了风电机组动力学设计的基础知识。《风力发电机组设计》可供从事大型风电机组设计、运行、维护和管理等方面工作的专业技术人员阅读，也可作为高等院校相关专业的本科高年级学生和研究生的参考书。
目录
前言
第1章 风电机组设计概论1
1.1 风电机组的基本功能构成与分类1
1.1.1 风电机组的基本功能构成1
1.1.2 风电机组的分类2
1.2 水平轴风电机组的结构特征4
1.2.1 风轮5
1.2.2 机舱及其安装部件6
1.2.3 塔架与基础7
1.3 风电设备的技术现状与发展趋势7
1.3.1 技术现状7
1.3.2 发展趋势8
1.4 风电机组设计的基本内容与步骤10
1.4.1 确定设计目标10
1.4.2 总体设计10
1.4.3 风电机组零部件结构设计12
1.4.4 样机测试与设计验证13
1.5 风电机组与风电场设计软件简介13
1.5.1 风资源评估与风电场设计管理类软件13
1.5.2 风电机组性能的分析与仿真软件14
1.5.3 风电机组结构的分析与设计软件16
第2章 风电机组的设计基础18
2.1 风电机组相关设计标准18
2.1.1 国外重要的风电设计标准18
2.1.2 我国主要风电标准20
2.2 风电机组设计的外部条件22
2.2.1 风电机组分级22
2.2.2 正常风况22
2.2.3 极端外部条件24
2.3 空气动力学基础与数学模型28
2.3.1 风能的简单分析28
2.3.2 动量模型29
2.3.3 叶素理论31
2.3.4 动量叶素理论34
2.3.5 其他理论模型简介36
2.4 风电机组载荷分析基础37
2.4.1 载荷的类型37
2.4.2 设计工况与载荷状况39
2.4.3 载荷分析的基本要求41
2.5 极限状态分析42
2.5.1 设计要求42
2.5.2 极限强度分析的安全系数44
2.5.3 疲劳失效分析的安全系数44
2.5.4 稳定性与临界挠度分析的安全系数45
2.6 疲劳强度分析基础45
2.6.1 疲劳强度设计概述45
2.6.2 疲劳设计的基本方法46
2.6.3 设计风电机组疲劳强度时需考虑的问题50
第3章 风电机组总体设计52
3.1 风电机组总体参数设计52
3.1.1 风电机组设计风速与功率53
3.1.2 风轮特性参数及其分析58
3.2 风电机组的功能设计61
3.2.1 风轮功率的调节方式61
3.2.2 影响风电机组功率特性的其他因素63
3.2.3 风轮的力学特性64
3.3 风电机组发电机系统选型设计66
3.3.1 恒速恒频发电系统67
3.3.2 变速恒频发电系统67
3.4 风电机组总体布局设计71
3.4.1 主传动链布局71
3.4.2 变桨距系统布局73
3.4.3 机舱与偏航系统布局75
3.4.4 风电机组制动系统布局77
第4章 风轮叶片设计80
4.1 设计概述80
4.1.1 基本设计过程与内容80
4.1.2 设计要求82
4.1.3 叶片相关术语84
4.1.4 翼型介绍86
4.2 叶片气动外形设计90
4.2.1 简化设计方法90
4.2.2 葛劳渥方法91
4.2.3 维尔森方法92
4.2.4 气动外形的优化设计92
4.2.5 气动外形的逆向设计方法93
4.2.6 气动外形设计方法的综合应用算例94
4.3 叶片载荷分析97
4.3.1 计算坐标系97
4.3.2 几种类型的载荷98
4.3.3 叶片载荷分析算例103
4.4 叶片结构设计109
4.4.1 叶片材料选择109
4.4.2 叶片剖面结构110
4.4.3 铺层设计112
4.4.4 叶片总体结构115
4.4.5 叶根设计117
第5章 风电机组传动系统设计119
5.1 主传动链设计概述119
5.1.1 主传动链的方案设计119
5.1.2 主传动链的主要部件121
5.2 齿轮传动设计基础129
5.2.1 轮系的概念129
5.2.2 齿轮传动的设计步骤131
5.3 风电机组齿轮箱设计132
5.3.1 设计标准132
5.3.2 设计载荷133
5.3.3 结构设计136
5.3.4 传动效率与噪声137
5.3.5 润滑与冷却138
5.4 变桨距传动设计139
5.4.1 变桨距操作装置概述139
5.4.2 变桨距轴承139
5.4.3 变桨距驱动部件140
5.4.4 变桨距装置的一般设计原则141
5.5 偏航传动系统设计141
5.5.1 偏航操作装置概述141
5.5.2 偏航驱动部件143
5.5.3 偏航滚动轴承144
第6章 塔架与基础150
6.1 设计概述150
6.1.1 塔架的设计要素150
6.1.2 塔架的基本结构形式152
6.2 塔架载荷分析153
6.2.1 基本要求153
6.2.2 极端条件下风轮推力的其他计算方法154
6.2.3 载荷的简化155
6.3 塔架的结构设计155
6.3.1 基本设计内容与要求155
6.3.2 钢筒塔架的结构方案设计157
6.3.3 塔架的强度分析158
6.3.4 塔架的固有频率分析160
6.3.5 塔筒制造的技术要求161
6.4 塔架基础162
6.4.1 塔架基本的设计要求162
6.4.2 塔架基础的形式设计163
6.4.3 塔架基础的设计计算165
第7章 风电机组结构动力学分析168
7.1 风电机组动力学问题概述168
7.1.1 机械动力学研究的作用168
7.1.2 机械动力学的基本概念169
7.1.3 风电机组结构动力学分析基础175
7.2 机械振动分析基础178
7.2.1 单自由度系统振动178
7.2.2 多自由度系统自由振动180
7.2.3 分布参数系统自由振动184
7.3 叶片结构动力学分析185
7.3.1 叶片的振动特性分析185
7.3.2 叶片的气动弹性稳定性187
7.4 传动系统动力学分析189
7.4.1 齿轮传动系统的动态激励191
7.4.2 直齿圆柱齿轮的扭转振动模型192
7.4.3 直齿圆柱齿轮传动耦合振动模型194
7.4.4 行星齿轮传动轮系的纯扭转动力学模型195
7.5 塔架结构动特性分析197
7.5.1 采用集中质量模型的塔架振动分析198
7.5.2 塔架振动的有限元分析199
7.5.3 塔架振动的控制199
附录 201
附录A 齿轮传动设计的一些相关问题201
A.1 行星轮系传动比的设计与计算201
A.2 轮系构件的配齿设计条件204
A.3 齿轮传动参数计算207
A.4 行星传动轮系的载荷209
附录B 叶片结构设计例212
附录C 本书中使用的部分变量与符号解释217
参考文献220
