风力发电机组的创新设计PDF电子书下载

引言 1

0.1 为什么要创新 1

0.2 风能所面临的挑战 2

0.3 现代风机的规范 2

0.4 风能的变化 4

0.5 商业风力发电技术 4

0.6 风能技术评价的基础 6

0.6.1 作为基线的标准设计 6

0.6.2 技术优势的基础 6

0.6.3 所宣称的功率性能的安全性 6

0.6.4 所提出的创新的影响 6

参考文献 7

第1篇 设计背景 9

第1章 旋翼气动理论 9

1.1 简介 9

1.2 气动升力 10

1.3 激励盘 12

1.4 开流激励盘 13

1.4.1 轴向感应 13

1.4.2 动量 14

1.5 广义激励盘理论 15

1.6 扩散器的受力 21

1.7 广义激励盘理论和实际扩散器设计 22

1.8 为什么只有一个叶轮？ 22

1.9 叶轮的基本运行 23

1.10 叶素动量理论 25

1.10.1 动量方程 25

1.10.2 叶素方程 26

1.11 最佳叶轮理论 28

1.11.1 功率系数Cp 31

1.11.2 正压力系数 34

1.11.3 面外弯矩系数 34

1.12 广义叶素动量理论 36

1.13 激励盘和叶素动量理论的局限性 39

1.13.1 激励盘的局限性 39

1.13.2 尾翼旋转和尖端效应 39

1.13.3 最佳叶轮理论 40

1.13.4 偏流 40

1.13.5 小结 41

参考文献 41

第2章 旋翼气动设计 44

2.1 最佳叶轮和硬度 44

2.2 叶轮硬度和理想的变速运行 45

2.3 硬度和负荷 47

2.4 翼型设计开发 47

2.5 气动性能对平面形状的敏感性 52

2.6 翼型设计规范 53

参考文献 54

第3章 叶轮结构的相互作用 56

3.1 叶片大体设计 56

3.2 叶片结构基础 57

3.3 简化的盖梁分析 59

3.3.1 规定挠度的最小质量设计 59

3.3.2 疲劳强度设计：无挠度限制 60

3.4 翼型剖面的有效t/c比 61

3.5 叶片设计研究：参数化分析实例 63

3.6 工业叶片技术 68

3.6.1 设计 68

3.6.2 制造 68

3.6.3 设计开发 69

参考文献 71

第4章 风力发电机组的尺度升级 72

4.1 简介：尺寸和尺寸限制 72

4.2 二次方—三次方定律 75

4.3 缩放基础 75

4.4 风力发电机组的相似律 77

4.4.1 叶尖速度 77

4.4.2 气动力矩的缩放 77

4.4.3 弯曲剖面模量的缩放 78

4.4.4 张力剖面的缩放 78

4.4.5 气动弹性稳定性 78

4.4.6 自重载荷的缩放 78

4.4.7 叶片（叶尖）挠度缩放 78

4.4.8 更微妙的缩放效果及影响 79

4.4.9 变速器缩放 80

4.4.10 支撑结构缩放 80

4.4.11 功率／能量缩放 80

4.4.12 电气系统缩放 80

4.4.13 控制系统缩放 81

4.4.14 缩放小结 81

4.5 商业数据分析 82

4.5.1 叶片质量缩放 83

4.5.2 轴质量缩放 86

4.5.3 机舱质量和塔顶质量的缩放 87

4.5.4 塔顶质量 88

4.5.5 塔架缩放 89

4.5.6 变速器缩放 93

4.6 垂直轴风机的尺度升级 94

4.7 额定叶尖速度 94

4.8 载荷升级 96

4.9 违反相似性 98

4.10 成本模型 99

4.11 缩放的结论 100

参考文献 101

第5章 风能转换的概念 102

参考文献 104

第6章 传动系统设计 105

6.1 简介 105

6.2 定义 105

6.3 传动系统创新的目的 106

6.4 传动系统技术图 106

6.5 直驱系统 110

6.6 混合型系统 113

6.7 液压传动装置 114

6.8 直驱组件效率 116

6.8.1 简介 116

6.8.2 运行范围内的效率 118

6.8.3 变速器效率 118

6.8.4 发电机效率 119

6.8.5 变换器效率 119

6.8.6 变压器效率 121

6.8.7 液力耦合器效率 121

6.9 最佳传动系统 121

6.10 动力输出装置的创新概念 123

参考文献 126

第7章 海上风机 127

7.1 海上风机设计 127

7.2 高速叶轮 127

7.2.1 设计逻辑 127

7.2.2 速度限制 128

7.2.3 叶轮结构 129

7.2.4 设计比较 130

7.3 “更简单的”海上风机 133

7.4 海上漂浮风机系统 135

参考文献 137

第8章 技术发展趋势总结 139

8.1 演变过程 139

8.2 叶片数量和经营理念的共识 141

8.3 传动系统概念的分歧 141

8.4 未来的风力发电技术 142

8.4.1 简介 142

8.4.2 机载系统 142

8.4.3 新型系统的概念 144

参考文献 146

第2篇 技术评估 147

第9章 能源成本 147

9.1 能源成本的计算方法 147

9.2 能源：功率曲线 150

9.3 能源：有效性、可靠性、可用性 155

9.3.1 有效性 155

9.3.2 可靠性 155

9.3.3 实用性 156

9.4 资本成本 157

9.5 运维 158

9.6 总成本分摊 158

9.7 缩放成本影响 160

9.8 负荷影响（场所类型） 161

参考文献 164

第10章 评估方法 166

10.1 主要的评估问题 166

10.2 致命缺陷分析 166

10.3 功率性能 167

10.3.1 贝兹极限 167

10.3.2 风机的压差 169

10.3.3 气流中的总能量 169

10.4 传动系统转矩 171

10.5 典型的基准 171

10.6 设计负荷的比较 172

10.7 评估举例：风机的最佳额定功率 173

10.8 评估举例：Carter风机和结构的灵活性 176

10.9 评估举例：概念设计优化研究 178

参考文献 180

第3篇 设计主题 183

第11章 最佳叶片数 183

11.1 能源捕获比较 183

11.2 叶片设计问题 184

11.3 运行和系统设计问题 186

11.4 多叶片叶轮 191

参考文献 191

第12章 变桨距与失速 192

12.1 失速调节 192

12.2 变桨距调节 194

12.3 疲劳载荷问题 195

12.4 电能质量和网络需求 197

12.4.1 风机设计的并网导则要求和意义 197

参考文献 199

第13章 水平轴风机还是垂直轴风机 200

13.1 简介 200

13.2 垂直轴风机的空气动力学 201

13.3 功率特性和能量捕获 206

13.4 传动系统转矩 207

13.5 垂直轴风机的适当应用 209

13.6 垂直轴风机设计现状 209

13.6.1 问题 209

13.6.2 解决方法 210

参考文献 211

第14章 自由偏航 212

14.1 偏航系统的能源成本价值 212

14.2 偏航动力学 212

14.3 偏航阻尼 214

14.4 主传动 214

14.5 自由偏航风机的运行经验 214

14.6 小结 216

参考文献 216

第15章 多叶轮系统 217

15.1 简介 217

15.2 标准化效益和概念的发展 217

15.3 运行机制 218

15.4 缩放比例经济学 218

15.5 历史回顾 220

15.6 多叶轮阵列的气动性能 220

15.7 最近的多叶轮理念 221

15.8 多叶轮的结论 225

参考文献 226

第16章 设计主题概述 227

第4篇 创新示例 229

第17章 强适应性叶轮的概念 229

17.1 叶轮运行的要求 229

17.2 风机的控制 231

17.3 适应性强的叶轮 232

17.4 锥形叶轮 234

17.4.1 概念 234

17.4.2 锥形叶轮：总体评价—能量捕获 236

17.4.3 锥形叶轮：总体评价—负载 237

17.4.4 概念综述 238

17.5 变直径叶轮 238

参考文献 240

第18章 覆盖式叶轮 241

参考文献 244

第19章 Gamesa G10X型传动系统 245

第20章 陀螺转矩传递 247

参考文献 252

第21章 Norsetek叶轮设计 253

参考文献 255

第22章 西门子叶片技术 256

第23章 摆振 259

参考文献 262

第24章 磁性齿轮传动和准直驱 263

24.1 磁性齿轮传动技术 263

24.2 准直驱技术 265

参考文献 267

第25章 总结和评论 268