风力发电机组理论与设计PDF电子书下载

第一章 绪论 1

第一节 风力发电机组理论与设计概述 1

一、风力发电机组的能量转换和传输 1

二、风力发电机组基本理论 2

三、主导机型的设计模式 3

第二节 风力发电机组设计工作规范 5

一、设计依据 5

二、设计内容 5

三、设计原则 7

四、设计步骤 10

第三节 风力发电机组的可靠性和安全性设计 10

一、整机的可靠性 10

二、零部件的可靠性 11

三、劳动安全 13

第四节 风力发电机组设计软件简介 14

一、结构分析与设计软件 14

二、性能分析与仿真软件 15

第二章 能量转换和传输理论 17

第一节 风能捕获理论 17

一、流体力学的基本方程 17

二、风力机的稳态数学模型 20

第二节 能量传递理论 27

一、弹性力学的基本方程 27

二、传动链数学模型 29

第三节 机电能量转换理论 32

一、发电机中的机电能量转换关系 32

二、感应电动势和电磁转矩 35

三、基本方程式 38

第三章 风力发电机组设计要求 41

第一节 风力发电机组的外部条件 41

一、风力发电机组等级 41

二、风况 42

三、其他环境条件 47

四、电网条件 48

第二节 结构设计 48

一、载荷 49

二、设计工况和载荷状态 49

三、载荷计算 53

四、最大极限状态分析 53

第三节 海上风力发电机组外部条件 57

一、海上风力发电机组外部条件的特点 57

二、海上风力发电机组等级 58

三、风况 58

四、海洋状况 59

五、其他环境条件 60

六、电网条件 61

七、载荷计算 61

第四章 载荷 62

第一节 载荷概述 62

一、载荷及其坐标系 62

二、坐标系的转换 63

三、载荷分类 65

四、载荷源 65

第二节 载荷分析 70

一、疲劳载荷 70

二、极限载荷 75

三、载荷叠加 78

第三节 载荷的计算 80

一、建立机组模型 80

二、工况设定 82

三、仿真计算 82

四、后处理 82

第五章 总体设计 84

第一节 总体参数设计 84

一、设计风速 84

二、风轮转速 85

三、发电机额定转速和转速范围 87

四、重要几何尺寸 88

五、总质量、质心与转动惯量 89

六、年发电量 90

第二节 总体功能设计 91

一、基于风力机实现的功率调节 91

二、基于发电机实现的功率调节 92

第三节 总体布局设计 93

一、总体布置原则 93

二、风力发电机组的典型布局 93

三、部件的集成化 94

第四节 模型试验 96

一、相似条件 96

二、相似结果 98

三、模型机试验中的问题 99

第五节 设计成本模型 100

第六章 风轮 103

第一节 风轮设计概述 103

第二节 翼型介绍 104

一、NACA翼型系列 105

二、风轮叶片专用翼型系列 106

三、翼型的选择 108

四、翼型的修正 109

第三节 叶片气动设计 111

一、图解法 111

二、简化叶素-动量定理设计法 113

三、葛劳渥方法 114

四、维尔森方法 117

第四节 叶片的结构设计 119

一、叶片的结构设计要求 119

二、叶片的常用材料 120

三、叶片的剖面结构 121

四、叶片的铺层设计 124

五、叶片的校核 126

六、定桨距叶片叶柄结构设计 129

第五节 叶片优化设计 130

一、设计变量 130

二、目标函数 130

三、约束条件 131

四、寻优算法 132

第六节 轮毂 133

一、轮毂的结构设计 133

二、轮毂的载荷分析 134

第七章 风力发电机 136

第一节 风力发电机的基本工作原理及分类 136

一、基本工作原理 136

二、分类 137

第二节 发电机的设计基础 138

一、设计的技术要求 138

二、主要尺寸 140

三、电机绕组 141

四、磁场与磁路 145

五、参数计算 148

六、发电机的性能 151

第三节 笼型感应发电机的设计 154

一、风力发电中应用的笼型感应发电机 154

二、笼型感应发电机的电磁设计 158

第四节 双馈感应发电机的设计 167

一、风力发电中应用的双馈感应发电机 167

二、电磁设计 171

第五节 永磁同步发电机的设计特点 183

一、风力发电中应用的同步发电机 183

二、电磁设计特点 188

第六节 计算机辅助电磁设计 191

一、计算机辅助电磁设计源程序编制中的几个问题 191

二、计算机辅助电磁设计源程序 193

第八章 主传动链 195

第一节 主轴 195

一、主轴支撑方式 195

二、主轴材料 196

三、主轴力学模型及设计载荷 196

四、主轴强度分析 197

第二节 主轴承 202

一、设计载荷 202

二、额定寿命 202

三、润滑及密封 203

第三节 主齿轮箱 204

一、基本传动形式 204

二、风电齿轮传动设计标准 207

三、载荷及齿轮承载能力 207

四、齿轮传动主要参数的选择及设计实例 210

五、主要部件的设计与选型 221

六、传动效率与噪声 225

七、齿轮箱的润滑、冷却和加热 226

第四节 联轴器 228

一、刚性胀套式联轴器 228

二、膜片联轴器 230

第五节 机舱 231

一、底盘 231

二、机舱罩 233

第九章 塔架与基础 234

第一节 塔架的构造设计 234

一、塔架的结构型式 234

二、塔架的细部构造 235

三、塔架的材料 237

四、塔架的防腐 238

五、塔架的制造工艺过程 241

第二节 锥筒式塔架的设计计算 244

一、塔架的设计内容与要求 244

二、塔筒设计 245

三、塔筒屈曲稳定性分析 253

四、法兰的设计 257

五、塔架的固有频率计算 263

六、塔架的计算实例 265

七、塔架的有限元分析 267

第三节 基础设计 270

一、风力发电机组基础的设计内容与要求 271

二、基础设计载荷 272

三、扩展基础设计 274

四、海上风力发电机组的基础 282

第十章 控制系统 288

第一节 控制系统概述 288

一、控制系统的组成 288

二、控制系统基本功能 288

三、控制系统设计要求 289

第二节 制动系统 289

一、风力发电机组关机过程的规划 289

二、风力发电机组关机过程的运动方程 290

三、空气动力制动的设计 292

四、机械制动的设计 292

第三节 变桨距系统 293

一、变桨距系统功能与构成 293

二、变桨距系统驱动力矩计算 295

三、变桨距轴承的设计与计算 296

四、电动变桨距驱动机构设计 298

五、电动变桨距位置控制 299

六、后备电源设计 303

七、液压变桨距系统设计 304

第四节 偏航系统 307

一、偏航系统的结构设计 307

二、偏航设计载荷的确定 308

三、偏航执行机构设计 310

四、轴承齿轮副 311

五、偏航制动 312

六、偏航系统的控制 314

第五节 主控系统 318

一、主控系统设计概述 318

二、主控系统硬件结构设计 318

三、主控系统信号采集及处理设计 319

四、主控系统功能设计 321

五、主控系统控制策略设计 325

第六节 安全系统 327

一、安全系统设计原则 327

二、安全系统控制功能设计 328

三、软件的安全保护设计 328

四、安全链设计 329

五、防雷功能设计 330

第十一章 状态监测及故障诊断 334

第一节 常见故障及诊断方法 334

一、常见故障 334

二、状态监测及故障诊断的方法 335

第二节 在线监测及故障诊断系统设计 343

一、在线监测系统的功能 343

二、在线监测系统结构设计 344

第三节 在线监测系统的工作过程及案例分析 351

一、故障信息的分析与处理 351

二、故障诊断规则 352

三、故障诊断案例分析 353

第十二章 强度分析 359

第一节 强度分析概述 359

一、强度分析的任务和对象 359

二、强度分析的一般流程 361

三、强度规范 362

第二节 静强度分析 363

一、静强度分析方法 363

二、实例：1.5MW机组轮毂静强度分析 364

第三节 模态分析 367

一、模态分析基础理论 367

二、模态分析方法 368

三、实例：1.5MW机组塔筒模态分析 369

第四节 疲劳强度分析 372

一、疲劳强度基础理论 372

二、疲劳强度分析方法 375

三、实例：1.5MW机组底盘疲劳强度分析 376

第五节 屈曲稳定性分析 378

一、屈曲稳定性分析方法 378

二、实例：1.5MW机组屈曲稳定性分析 379

附录 381

附录A 笼型感应发电机计算机辅助电磁设计源程序 381

附录B 双馈感应发电机计算机辅助电磁设计源程序 387

参考文献 399