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