第1章 风力机的概念 1
1.1引言 1
1.2概念 1
1.2.1垂直轴风力机 2
1.2.2水平轴风力机 2
1.2.3风轮叶片的数目 3
1.2.4功率控制 3
1.3经济性 4
1.4出力 5
1.4.1功率曲线 5
1.4.2年发电量 6
1.5结构与尺寸 7
1.6未来概念 8
参考文献 8
第2章 安全性与可靠性 9
2.1安全理念 9
2.2系统安全性与运行可靠性 10
2.2.1控制系统 10
2.2.2保护系统 12
2.2.3制动系统 13
2.2.4失效模式和效果分析 13
2.2.5失效树分析 14
2.3结构安全性 16
2.3.1极限状态 16
2.3.2失效概率与结构可靠性的其他度量措施 17
2.3.3结构可靠性方法 18
2.3.4标准格式、特征值与部分安全因子 18
2.3.5标准校验 19
2.3.6轴向加载钢塔实例 20
2.3.7 FRP叶根的弯曲疲劳实例 21
2.3.8用于验证的试验与计算 23
2.3.9检查与检查间隔 23
2.4机械系统的安全性 24
2.5劳动安全 24
2.5.1运输、安装与调试 25
2.5.2正常运行 25
2.5.3服务、维护与修理 25
2.6规程与标准 26
参考文献 26
第3章 外部条件 28
3.1风条件 28
3.1.1 10min平均风速 28
3.1.2风速的标准偏差 30
3.1.3湍流强度 31
3.1.4横向和垂直方向的湍流 33
3.1.5随机湍流模型 33
3.1.6风切变 35
3.1.7风向 38
3.1.8瞬时风条件 39
3.1.9极端风——阵风 39
3.1.10场址评估 42
3.2其他外部条件 44
3.2.1温度 44
3.2.2空气密度 45
3.2.3湿度 45
3.2.4辐射和紫外线 46
3.2.5冰 46
3.2.6雨、雪和冰雹 46
3.2.7大气侵蚀和磨损 46
3.2.8地震 47
3.2.9雷电 47
参考文献 49
第4章 载荷 51
4.1载荷工况 51
4.1.1设计条件 51
4.1.2风况 51
4.1.3设计载荷工况 52
4.2载荷类型 53
4.2.1惯性载荷及引力载荷 54
4.2.2气动载荷 55
4.2.3功能性载荷 56
4.2.4其他载荷 56
4.3气弹载荷计算 56
4.3.1模型元素 57
4.3.2载荷预测的气弹模型 65
4.3.3气动数据的评估 65
4.3.4特殊考虑 66
4.4载荷分析与合成 72
4.4.1疲劳载荷 72
4.4.2极限载荷 76
4.5简化载荷计算 80
4.5.1参数化经验模型 80
4.5.2简化载荷的基础 80
4.5.3准静态法 81
4.5.4极端载荷的峰值系数方法 83
4.5.5参数化载荷谱 83
4.6特定场址的设计载荷 86
4.7除风外其他原因引起的载荷 86
4.7.1波浪载荷 87
4.7.2潮汐载荷 91
4.7.3覆冰载荷 92
4.7.4地震载荷 94
4.8载荷叠加 94
参考文献 95
第5章 风轮 98
5.1叶片 98
5.1.1叶片的几何形状 98
5.1.2设计载荷 99
5.1.3叶片材料 99
5.1.4制造技术 101
5.1.5叶片设计和制造的质量保证 102
5.1.6强度分析 103
5.1.7叶尖挠度 105
5.1.8雷电保护 106
5.1.9叶片试验 106
5.1.10维护 108
5.2轮毂 108
5.2.1设计载荷的确定 109
5.2.2强度分析 109
5.2.3螺栓连接分析 110
5.2.4轮毂罩 110
5.2.5材料 110
5.2.6标准 111
参考文献 111
第6章 机舱 112
6.1主轴 112
6.1.1设计载荷的确定 112
6.1.2强度分析 112
6.1.3疲劳强度 113
6.1.4极限强度 117
6.1.5主轴与齿轮的连接 118
6.1.6材料 118
6.1.7标准 119
6.2主轴承 119
6.2.1设计载荷的确定 121
6.2.2轴承型式的选择 121
6.2.3运行及环境条件 121
6.2.4密封、润滑及温度 122
6.2.5额定寿命计算 123
6.2.6主轴的连接 124
6.2.7轴承箱 124
6.2.8与底座的连接 124
6.2.9标准 124
6.3主齿轮箱 124
6.3.1齿轮类型 124
6.3.2载荷及承载能力 128
6.3.3规程及标准 131
6.3.4润滑 132
6.3.5材料和试验 133
6.4联轴器 136
6.4.1法兰联轴器 136
6.4.2收缩过盈联轴器 136
6.4.3键连接 136
6.4.4扭转弹性联轴器 136
6.4.5齿形联轴器 136
6.5机械制动 137
6.5.1制动的形式 137
6.5.2制动盘与制动片 137
6.5.3制动力矩次序 137
6.6液压系统 138
6.6.1布置 139
6.6.2蓄能器 139
6.6.3阀 139
6.6.4保护系统中的应用 139
6.6.5其他规定 140
6.6.6规程与标准 140
6.7发电机 141
6.7.1发电机的形式 141
6.7.2气候要素 142
6.7.3安全要素 142
6.7.4冷却与密封等级 143
6.7.5振动 143
6.7.6超速 144
6.7.7过载 144
6.7.8材料 144
6.7.9发电机的制动 145
6.7.10寿命 145
6.7.11发电机试验 145
6.8机架 146
6.9机舱罩 146
6.10偏航系统 146
6.10.1设计载荷的确定 147
6.10.2偏航驱动 149
6.10.3偏航齿圈 149
6.10.4偏航制动 149
6.10.5偏航轴承 150
6.10.6偏航误差及控制 153
6.10.7扭缆 153
6.10.8特殊的设计考虑 153
参考文献 153
第7章 塔架 155
7.1载荷工况 156
7.2设计载荷 156
7.3塔架的一般性确认 156
7.3.1动力学响应和共振 156
7.3.2关键的叶片挠度分析 157
7.4管式塔架 158
7.4.1载荷及响应 158
7.4.2极限载荷 159
7.4.3疲劳载荷 159
7.4.4涡诱导的振动 160
7.4.5焊接接头 160
7.4.6门和机舱口附近的应力集中 161
7.4.7稳定性分析 162
7.4.8法兰连接 163
7.4.9腐蚀防护 164
7.4.10误差及规定 164
7.5进入口及工作环境 164
7.6塔架载荷计算的例子 165
7.6.1载荷及响应 165
7.6.2正常输出功率情况下极限载荷的出现 166
7.6.3极限载荷——停机 167
7.6.4疲劳载荷 168
参考文献 170
第8章 基础 172
8.1土壤研究 172
8.1.1概述 172
8.1.2对基于重力基础的建议 174
8.1.3对桩基础的建议 174
8.2重力基础 174
8.2.1承载力公式 175
8.3桩支撑基础 178
8.3.1群桩 179
8.3.2轴向桩阻力 180
8.3.3横向加载的桩 182
8.3.4嵌入式桩帽的土壤阻力 185
8.4基础刚度 186
8.5加强混凝土的性能 191
8.5.1疲劳 191
8.5.2裂缝 192
8.5.3实施 193
8.6海上应用基础结构概念的选择 193
8.6.1概念介绍 193
8.6.2单桩基础 194
8.6.3三角桩基础 199
参考文献 204
第9章 电气系统 206
9.1电气部件 206
9.1.1发电机 206
9.1.2软起动器 208
9.1.3电容器组 208
9.1.4变频器 209
9.2风力发电机组构造 210
9.3电能质量与并网 212
9.4电气安全 213
9.5风电场并网 213
参考文献 214
第10章 手册 216
10.1用户手册 216
10.2服务和维护手册 216
10.3安装手册 216
参考文献 217
第11章 试验与测量 218
11.1功率特性测量 218
11.2载荷测量 220
11.3控制和保护系统的试验 220
11.4电能品质的测量 220
11.5叶片试验 220
11.6噪声测量 220
参考文献 221
附录 222
附录A螺栓连接 222
A.1螺栓标准化 222
A.2强度 222
A.3冲击强度 223
A.4表面处理 223
A.5 S-N曲线 223
A.5.1结构钢规范中的S-N曲线 225
A.5.2允许表面压力 226
A.6预拉伸 227
A.6.1防松安全性 229
A.7螺纹孔的最小深度 230
A.8螺栓力的分析 230
A.8.1螺栓的刚度 231
A.8.2配合零件的刚度 231
A.8.3力三角形 232
A.9承受剪切的连接 233
A.10承受拉伸载荷的螺栓 236
A.11承受拉伸和剪切载荷的螺栓 236
A.12螺栓连接的实施 236
A.13规程与标准 236
参考文献 237
附录B经验方法 238
B.1载荷 238
B.1.1风轮载荷 238
B.1.2疲劳载荷 238
B.2风轮 238
B.3机舱 239
B.3.1主轴 239
B.4噪声 239
参考文献 239
附录C疲劳计算 240
C.1应力范围 240
C.2断裂力学 240
C.3 S-N曲线 241
C.4 Palmgren-Miner准则 242
C.5焊接结构的疲劳 243
C.6结构钢的特征S-N曲线 244
C.7锻造和轧制钢材的特征S-N曲线 244
C.8复合材料S-N曲线 245
C.9其他形式的疲劳评估 246
参考文献 246
附录D有限元方法（FEM）计算 248
D.1分析形式 248
D.2模化 249
D.2.1模型 249
D.2.2元素 249
D.2.3边界条件 252
D.2.4载荷 252
D.3记录 253
D.3.1模型 253
D.3.2结果 254
附录E材料特性 255
E.1钢 255
E.1.1结构钢 255
E.1.2合金钢 256
E.2铸铁 256
E.3强化玻璃纤维 256
E.3.1玻璃钢合成塑料 256
E.4混凝土 257
E.4.1力学性能 257
参考文献 258
附录F名词与定义 259
参考文献 264
附录G换算及表格 265
G.1英制/米制换算 265
G.2空气密度与温度 265
G.3空气密度与高度 265
G.4瑞利风速分布 266