發(fā)電廠及電力系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本次課題設(shè)計(jì)的題目是“風(fēng)機(jī)葉輪的設(shè)計(jì)和風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組布置方案”。風(fēng)機(jī)葉輪的設(shè)計(jì)主要是通過公式計(jì)算，得到風(fēng)輪掃掠面積，風(fēng)輪直徑，增速比等重要參數(shù)，再采用三維CAD軟件繪制葉片的翼型組合成三葉片三維立體風(fēng)機(jī)示意圖和風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組布置方案的比較選擇。</p><p>　　本次的設(shè)計(jì)具體內(nèi)容主要包括：風(fēng)輪設(shè)計(jì)的相關(guān)

2、內(nèi)容，比如:確定風(fēng)輪掃掠面積、確定風(fēng)輪直徑、確定葉片數(shù)目、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速計(jì)算、確定增速比等計(jì)算數(shù)據(jù)和翼型設(shè)計(jì)的一些相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算</p><p>　　關(guān)鍵詞：風(fēng)力機(jī)葉片 翼型 坐標(biāo)變換 風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組布置方案（圖）</p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　能源是人類社會(huì)存在與發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。過去200多年，建立在煤炭、石油、天然

3、氣等化石燃料基礎(chǔ)上的能源體系極大地推動(dòng)了人類社會(huì)的發(fā)展。然而，人們?cè)谖镔|(zhì)生活和精神生活不斷提高的同時(shí)，也越來越感悟到大規(guī)模使用化石燃料所帶來的嚴(yán)重后果：資源日益枯竭，環(huán)境不斷惡化。因此，人類必須尋求一種新的、清潔、安全、可靠的可持續(xù)能源系統(tǒng)。</p><p>　　受化石能源資源日趨枯竭、能源供應(yīng)安全和保護(hù)環(huán)境等的驅(qū)動(dòng)，世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家和一些發(fā)展中國(guó)家都重視風(fēng)能的開發(fā)利用。特別是自20世紀(jì)90年代初以來，風(fēng)力發(fā)電的

4、發(fā)展十分迅速，世界風(fēng)電機(jī)裝機(jī)容量的年平均增長(zhǎng)率超過了30%，2005年，中國(guó)政府對(duì)2020年的風(fēng)電發(fā)展目標(biāo)進(jìn)行了修改，將風(fēng)電裝機(jī)容量由2000萬千瓦增至3000萬千瓦。</p><p>　　與此同時(shí)，我國(guó)在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究與應(yīng)用上投入了相當(dāng)大的人力及資金，充分綜合利用新材料、新型電機(jī)、電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制及通信技術(shù)等方面的最新成果，開發(fā)建立了評(píng)估風(fēng)力資源的測(cè)量及計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)，發(fā)展了變槳距控制及失速控

5、制的風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)理論，采用了新型風(fēng)力機(jī)葉片材料及葉片翼型，研制出了變極、變滑差、變速恒頻及低速永磁等新型發(fā)電機(jī)，開發(fā)了由微機(jī)控制的單臺(tái)及多臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組成的機(jī)群的自動(dòng)控制技術(shù)，從而大大提高了風(fēng)力發(fā)電的效率及可靠性。</p><p><b>　　一、風(fēng)輪設(shè)計(jì)</b></p><p>　　由勻風(fēng)速Vm求額定風(fēng)速</p><p>　　風(fēng)輪掃掠面積、風(fēng)輪

6、半徑</p><p>　　由風(fēng)電場(chǎng)具體資料可以獲得單機(jī)額定容量，額定風(fēng)速由上求得，便可由式子</p><p>　　算出風(fēng)輪掃掠面積后，由風(fēng)輪掃掠面積由可算出風(fēng)輪直徑：</p><p>　　，此處取風(fēng)輪直徑為30m</p><p>　　那么風(fēng)輪半徑，即葉片長(zhǎng)度就可求得</p><p>　　葉尖速比、葉片個(gè)數(shù)K的確定<

7、;/p><p>　　葉尖速比與風(fēng)輪轉(zhuǎn)速成正比，葉尖速比越大風(fēng)輪轉(zhuǎn)速就越高，而風(fēng)輪轉(zhuǎn)速取決于風(fēng)力機(jī)的用途.用于發(fā)電的風(fēng)力機(jī)葉尖速比常取5~7.此處取6</p><p>　　葉尖速比為6，由下表知葉片數(shù)可取2-4，但由于3葉片有以下優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　二葉片風(fēng)機(jī)功率系數(shù)低</p><p>　　低實(shí)度變化的主要影響如圖4-9所示. </p

8、><p>　　低實(shí)度產(chǎn)生一個(gè)寬而平坦的曲線，表示在一個(gè)較寬的葉尖速比范圍內(nèi)變化小，但是的最大值較低，這是因?yàn)樽枘釗p失較高（阻尼損失大約與葉尖速比率的立方成比例）</p><p>　　高實(shí)度產(chǎn)生一個(gè)含有尖鋒的狹窄的性能曲線，這使得葉輪對(duì)葉尖速比變化非常敏感并且，若實(shí)度太高，最大值將相對(duì)角低，的降低是由失速損失所造成的。</p><p>　　由圖4-9可看出，3槳葉產(chǎn)生最佳

9、實(shí)度。當(dāng)然，兩槳葉也是可以接受的選擇，雖然它的最大值稍微低點(diǎn)，但峰值較寬，這可以獲得較大的風(fēng)能捕獲。</p><p>　　風(fēng)力機(jī)葉片數(shù)與葉尖速比的匹配</p><p>　　三葉片氣動(dòng)性能好,氣動(dòng)中心在旋轉(zhuǎn)中心處,是葉片數(shù)且最少的類圓形風(fēng)輪.由于3個(gè)均勻分布的葉片葉輪面上的慣性力和氣動(dòng)力較為均勻，故三葉片風(fēng)機(jī)的動(dòng)力學(xué)特性好。</p><p>　　從視覺角度出發(fā)，三葉片

10、風(fēng)機(jī)運(yùn)行均勻分布，美觀。</p><p>　　綜上所述，選擇三葉片風(fēng)輪。</p><p>　　由下圖(葉尖速比與風(fēng)輪實(shí)度關(guān)系曲線)</p><p><b>　　單個(gè)葉片面積</b></p><p><b>　　葉尖速比經(jīng)計(jì)算得：</b></p><p><b>　　

11、4、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速n</b></p><p><b>　　5、增速比i</b></p><p>　　發(fā)電機(jī)與轉(zhuǎn)速1500rpm,,可考慮用三級(jí)齒輪傳動(dòng)。</p><p>　　6、葉片不同半徑處葉尖速比</p><p>　　是葉尖端線速度與風(fēng)速之比。</p><p>　　葉片從轉(zhuǎn)速中心至葉片不

12、同半徑處的葉尖速比用表示可下式</p><p><b>　　不同半徑處的圖</b></p><p>　　風(fēng)輪半徑R=15m，葉尖速比</p><p>　　由葉尖速比與葉片的相對(duì)迎風(fēng)角的關(guān)系曲線得：</p><p>　　7、葉片不同半徑處處對(duì)應(yīng)的入流角（相對(duì)迎風(fēng)角）</p><p>　　8、不同半徑

13、處的弦長(zhǎng)</p><p><b>　?。╩）</b></p><p>　　不同截面處葉片形狀參數(shù)。</p><p>　　1.不同截面處葉片形狀參數(shù)如下：</p><p><b>　　2.升力系數(shù)CL</b></p><p>　　查升力系數(shù)及阻力系數(shù)、升阻比與攻角的關(guān)系曲線&l

14、t;/p><p>　　升力系數(shù)CL取升阻比CL/CD最大時(shí)對(duì)應(yīng)攻角處的升力系數(shù)</p><p><b>　　最優(yōu)攻角，</b></p><p>　　不同半徑處的玹長(zhǎng)即可求出：</p><p>　　2.1.9葉片平均玹長(zhǎng)Lm</p><p><b>　　=1.296 m</b>&l

15、t;/p><p>　　2.1.10 驗(yàn)算葉片面積 </p><p>　　實(shí)際單個(gè)葉片的面積為 </p><p>　　單個(gè)葉片的面積滿足要求.</p><p>　　2.1.11 升力曲線的平均斜率KL</p><p><b>　　， ， </b></p><p>　　2.

16、1.12 展玄比</p><p>　　翼展的平方與翼的面積之比，即風(fēng)輪直徑的平方與面積之比，稱展玹長(zhǎng)比，用來表示</p><p>　　2.1.13 平均攻角</p><p><b>　　=8.545</b></p><p>　　2.1.14 葉片從轉(zhuǎn)動(dòng)中心到葉尖不同位置的所應(yīng)對(duì)的葉片實(shí)際安裝角（）</p>

17、<p>　　葉片的實(shí)際安轉(zhuǎn)角由下式給出</p><p>　　2.1.15翼型尺寸的確定</p><p>　　根據(jù)所選翼型查“翼型尺寸坐標(biāo)”</p><p><b>　　翼型尺寸坐標(biāo)</b></p><p><b>　　葉片展向不同安裝角</b></p><p>　　

18、用CAD軟件繪制葉片（見附圖一）</p><p>　　2.2風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組布置</p><p>　　風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組的布置即風(fēng)電機(jī)組位置的選擇，應(yīng)通過對(duì)若干方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組的布置方案，使發(fā)電廠獲得較好的發(fā)電量。</p><p>　　在風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的排列，應(yīng)以風(fēng)電場(chǎng)主導(dǎo)風(fēng)向及主導(dǎo)能量向來確定排列方向。而風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)組之間的間距和排距，應(yīng)綜合考

19、慮風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)地條件、風(fēng)資源特性以及風(fēng)機(jī)之間尾流影響等條件，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。</p><p>　　2.2.1 客觀條件限制</p><p>　　風(fēng)電機(jī)組與村莊之間的距離一般要求500m以上，特殊情況至少300m。根據(jù)所給資料知：風(fēng)電站最經(jīng)村莊612m。</p><p>　　風(fēng)電機(jī)組離110KV以上電壓等級(jí)線路150m以上。根據(jù)所給資料知：風(fēng)電機(jī)組離110KV以上電

20、壓等級(jí)線路150m以上。</p><p>　　發(fā)電機(jī)組要避開基本農(nóng)田、礦產(chǎn)、文物、軍事用地、自然保護(hù)區(qū)以及其他環(huán)境敏感地區(qū)。根據(jù)資料所知：該電站周圍無基本農(nóng)田、礦產(chǎn)、文物、軍事用地、自然保護(hù)區(qū)及其他環(huán)境敏感地區(qū)。</p><p>　　2.2.2 地形條件</p><p>　　地形條件應(yīng)滿足風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)輸條件和安裝條件。在平坦的地形條件下，滿足在給原則是很容易的。在山

21、區(qū)，滿足這醫(yī)院則經(jīng)常有難度。要根據(jù)所選機(jī)型需要的運(yùn)輸機(jī)械和安裝的要求，機(jī)位附近要有足夠的場(chǎng)地能夠作業(yè)和擺放葉片、塔架，道路有足夠的坡度、寬度和轉(zhuǎn)彎半徑使運(yùn)輸機(jī)械到達(dá)所選機(jī)位。根據(jù)所給資料知：此風(fēng)電場(chǎng)位于華北平原，地形平坦,交通運(yùn)輸條件較為便利。</p><p>　　2.2.3 障礙物影響</p><p>　　在風(fēng)電場(chǎng)中有時(shí)會(huì)碰到障礙物，障礙物的尾流的大小和體積有關(guān)。研究表明，對(duì)于無限長(zhǎng)的障

22、礙物，在障礙物下風(fēng)向40倍障礙物高度，上方2倍障礙物高度的區(qū)域內(nèi)，是較強(qiáng)的尾流擾動(dòng)區(qū)，風(fēng)電機(jī)組的布置必須避開這已區(qū)域。障礙物會(huì)降低障礙物下風(fēng)向的區(qū)域的風(fēng)速，障礙物影響的大小取決于本身的疏密程度，即透風(fēng)率。建筑物的透風(fēng)率最低。一般來講，障礙物的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，高度越高，相應(yīng)的對(duì)風(fēng)速的阻礙效果明顯，根據(jù)所給資料知：風(fēng)電場(chǎng)所在出地形平坦，上下風(fēng)向無障礙物，可不考慮障礙物對(duì)風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組的布置影響。</p><p>　　2.2.4

23、 尾流影響</p><p>　　氣流在經(jīng)過風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組葉片能量減小，實(shí)際上，風(fēng)電機(jī)組的葉片對(duì)風(fēng)速有阻擋作用，在風(fēng)電機(jī)組的下風(fēng)向會(huì)產(chǎn)生類似輪船尾流效果，該區(qū)域內(nèi)會(huì)產(chǎn)生較大的湍流，同時(shí)風(fēng)速也會(huì)降低。風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電機(jī)組布置因考慮到發(fā)電機(jī)組之間尾流的影響，發(fā)電機(jī)組之間的距離至少保證3倍的葉輪直徑，在主風(fēng)向上，風(fēng)電機(jī)組間的距離應(yīng)更大一些。</p><p>　　一方面，考慮到風(fēng)電機(jī)組的尾流影響，應(yīng)該使風(fēng)電

24、機(jī)組的距離越大越好：另一方面，土地使用和電網(wǎng)連接的限制又要求風(fēng)電機(jī)組間的距離盡可能減小。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在平行于主風(fēng)向方向上，風(fēng)電機(jī)組的距離一般保持5~9倍葉輪直徑的距離；在垂直于主風(fēng)向上，風(fēng)電機(jī)組間的距離一般保持3~5倍葉輪直徑距離。綜合考慮，并根據(jù)已有電站的資料，此處可采用梅花型布置，如下圖所示：</p><p><b>　　機(jī)組梅花型布置圖</b></p><p>　

25、　但具體怎樣布置，需根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)論證。根據(jù)有關(guān)資料，此處在平行于主風(fēng)向方向上，風(fēng)電機(jī)組的間距保持7倍葉輪直徑的距離；在垂直于主風(fēng)向方向上，風(fēng)電機(jī)組的距離一般保持4倍葉輪直徑距離。并根據(jù)所給資料，此地常年風(fēng)向以西風(fēng)為主，擬建風(fēng)電站為一矩形區(qū)域，占地約24萬平方米，風(fēng)電場(chǎng)預(yù)裝30臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，由于常年以西風(fēng)為主，因在垂直于主風(fēng)向的方向的方向上盡量多布置機(jī)組，于是有如下兩種方案可供選擇:</p><p><b&

26、gt;　　方案A </b></p><p>　　經(jīng)過計(jì)算其所用面積為: </p><p>　　可見，此種布置方式占地面積超過規(guī)定面積24萬平方米，故不合理。</p><p><b>　　方案B</b></p><p>　　經(jīng)計(jì)算其所用占地面積為： </p><p>　　可見，此種布

27、置方式占地面積小于規(guī)定面積24萬平方米，可采取此種機(jī)組布置方式。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　這次設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了許多的知識(shí)。與平時(shí)的課程設(shè)計(jì)不同的是，課程設(shè)計(jì)只需要考慮某一些方面，而畢業(yè)設(shè)計(jì)卻要綜合各方面的因素，將一些分散的部分連接成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。所以，畢業(yè)設(shè)計(jì)也是鍛煉一個(gè)人綜合能力的一次好機(jī)會(huì)。本次設(shè)計(jì)是對(duì)我大學(xué)所學(xué)知識(shí)的一次綜合檢測(cè)。

28、設(shè)計(jì)過程中，我發(fā)現(xiàn)自己有許多的不足，這也需要我在以后的學(xué)習(xí)中努力地去彌補(bǔ)這些不足。再一次次的失敗中我總結(jié)了好多經(jīng)驗(yàn)，我也感悟到當(dāng)我們?cè)谏钪杏龅嚼щy時(shí)也要敢于面對(duì)，敢于迎接生活給我們帶來的一次又一次的考驗(yàn)。</p><p>　　最后，由于本人初次進(jìn)行如此大型的設(shè)計(jì)，難免經(jīng)驗(yàn)不足，設(shè)計(jì)中出現(xiàn)或多或少的錯(cuò)誤。希望老師給諒解，我會(huì)繼續(xù)努力學(xué)習(xí)，不斷拼搏的！</p><p><b>　　

29、參考文獻(xiàn)：</b></p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束了，這段時(shí)間，我從分析任務(wù)書，查找資料到確定風(fēng)機(jī)葉輪的設(shè)計(jì)和風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組布置的最佳方案。由始至終的每一個(gè)環(huán)節(jié)，都是對(duì)我所學(xué)專業(yè)課的全面考查。因此，在設(shè)計(jì)過程中難免遇到許多的困難，不過，這些困難在老師的指導(dǎo)下都得以解決。也正因?yàn)橛欣蠋煹南ば闹笇?dǎo)，我的設(shè)計(jì)才能按時(shí)完成。