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《风力机设计、制造与运行》是《风力发电技术丛书》的一个分册。《风力机设计、制造与运行》介绍了风和风能的基本知识及各种风能发电技术，详细介绍了风轮机设计、设计优化、风轮机动态分析和风轮机安全性设计及风轮机的数值模型和数值计算技术，风轮叶片和各主要部件轮毂、齿轮箱、变桨距、增速箱、发电机、机舱、塔架和基础的结构设计和制造技术，以及风力机的安装、调试、运行、维护、故障分析和故障诊断技术。还简要介绍了几种新型的风力机，供有兴趣的读者参考。 《风力机设计、制造与运行》是一本有关风能发电的技术参考书，适合从事风能发电产品设计、制造和风电场风力机运行的工程师、工程技术管理人员和设计院风电场工程设计参考使用，也适合高等院校热物理和动力专业师生作为教学参考书，对想了解风能发电的读者也是一本极好的科技读物。2 I4 z! }$ q8 Q) ~$ }0 I+ D- B) O/ ~
第1章 风和风电场的特性6 y0 w* v2 k) {8 P
1.1 风和风的特性( _# p8 i- W# H' Y$ H7 z
1.1.1 风的形成和分类
3 H) _) u6 H7 x- b1.1.2 风速与风向
+ u% |) d# ^( j+ j1.1.3 风速特性和风能“玫瑰”图' ?' g) S' D9 @: S
1.1.4 环境对风速的影响
* k4 D- ~% n/ R2 y6 Y/ q, T' x1.2 风能和风能密度
9 t- _5 W7 ^& j& ?: ]0 H5 E4 B7 H1.2.1 风能. W1 j2 P+ w6 x, g+ T. ^" x2 Y2 u
1.2.2 风能密度7 W, h, q. z$ u4 z8 _: S
1.2.3 风能密度计算方法5 H4 x# _9 c7 _ G7 s
1.3 风电场特性和风电场设计原则# L0 c$ Z1 J, C1 H
1.3.1 风电场特性资料5 B3 k0 c' Q l( z% K, W" ^7 l U
1.3.2 风电场设计原则) v2 y3 t# b9 s& r! Q5 S( ?
1.4 风电场优化设计' \, I* z. S3 L: j) U4 a
1.4.1 风力发电机组选型" J6 i, m4 z; D+ ~+ O) ]
1.4.2 风力发电机基础
; D& Q2 o1 o9 k9 G1.5 离网型和并网型风电场" k. G& i$ d s' s, w" q
1.5.1 小型离网型风电场
' y. C2 g. t* B/ X7 ^- |- W1.5.2 大型并网型风电场" F$ \- q. F/ b. \" ~ W' _
+ V: f6 h& u5 u第2章 风力发电技术
# ~1 ?* D# L$ L" H* g" r, W2.1 风力机功率调节技术, z6 y" K a/ r! ?4 _- _3 O
2.1.1 功率调节方式. ^( E/ g: D- {2 h' w
2.1.2 风力发电技术的发展' V. @4 s4 A6 p& F. E
2.2 恒速/恒频发电系统0 \. s0 ? [6 J$ V# {( Z
2.2.1 恒速/恒频发电系统' f* ], M N- }( A& ?8 T
2.2.2 恒速/恒频系统发电机) `3 h. ~3 E% o5 z1 ^) X
2.3 变速/恒频发电系统* Q5 i+ X5 n4 \8 ^; T+ o. E6 j6 _
2.3.1 风力机变转速技术$ F2 k: b0 H8 @, L! X
2.3.2 变速/恒频发电系统: s, W1 g; D- Y: _2 L7 Y: m
2.3.3 变速运行的发电机
& y. M, s# O$ I8 Z$ u7 N+ z8 v7 A2.4 小型直流发电系统. `& T& J$ B9 ^& J3 n
2.4.1 离网型风力发电机系统6 c0 u# d) U" g9 g( o
2.4.2 小型直流发电系统
2 x9 i, J: u/ L3 ~' A8 M0 l* N* R4 }0 H7 ?' ^0 H; r
第3章 风轮机设计- l8 o% B" Y8 O3 ^3 \
3.1 风轮机设计的基本原则/ k6 O' u; a/ }
3.1.1 基本参数的定义
@( M1 P9 T5 t- B6 u+ B0 d+ W2 l3.1.2 部件设计强度分析步骤
+ R9 D& F- G. a+ L2 b; g9 \* w3.1.3 部件应力分析数学模型
+ ]& V" a E) ^& h3.2 风轮机设计条件) A1 E+ ]/ O5 C/ e7 X7 f
3.2.1 外部条件4 @9 y* `$ J: q" ~
3.2.2 风轮机等级1 R$ O* S/ Q. p/ N7 V
3.2.3 风况
: N3 g( p* Y7 O5 M: B& W1 U! r# ?+ F3.2.4 其他环境条件8 b& [5 }1 s& M
3.2.5 电网条件
( y _: L. |/ _- [; [3.3 载荷的计算
7 o7 ^5 ]( E- N% Z) G& f' X" q3.3.1 载荷
$ o; O n& C* E$ D( Z3.3.2 设计工况和载荷状态
0 a5 D$ R V/ l7 k& t/ T4 |, D3.3.3 载荷计算* c- v8 l% k; j N9 {
3.3.4 载荷的安全系数7 ]: o& I% _6 g I k+ ^1 I) q
3.4 风轮机部件设计
! F8 n+ @4 |* b3 I3.4.1 设计参数
- Q2 f; H* K: t3 s4 y3.4.2 设计参数的选定, L; `9 p3 U9 B7 a/ W) E, e- e
3.4.3 机舱偏航系统# ]6 j5 l3 |6 x" F/ M8 i
3.4.4 传动系统7 S1 v& w4 @. v- Y: {
3.4.5 额定风速和额定转速7 h) t, f# \5 p/ _; f
3.4.6 发电机设计
; r' L6 S3 B6 v7 p& ]( R3.4.7 齿轮箱设计
. O: P5 r! H) q, h' |" {3.5 风轮机工程设计方法
4 `, G" N; K. R. f. D3.5.1 风能计算
! J/ j$ ?2 E, m5 e3.5.2 风轮机典型设计参数, S8 q8 x* X- ~; J
3.5.3 主要参数与技术经济指标举例
, l- R+ U I5 l; W" |3 j! M& i3.5.4 贝茨（Betz）基本理论) q9 v: `1 D. S4 u
3.5.5 风轮机工程设计! { r' K# T/ n
3.6 风轮机设计优化% z1 ]" i9 J; X) @+ _
3.6.1 叶轮优化设计法
# [% o. R) U3 }0 C) w1 g. Y1 _3.6.2 叶片数、直径、转速及翼型优化0 s6 l1 _9 m6 U/ `9 A8 s
3.6.3 叶轮叶片各截面弦长优化) U" N: _$ u4 c; O
3.6.4 叶轮叶片各截面扭转角优化
# d! V$ q/ y6 \+ i4 l
* n9 C- J8 T$ G S$ a! [. Q3 t第4章 风轮机数值分析技术
/ Y1 I' Q5 ?# _7 ^6 k4.1 风电场数值模型( f$ p7 h6 W U7 _2 N: O0 I# \
4.1.1 流体力学控制方程
& v+ G& q: Z9 a. e3 S5 r4.1.2 流场解的补充方程
4 `# I! T- E# Y9 p4.1.3 边界条件
3 C( s2 ^9 v5 G, N+ m, l u4.1.4 控制方程组离散和有限差分解
3 U/ X1 Q+ I7 K6 W4.2 风电场数值计算软件包
3 J4 L& u) `% ~. q$ j+ ?4.2.1 GH Bladed软件包数值模型和功能
5 P# @" }2 U6 K4.2.2 AREVA T&D/E?terra wind软件* x: ]3 Z) m0 X+ n; g1 k# S v/ F7 r$ N5 L
4.2.3 Garrad Hassan(GH)综合软件包2 }6 b+ f/ X+ I: Z) Y9 ?
4.2.4 风电场设计优化和风资源预测评估软件2 _" _: N6 T$ J8 P/ s1 `$ Z
4.3 风力机设计与研究( Z+ y5 M+ L9 X; H* V% l2 p
4.3.1 软件包开发、模块和数据库
6 k8 C, u8 m9 X7 l) S4.3.2 风力机空气动力学研究
$ S: v$ j, I C) v$ O4.3.3 风力机动态测试方法的研究
5 N/ C. o5 O9 W, ?2 m1 h6 s4.3.4 储能方法的研究6 Z8 ^ X5 E; Q
4.3.5 小型风电场规划方法的研究5 I& t4 z0 r) ~; m3 ~
4.4 转子/ 机舱/ 塔架系统耦合响应分析. w; L: q0 y; a! Z8 V% N
4.4.1 系统坐标系/ k& e* F- }- t/ w
4.4.2 系统建模6 r! e- d# B& S5 P( L) l5 l U
4.4.3 计算方法与结果分析
/ I, i8 I: S" |0 u$ a- h4.5 风轮机数值分析实例. s# Y$ r4 K5 ]
0 C6 X* _# w' T8 b
第5章 风轮机叶片设计* z8 f/ X& ?5 F0 U6 [4 ?+ i1 l
5.1 风轮机叶片数据库' Y- s2 H* h3 p4 t1 }% ?' M' u
5.1.1 叶片剖面翼型* G7 e$ }7 b, V- M
5.1.2 风轮叶片尺寸确定
8 j. G# M' X- o7 q$ F/ [5.1.3 风轮机叶片设计典型数据* ?; Q2 m! w' H/ E7 u
5.2 风轮机叶片型线设计方法
% Q3 F7 G9 X" j& I0 f/ @5.2.1 计算机CAD设计扭曲叶片
8 R4 u$ Z6 J; A. K. D# p' ]/ _" m! a5 ~5.2.2 某中型风力机叶片设计计算表例(表5?7、图5?11～图5?17)
9 E2 u+ V7 K. |5 j+ N5.3 风轮机叶片强度振动设计
' G% m8 X" y X0 i; J5.3.1 桨叶片数值方程
/ p7 a0 g2 J/ W+ J0 \5.3.2 计算结果分析
: d M" @2 l; S1 N
' B; r' x8 U4 [4 N( k2 q& x- L第6章 风力机主要部件结构设计和制造技术
# ]; Y9 B2 }7 R+ k: j9 c6.1 叶片结构设计、材料和制造
7 d. {: U A9 @/ n' J" B! p( \6.1.1 叶片结构
. v! Q8 E+ `- a& e: Q, g3 `) m2 Z4 o6 ]0 F6.1.2 叶片结构设计要点
6 O( ~. v2 t+ E4 B: p% C, G" k6.1.3 叶片材料和结构
9 T( ]( @4 o/ f) C& Y7 k9 n6.1.4 典型叶片结构介绍! G% _+ C. ?' a& n. C
6.1.5 叶片的制造工艺6 ]" t' b0 u8 k- v- B
6.2 轮毂结构设计和材料
7 N/ N* I8 G! b1 N% `# Y) v- x* k" a6.2.1 轮毂结构形式
; F6 i& y* `$ P. q4 m9 H6.2.2 轮毂与主轴的连接方式5 K# x; l( v8 A7 H/ \2 ?( H
6.3 变桨距结构设计和材料6 J1 @% q, `, j2 X, ^' T' s
6.3.1 变桨距风力机组的特点
4 R8 z' B/ b& {! E4 w& y* B9 j6.3.2 电机驱动的变桨距系统6 i! Z3 U# @# e' U2 G
6.3.3 独立变桨距系统电机及控制- v/ K: J' p, W) D6 V4 `; U
6.4 增速箱结构设计和材料/ K. X2 i) h5 Q/ a i: o
6.4.1 齿轮箱设计要考虑的问题' c# z7 i( q8 A6 @
6.4.2 齿轮箱设计要求
5 Z7 b+ p+ n O. U. e) f6.4.3 齿轮箱结构4 f" D |" S! K0 O4 ~ @3 T
6.4.4 齿轮箱的主要零部件
G" a4 Z5 T) `; X- {7 _4 f. Z6.5 发电机结构设计和材料8 r/ ?& v: S( n V
6.5.1 发电机的结构9 f! I! ?: D6 H1 O
6.5.2 交流发电机的分类! m1 i/ x4 O$ m _
6.5.3 常用交流发电机$ C4 b5 m9 T) B6 w
6.6 机舱结构设计和材料
$ |9 Q6 c& ]- @+ W' B6 e! w: y- |6.6.1 机舱材料
+ L' k: P& e. U& p- B+ Y6.6.2 底板与机舱盖$ q9 F0 s9 A- s0 n/ H
6.7 塔架设计
' V% z Q! j, S6.8 风力机基础设计( Q! L% b* x7 B) m9 C
6.8.1 微、小型风力机的基础' \9 N/ D- L) @" b) X% Y
6.8.2 中、大型风力机的基础; [. {2 z. h3 b4 \3 b! @7 @
# C& b7 c( w- t4 C# E; d
第7章 风力机现场安装和调试
6 h& n$ V* Y' h+ } J L- e( H. v8 d" Z7.1 风电场风力机布置, ~( L/ c+ i0 P; M
7.2 风力机现场安装技术
" r0 @& q' r, t* l7 s7.2.1 微、小型风力机的安装$ Z# |$ O. I* o! z3 J: Q/ ~ b+ w
7.2.2 中、大型风力机的安装
! Z/ @. `( R% p& O; a2 s7.2.3 典型的安装程序
& S, u( {3 A' Q7 r) x1 z6 ]8 N7.3 风力机安装后的调整和试车9 h; v) q& b+ h0 c5 T+ ?8 @
7.3.1 风力机安装后的调整
& b6 X" R1 P! Q; e! W# e! |* a7.3.2 风力机的试车: a" u% a2 K5 i, N' @2 T3 q9 P# Y
7.3.3 风力机组并网与脱网
/ k" g: O8 d" g9 p, c' X8 o7.3.4 大、小发电机的软并网程序
% V+ u1 b& j. T7.3.5 发电机间的切换
; C& ^) b3 @' w7.3.6 电动机启动
3 K o/ n% C" M* S9 C, w5 {/ H) _1 @$ ~, M0 }1 B8 m9 C. x' f
第8章 风力机运行与维护- v; s& [% @7 Z7 X; O w
8.1 风力机运行技术
4 \+ N+ h% h# P7 ~2 q' k8.1.1 风力发电机组运行状态
g( E5 p* w0 g: @8.1.2 运行数据统计分析" O9 N" K0 \3 m; C; _) \
8.1.3 风电场的监控系统
2 j4 _2 o6 B- y$ Y, n8.1.4 运行过程中的主要参数监测
2 T; m2 y Z$ z& F8.1.5 风力参数监测
4 _' A" X3 @) g6 y2 p8.1.6 机组状态参数检测' p2 H' n3 v+ }; k
8.1.7 各种反馈信号的检测) Z* w9 O; ^4 r0 S: B: V. e2 `
8.1.8 增速器油温的控制7 K2 k! x: T* [' i
8.1.9 发电机温升控制
7 H8 t! H3 [. I) @- M8.1.1 0发电机功率控制 ~" G3 V. A* g
8.1.1 1风力发电机组退出电网
$ q2 y5 k7 h0 F1 W6 Y: J8.1.1 2变桨距风力发电机组的运行状态
- [% r: K# d& {" a2 |8.2 风力机维护技术
/ t& I' S0 S e8.2.1 风力机的日常检修维护, T7 B+ w( }2 w4 ]# u8 B- l
8.2.2 风力机的定期检修维护
8 Q, S8 r2 {, z, e: n8.2.3 紧急状况停机
# o( v1 _; @& @8.2.4 重要零部件的维护) g0 ~) Z; C8 U% z9 a
8.2.5 风力机对自然灾害的防护
) G% L9 R/ n$ ~/ X. N6 C, Y$ e1 t9 g! o1 ]0 d& N* T
第9章 风力机故障和故障诊断5 O4 Z! v0 h! X/ V0 w: x# H9 @
9.1 风力机叶片故障分析
. I: u4 T, [& H) v$ s' Z: G# s9.1.1 风力机叶片逐年受损状况# W# @5 i- n `6 i
9.1.2 声音辨别叶片受损技巧/ z9 Z/ i& I2 @, T5 [, h
9.1.3 沿海和干旱地区叶片对比
% J3 W& a9 v: Z0 t- v9.1.4 风力机叶片目测技巧
% u5 h; Z: ^6 G9.2 增速箱故障分析
4 S1 M7 c* ?1 {4 g+ ?0 r; S' S9.2.1 齿轮箱常见故障及预防措施 P4 {" k8 t4 m) M4 ~& M; `$ w% ?+ }0 B
9.2.2 齿轮箱故障诊断
1 G C3 ]- G% J0 a0 B; H1 b, @9.3 发电机故障分析
: x5 v5 h. T r0 S+ D4 r9 G$ y9.4 风力机迎风装置及故障分析) n0 s' y. V1 r1 x9 i( {
9.4.1 迎风装置的组成
' E4 j0 F4 x% o% R, C$ p4 \9.4.2 偏航电机过负荷故障原因
4 ?: B9 |) m8 S) u$ G' O) Q+ Q3 V9.5 塔架故障分析及塔筒防腐
1 C4 u: T5 U- z/ A) x5 c+ C$ T9.5.1 动载荷对塔架的影响& ]3 G( W! p+ _; d+ d" R4 ~
9.5.2 风力机内外塔筒防腐+ ?2 d+ s$ n/ [) e4 n i( I
9.6 风力机部件故障诊断技术7 a2 S5 [, `$ T5 U _8 g: u8 e
9.6.1 叶片故障分析; T: v7 H- v2 Y6 j5 y6 Q- U
9.6.2 小型风力机剧烈抖动: h- Q) s& H9 w
9.6.3 风力机调向不灵
9 E G, K. z* ?8 s6 r) s! S5 D9.6.4 风力机异常杂音
, C6 S' U3 ~* {& j" f) [9.6.5 发电机不发电
0 y* u2 w' F, `3 `# m9 k0 ^9.6.6 风轮转速明显降低
* l) o7 R: s, J; p' a( l/ S9.6.7 发电机输出电压低! X& s; F) [8 b; `
9.6.8 蓄电池输出电容不足* I! y( L" M- ~+ [( ?6 N1 Q% n$ u
6 K6 ^4 `' W8 N. c/ ?! k. _$ Z7 \$ k第10章 新型风力机
9 N6 U, G1 _8 p10.1 直接驱动式风力机7 }4 F U# l2 B( L* w5 I
10.1.1 直接驱动式风力机原理
! Z. X: g. T6 b8 H8 R! z. t10.1.2 离网型低速永磁发电机& Y# f- q) p+ v% w
10.1.3 变速直驱永磁发电机控制系统
% u: I- n4 r+ d' p4 j10.2 低温式风力机
- W$ U, m/ t5 M( B# E! a10.2.1 低温环境对风力发电机组的影响. r. v7 M8 R9 T
10.2.2 低温对风轮叶片的影响+ P/ F1 q r) s$ a: N( f; n4 g
10.2.3 高原环境对风力发电的影响
# P' \3 u' U2 e5 p8 I$ l1 n10.2.4 风力机在恶劣环境下的可靠性研究& M6 y" a& v' u, _# C0 d! p
10.2.5 热带气旋对风电场安全性的影响7 {% s8 W6 X- P# f
10.3 海上风力发电式风力机
& \0 l/ K4 o& N* J6 C10.3.1 海上风电场
9 o8 o1 ] X8 ]* y2 m7 P1 a10.3.2 海上风力发电技术
+ b d, F. a1 i4 q$ D10.3.3 国内海上风电场建设
/ Z. }& |& d8 F10.3.4 大功率浅海风电场风投资概算
. C! Z* V- E, p2 o7 J! B10.3.5 丹麦的海上风力发电
] c* P' s: I e! {10.3.6 漂浮式海上风电场7 s3 P5 v g0 m4 ?
10.3.7 近海风电场建设关键技术
. q7 s$ t4 c' }# O) i10.4 太阳能烟囱热能风力发电式风力机2 a" o$ \& o6 Q( e' J: h9 B
10.4.1 太阳能发电
( \) E& ~* H) s5 W* z6 T, s10.4.2 太阳能烟囱热发电
9 D6 R m/ e1 u" u1 U7 N# x10.4.3 太阳能烟囱发电系统理论基础) U5 l5 J: d! p4 U' u& i
10.4.4 热能风力涡轮机设计% U2 p5 V' E6 q# _; l4 D$ `/ Z& f1 `
10.4.5 太阳能烟囱电厂热能风力涡轮机方案/ a, r( B4 G S) C) S. @
附录 典型风力机设计数据
" s4 L, s2 @$ {参考文献
8 F! K, T y! d/ o! R/ ] F6 L* x |
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发表于 2018-2-10 13:21:51
