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2MW-10型两叶片水平轴风力机设计

1设计参数2气动设计3性能曲线4主要零部件机构设计5设计总结

设计参数额定功率2MW额定风速10m/s切入风速3.5m/s切出风速25m/s极限风速60m/s风场大气压85.8kpa平均气温15℃叶片数2风轮直径104m

数据计算空气密度风轮直径叶尖速比计算马赫数风轮转速等分叶片计算过渡段各截面周速比翼型选择NACA63---412NACA63---415NACA63---418程序迭代确定控制方式编写流程图进行编程迭代输出结果气动设计

设计方法本次设计采用的是动量—叶素理论与扩展的Glauert漩涡方法相结合，既考虑到了轴向和周向诱导，也考虑到了叶尖和叶根损失，并对其进行了修正，扩展的Glauert漩涡方法利用数值法得到轴向和周向诱导因子，并充分考虑了叶片各个部位的能量损失情况，从而可以设计出气动性能更好的叶片，使气动与结构因素都得到优化。

数据计算1.空气密度ρ=1.038kg/m32风轮直径D=104m3.叶尖速比λγ=84.马赫数Ma=0.25.风轮转速n=14.7r/min6.轮毂半径r=2m过渡段r0=7.8m等风叶片等分为21段每段长2.2m7.各截面周速比λ1=0.851λ2=1.091λ3=1.331λ4=1.571λ4=1.571λ5=1.81λ6=2.05λ7=2.29λ8=2.53λ9=2.77λ10=3.01λ11=3.25λ12=3.49λ13=3.73λ14=3.97λ15=4.21λ16=2.53λ17=4.69λ18=4.93λ19=5.17λ20=5.41λ21=5.671

NACA63-412最优攻角α=4.25Clmax=1.3192Cdmax=0.11779NACA63-415最优攻角α=5.25Clmax=1.4429Cdmax=0.1103NACA63-418最优攻角α=6.5Clmax=1.4052Cdmax=0.10182翼型选择翼型选择要考虑升阻比高，时速平缓，压力中心随迎角变化小，相对厚度满足结构设计和受力要求，工艺性好，此次设计选择的NACA翼型是最具有代表性的低速航空翼型，特点是使翼型上的最低压力点后移，以增加层流附面层的长度，降低翼型的摩擦阻力。

NACA63-412NACA63-415NACA63-418各翼型的拟合曲线

控制方式此次设计由于是大型风力机，所以采用变速变桨的控制方式，其原理是当风速小于额定风速时通过调整风轮转速来选用最优叶尖速比，进而使CP达到最优，从而使输出功率达到额定功率，当风速大于额定风速时通过转动整个或部分叶片安装角，减小攻角从而减小升力系数，以达到控制功率输出的目的。

流程图如下

程序迭代

程序输出结果如下

性能曲线图如下

气动外形图

主轴塔筒偏航系统主要零部件塔筒高度、结构、基础、法兰设计、塔筒壁厚、轴的载荷计算、轴的扭矩强度校核、轴承选择、联轴器设计选择偏航轴承选择、制动器

塔筒塔架是风力发电机组主要承载结构，要承受机舱的重量、风轮作用以及风作用在塔筒上的弯矩、剪力、转矩等的作用，还要承受风轮引起的振动载荷。本次设计塔筒的结构采用锥筒式。塔架包括塔筒和塔门等。本次设计选择锥形钢制管状塔架，锥形塔架通常由一系列成对的金属板卷成两个竖直焊缝连接的半锥台制造。锥台高度由于设备能力的有限一般为2-3m，在此次设计中锥台高度选择2.5m。

塔筒设计数据1.塔筒高100m2.塔架结构下段：10%H=10m中下段：25%H=25m中上段：25%H=25m上段：40%H=40m3.强度计算：塔筒的根部强度分析是确定塔架整体结构的基础设计依据。4.法兰设计底部法兰:内径Φ4m螺栓中心线内径Φ4.1m螺栓选取120XM36法兰三:内径Φ3.699m螺栓中心线内径Φ3.799m外径Φ=3.899m螺栓选取100XM36法兰二:内径Φ3.525m螺栓中心线内径Φ3.585m外径Φ=3.645m螺栓选取90XM36法兰一:内径Φ3.272m螺栓中心线内径Φ3.332m外径Φ=3.392m螺栓选取80XM36顶部法兰：内径Φ2.895m螺栓中心线内径Φ2.955m外径Φ=3.015m螺栓