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第1章 绪论1

1.1 风力发电机组的构成与分类1

1.1.1 风力发电机组的构成1

1.1.2 风力发电机组的分类2

1.2 设计依据和内容4

1.2.1 设计依据4

1.2.2 设计内容4

1.3 设计原则和步骤5

1.3.1 设计原则5

1.3.2 设计步骤8

习题9

第2章 风力发电机组机械设计基础10

2.1 风力发电机组的外部条件10

2.1.1 风力发电机组等级10

2.1.2 风况11

2.1.3 其他环境条件16

2.1.4 电网条件17

2.2 风力发电机组结构设计17

2.2.1 载荷17

2.2.2 设计工况和载荷状态18

2.2.3 载荷计算21

2.3 极限状态分析22

2.3.1 载荷和材料的局部安全系数22

2.3.2 极限强度分析23

2.3.3 疲劳失效分析24

2.3.4 稳定性分析25

2.3.5 临界挠度分析25

2.3.6 特殊局部安全系数25

习题25

第3章 总体设计26

3.1 总体参数26

3.1.1 额定功率26

3.1.2 设计寿命26

3.1.3 额定风速、切入风速和切出风速26

3.1.4 风轮转速26

3.1.5 发电机额定转速和转速范围28

3.1.6 重要几何尺寸29

3.1.7 总质量、质心与转动惯量30

3.1.8 年度发电量31

3.2 总体布局及部件集成化32

3.2.1 总体布置原则32

3.2.2 风力发电机组的典型布局33

3.2.3 部件的集成化34

3.3 整体校核计算35

3.3.1 计算内容与数学模型35

3.3.2 模型的后处理36

3.4 模型实验38

3.4.1 相似条件38

3.4.2 相似结果40

3.4.3 模型机实验中的问题41

3.5 设计成本模型42

习题44

第4章 风轮与叶片设计45

4.1 概述45

4.1.1 叶片的基本概念45

4.1.2 风轮的几何参数46

4.1.3 风轮的物理特性48

4.2 风轮的载荷设计计算48

4.2.1 作用在风轮上的力和力矩48

4.2.2 叶片载荷50

4.2.3 叶片的受力分析51

4.2.4 风轮的强度校核53

4.3 叶片的气动设计53

4.3.1 风力机的性能指标53

4.3.2 风力机的空气动力学设计55

4.3.3 叶片结构设计与制造60

4.4 轮毂的结构设计与载荷分析68

4.4.1 风轮轮毂的结构设计68

4.4.2 风轮轮毂的载荷分析69

4.5 叶片的设计软件介绍70

4.5.1 Garrad Hassan综合软件包70

4.5.2 ANSYS软件71

习题73

第5章 传动与控制机构设计75

5.1 主传动链设计概述75

5.1.1 主传动链的布局形式75

5.1.2 主传动链的主要部件78

5.1.3 主传动链齿轮传动特点与设计要求83

5.1.4 齿轮箱的基本传动形式与构成85

5.2 齿轮传动设计基础86

5.2.1 轮系的概念86

5.2.2 行星轮系的传动比88

5.2.3 组合轮系88

5.3 风力发电机组齿轮箱设计89

5.3.1 设计标准89

5.3.2 设计载荷90

5.3.3 齿轮箱的结构设计92

5.3.4 传动效率与噪声93

5.3.5 润滑与冷却94

5.4 主传动链制动机构的设计96

5.4.1 风力发电机组关机过程的规划96

5.4.2 风力发电机组关机过程的运动方程97

5.4.3 空气动力制动的设计99

5.4.4 机械制动的设计100

5.5 变桨距执行机构的设计102

5.5.1 风力发电机组变桨距过程的规划102

5.5.2 风力发电机组变桨距过程的运动方程102

5.5.3 电力驱动机构设计104

5.5.4 液压驱动机构设计105

5.6 偏航执行机构的设计107

5.6.1 风力发电机组偏航过程的规划107

5.6.2 偏航设计载荷的确定108

5.6.3 偏航驱动机构设计110

5.6.4 偏航制动机构设计110

习题110

第6章 塔架与基础设计112

6.1 设计概述112

6.1.1 塔架的设计要素112

6.1.2 塔架的基本结构形式114

6.2 塔架的载荷分析115

6.2.1 塔架载荷的基本类型115

6.2.2 塔架的主要载荷116

6.3 塔架的结构设计118

6.3.1 基本设计内容118

6.3.2 钢筒塔架的方案设计119

6.3.3 塔架的强度设计120

6.3.4 塔架的动特性分析123

6.3.5 塔筒的制造要求124

6.4 塔架基础设计124

6.4.1 基本设计要求124

6.4.2 基础的形式设计125

6.4.3 基础的设计计算127

6.4.4 基础土层对塔架固有频率的影响129

习题130

第7章 风力发电机组的制造131

7.1 材料131

7.1.1 钢材131

7.1.2 铸铁133

7.1.3 铝合金133

7.1.4 纤维增强塑料134

7.1.5 钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土135

7.1.6 木材137

7.2 制造工艺137

7.2.1 焊接137

7.2.2 螺纹或铆钉连接138

7.2.3 纤维增强塑料的层压138

7.2.4 胶接140

7.2.5 混凝土制造、养护和质量控制141

7.2.6 木材加工（机械加工）143

7.3 装配工艺143

7.3.1 装配的基础知识143

7.3.2 机舱的装配145

7.4 机舱部分试验153

7.4.1 试验目的153

7.4.2 试验条件153

7.4.3 试验准备154

7.4.4 功能试验和部分性能试验154

7.4.5 试验数据记录、整理与分析处理155

习题155

参考文献156