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风力发电基础理论题库

第一章风力发电的历史与发展

填空题

1、中国政府提出的风电规划目标是2010年全国风电装机达到（500万千瓦），到2020年风电装机达到（3000万千瓦）。

2020年之后风电超过核电成为第三大主力发电电源，在2050年前后（达到或超过4亿千瓦），超过水电，成为第二大主力发电电源。

简答题

1、风力发电的意义？

（1）提供国民经济发展所需的能源

（2）减少温室气体排放

（3）减少二氧化硫排放

（4）提高能源利用效率，减轻社会负担

（5）增加就业机会

2、风力机归纳起来，可分为哪两大类？

（1）水平轴风力机，风轮的旋转轴与风向平行，

（2）垂直轴风力机，风轮的旋转轴垂直于地面或气流方向，

3、风电机组发展趋势？

（1）从定桨距（失速型）向变桨距发展

（2）从定转速向可变转速发展

（3）单机容量大型化发展趋势

第二章风资源与风电场设计

填空题

1、风能大小与（气流通过的面积）、（空气密度）和（气流速度的立方）成（正比）。

2、风速的测量一般采用（风杯式风速计）。

3、为了描述风的速度和方向的分布特点，我们可以利用观测到的风速和风向数据画出所谓的（风向玫瑰图）。

4、风电场的机型选择主要围绕风电机组运行的（安全性）和（经济性）两方面内容，综合考虑。

简答题

1、简述风能是如何的形成的

在赤道和低纬度地区，太阳高度角大，日照时间长，太阳辐射强度强，地面和大气接受的热量多、温度较高；在高纬度地区太阳高度角小，日照时间短，地面和大气接受的热量小，温度低。

这种高纬度与低纬度之间的温度差异，形成了南北之间的气压梯度，使空气作水平运动。

地球在自转，使空气水平运动发生偏向的力，所以地球大气运动除受气压梯度力外，还要受地转偏向力的影响

2、风能的基本特征？

（1）风速

（2）空气密度与叶轮扫风面积

（3）风能密度

（4）叶轮气流模型

3、测风注意事项？

最佳的风速测量方法是在具有风资源开发潜力的地区安装测风塔，测风高度与预装风电机组的轮毂高度尽量接近，并且测风设备安装在测风塔的顶端，这样，一方面可以减小利用风切变系数计算不同高度处的风速所带来的不确定性，另一方面也可以减小测风塔本身对测风设备造成的影响（塔影效益），如果测风设备安装在测风塔的中部，应尽量使侧风设备的支架方向与主风向保持垂直，并使侧风设备与测风塔保持足够的距离。

名词解释

1、风速：

风速是单位时间内空气在水平方向上所移动距离。

2、空气密度与叶轮扫风面积：

风力发电机通过把风力转化为作用在叶片上的转矩获得能量，这部分能量取决于流过叶轮的空气的密度，叶轮的扫风面积和风速。

3、风能密度：

通过单位截面积的风所含的能量称为风能密度，常以W/m2来表示。

4、风能密度的计算公式是：

第三章风力发电的空气动力学原理

填空题

1、风电机组叶片的上侧比下侧弯曲（幅度大），叶片上侧比叶片下侧的气流速度（要大），这就导致叶片两侧产生压力差。

2、根据气体的伯努力方程知叶片上侧是（低压区），叶片下侧是（高压区）。

叶片获得垂直于气流方向的（升力）。

3、风轮尖速比是风轮的一个重要参数，它指的是（风轮叶片叶尖线速度与来流风速的比值）。

4、目前主要有两种调节功率的方法，都是采用空气动力方法进行调节的。

一种是（定桨距（失速）调节方法）；一种是（变桨距调节方法）。

5、失速控制主要是通过（确定叶片翼型的扭角分布），使风轮功率达到（额定点后），减少升力提高阻力来实现的。

6、变桨距控制主要是通过（改变翼型迎角变化），使翼型升力变化来进行调节的。

变桨距控制多用于大型风力发电机组。

7、变桨距控制是通过叶片和轮毂之间的（轴承机构转动叶片来减小迎角），由此来减小翼型的升力，达到（减小作用在风轮叶片上的扭矩和功率）的目的。

简答题

1、简述失速控制型风轮的优缺点。

优点：

（1）叶片和轮毂之间无运动部件，轮毂结构简单，费用低；

（2）没有功率调节系统的维护费；

（3）在失速后功率的波动相对小。

缺点:

（1）气动刹车系统可靠性设计和制造要求高；

（2）叶片、机舱和塔架上的动态载荷高；

（3）由于常需要刹车过程，在叶片和传动系统中产生很高的机械载荷；

（4）起动性差；

（5）机组承受的风载荷大；

（6）在低空气密度地区难于达到额定功率。

2、简述变桨距控制风轮的优缺点

优点：

（1）起动性好；

（2）刹车机构简单，叶片顺桨后风轮转速可以逐渐下降；

（3）额定点以前的功率输出饱满；

（4）额定点以后的输出功率平滑；

（5）风轮叶根承受的静、动载荷小。

缺点：

（1）由于有叶片变距机构、轮毂较复杂，可靠性设计要求高，维护费用高；

（2）功率调节系统复杂，费用高。

第四章风力发电机组整体结构介绍

填空题

1、机舱由（底盘）和（机舱罩）组成，底盘上安装除了控制器以外的主要部件。

机舱罩后部的上方装有（风速和风向传感器），舱壁上有（隔音和通风）装置等，底部与塔架连接。

2、风轮是获取风中能量的关键部件，由（叶片和轮毂）组成。

叶片根部是一个法兰，与（回转轴承）连接，实现（变桨过程）。

3、风轮按叶片数可以分为（单叶片）、（双叶片）、（三叶片）和（多叶片风轮）。

4、按照叶片能否围绕其纵向轴线转动，可以分为（定桨距风轮）和（变桨距风轮）。

5、风轮的作用是（把风的动能转换成风轮的旋转机械能）。

6、目前叶片多为（玻璃纤维增强复合材料（GRP）），基体材料为（聚酯树脂或环氧树脂）。

7、用于叶片制造的主要材料有（玻璃纤维增强塑料（GRP））、（碳纤维增强塑料（CFRP））、（木材）、（钢和铝）等。

简答题

1、简述定桨距风轮与变桨距风轮的特性及其区别

（1）定桨距风轮叶片与轮毂固定连接，结构简单，但是承受的载荷较大。

在风轮转速恒定的条件下，风速增加超过额定风速时，如果风流与叶片分离，叶片将处于“失速”状态，风轮输出功率降低，发电机不会因超负荷而烧毁。

（2）变桨距风轮的叶片与轮毂通过轴承连接。

虽然结构比较复杂，但能够获得较好的性能，而起叶片轴承载荷较小，重量轻。

另外按转速的变化又可以分为定转速风轮和变转速风轮。

变转速风轮的转速随风速变化可以使风轮保持在最佳效率状态下运行，获取更多的能量，并减小因阵风引起的载荷。

但是变转速发电机的结构复杂，还需要通过交-直-交变流装置与电网频率保持同步的装置，又消耗了一些能量。

2、叶片的几何参数有哪些？

（1）叶片长度

（2）叶片面积

（3）叶片弦长

（5）叶片扭角

2、风轮的几何参数

（1）叶片数

（2）风轮直径

（3）风轮中心高

（4）风轮扫掠面积

（5）风轮锥角

（6）风轮仰角

（7）风轮偏航角

（8）风轮实度

3、轻型结构叶片的优缺点如下。

优点：

（1）在变距时驱动质量小，很小的叶片机构动力下产生很高的调节速度；

（2）减少风力发电机组总重量；

（3）风轮的机械刹车力矩很小；

（4）周期振动弯矩由于自重减轻而很小；

（5）减少了材料成本；

（6）运费减少；

（7）便于安装。

缺点：

（1）要求叶片结构必须可靠，制造费用高；

（2）所用材料成本高；

（3）风轮推力小，风轮在阵风时反应敏感，因此，要求功率调节也要快；

（4）材料特性及载荷计算必须很准确，以免超载。

4、目前世界上绝大多数叶片都采用复合材料制造，复合材料具有哪些优点？

（1）可设计性强

（2）易成型性好

（3）耐腐蚀性强

（4）维护少、易修补

5、雷击造成叶片损坏的机理是？

一方面雷电击中叶片叶尖后，释放大量能量，使叶尖结构内部的温度急骤升高，引起气体高温膨胀，压力上升，造成叶尖结构爆裂破坏，严重时使整个叶片开裂；

另一方面雷击造成的巨大声波，对叶片结构造成冲击破坏。

名词解释

叶片长度：

叶片径向方向上的最大长度。

叶片面积：

叶片面积通常理解为叶片旋转平面上的投影面积。

叶片弦长：

叶片径向各剖面翼型的弦长。

叶片根部剖面的翼型弦长称根弦，叶片尖部剖面的翼型弦长称尖弦。

叶片扭角：

叶片各剖面弦线和风轮旋转平面的扭角。

风轮直径：

风轮直径是指风轮在旋转平面上的投影圆的直径。

风轮中心高：

风轮中心高指风轮旋转中心到基础平面的垂直距离。

风轮扫掠面积：

风轮扫掠面积是指风轮在旋转平而上的投影面积。

风轮锥角：

风轮锥角是指叶片相对于和旋转轴垂直的平面的倾斜度。

风轮仰角：

风轮的仰角是指风轮的旋转轴线和水平面的夹角。

风轮偏航角：

风轮偏航角是指风轮旋转轴线和风向在水平面上投影的夹角。

风轮实度：

风轮实度是指叶片在风轮旋转平面上投影面积的总和与风轮扫掠面积的比值，实度大小取决于尖速比。

第五章风力发电机组机械传动系统

填空题

1、风力发电机组的机械机构主要包括（叶片）、（轮毂）、（偏航系统）、（主轴）、（主轴承）、

（齿轮箱）、（刹车系统）、（液压系统）、（机舱及塔架）等。

2、轮毂是（联接叶片与主轴）的重要部件，它承受了风力作用在叶片上的推力、扭距、弯距及陀螺力距。

通常轮毂的形状为（三通形）或（三角形）。

3、风轮轮毂的作用是（传递风轮的力和力矩到后面的机械结构中去，由此叶片上的载荷可以传递到机舱或塔架上）。

4、在风力发电机组中大量采用（高强度球墨铸铁）作为轮毂的材料。

5、在风力发电机组中，主轴承担了（支撑轮毂处传递过来）的各种负载的作用，并将扭矩传递给增速齿轮箱，将轴向推力、气动弯矩传递给机舱、塔架。

6、在风力发电机组中，联轴器常采用（刚性联轴器）、（弹性联轴器（或万向联轴器））两种方式。

7、（刚性联轴器常）用在对中性好的二轴的联接，而（弹性联轴器）则可以为二轴对中性较差时提供二轴的联接，更重要的是弹性联轴器可以提供一个（弹性环节），该环节可以吸收轴系因外部负载的波动而产生的额外能量。

8、在风力发电机组中通常在低速轴端（主轴与齿轴箱低速轴联接处）选用（刚性联轴器）。

一般多选用（涨套式联轴器）、（柱销式联轴器）等。

在高速轴端（发电机与齿轮箱高速轴联接处）选用（弹性联轴器（或万向联轴器）），一般选用（轮胎联轴器），或（十字节联轴器）。

9、机械刹车是一种（制动式减慢旋转负载）的装置。

10、机械刹车还可以根据作用方式分为（气动液压）、（电磁）、（电液）、（手动）等形式。

11、按工作状态分，制动器可分为（常闭式）和（常开式）。

常闭式制动器靠弹簧或重力的作用经常处于（紧闸状态），而机构运行时，则用人力或松闸器使制动器松闸。

与此相反，常开式制动器经常处于（松闸状态），只有施加外力时才能使其紧闸。

12、在风力发电机组，最常用的机械刹车为（盘式）、（液压）、（常闭式制动器）。

13、常用的盘式制动器结构形式有（钳盘式）、（全盘式）及（锥盘式）三种。

14、风力发电机组中的齿轮箱是一个重要的机械部件，其主要功能是（将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速）。

15、轮系可以分为两种类型：

（定轴轮系）和（周转轮系）。

16、风力发电机组齿轮箱的种类很多，按照传统类型可分为（圆柱齿轮箱）、（行星齿轮箱）以及它们互相组合起来的齿轮箱；按照传动的级数可分为（单级）和（多级）齿轮箱；按照转动的布置形式又可分为（展开式）、（分流式）和（同轴式）以及（混合式）等等。

17、齿轮箱的常见故障有（齿轮损伤）、（轴承损坏）、（断轴）和（渗漏油）、（油温高）等。

18、风力发电机组的偏航系统一般分为（主动偏航系统）和（被动偏航系统）。

对于并网型风力发电机组来说，通常都采用（主动偏航的齿轮驱动）形式。

19、（解缆）和（纽缆）保护是风力发电机组的偏航系统所必须具有的主要功能。

偏航系统的偏航动作会导致机舱和塔架之间的连接电缆发生（纽绞），所以在偏航系统中应设置与方向有关的计数装置或类似的程序