附录2《风力发电实验室建设方案》中国建设招标网Word文件下载.docx
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传动系统：
包括主轴、齿轮箱和联轴节。
轮毂与主轴固定连接，将风轮的转矩传递给齿轮箱。
也可将主轴与齿轮箱的输入轴合为一体。
由于模拟大型风力发电机组，风轮的转速可考虑在0～30r/min范围内,通过齿轮箱增速经高速轴驱动发电机旋转。
偏航系统：
偏航系统要求跟踪风向的变化，驱动机舱围绕塔架中心线旋转，使风轮扫掠面与风向保持垂直。
将模拟风向信号经传感器发给控制器，经过与风轮的实际方位进行比较后，发出指令给偏航电动机，驱动小齿轮沿着与塔架顶部固定的大齿圈移动，经过偏航轴承使机舱传动，直到风轮对准模拟风向后停止。
液压系统：
要求为油缸和制动器提供驱动压力。
液压系统由电动机、油泵、油箱、过滤器、管路及各种液压阀等组成。
油缸主要是用于驱动变桨距风轮的变距机构。
制动系统：
本并网型风力发电机组要求设置空气动力制动和机械制动两部分。
要求变桨距风轮能处于顺桨位置时模拟利用空气阻力使风轮减速或停机的状态，以便显示空气动力制动原理。
要求在齿轮箱的高速输出轴上设置的盘式制动器，进行机械制动。
本实训系统在运行时要让机组停机，首先采用模拟空气制动，由原动机减速来模拟风轮减速，再采用机械制动使风轮停转。
发电机：
将风轮的机械能转换为电能，本并网型风力发电机组要求采用双馈异步发电机。
当模拟风速增加使齿轮箱高速输出轴转速达到异步发电机同步转速时，机组并入电网，向电网送电。
模拟风速继续增加，发电机转速也略为升高，增加输出功率。
达到额定模拟风速后，通过风轮叶片的调节，模拟稳定在额定功率不再增加。
反之模拟风速减小，发电机转速低于同步转速时，则从电网吸收电能，处于电动机状态，经过适当延时后脱开电网。
控制系统：
包括控制和监测两部分，控制部分要求有手动控制和自动控制。
可在现场根据需要进行手动控制，自动控制要求在无人值守的条件下实施运行人员设置的控制策略，保证机组正常安全运行。
监测部分将各种传感器采集到的数据送到控制器，经过处理作为控制参数或作为原始记录储存起来，在机组控制的显示屏上可以查询，也应送到实验室中央控制室的电脑系统。
安全系统：
要保证机组在发生非正常情况时立即停机，风轮被制动停止旋转。
4、对并网型风力发电机组主要参数的要求
本并网型风力发电机组要求提供一个功率曲线图，横坐标是风速，纵坐标是机组的输出功率。
功率曲线主要分为上升和稳定两部分，机组开始向电网输出功率时的模拟风速称为切入风速。
随着模拟风速的增大，输出功率上升，输出功率大约与风速的立方成正比，达到额定功率值时的风速称为额定风速。
此后模拟风速再增加，由于风轮的调节，功率保持不变。
5、对并网型风力发电机组布局和中心位置的要求
投标建设厂家首先论证总体设计任务和技术要求，以现有技术确定机组、布局，确定所设计模拟风力发电机组的几何尺寸、重量和性能等基本特性。
5.1、整机总体布置
整机各部件、各系统、附件和设备等布置要求合理、协调、紧凑，保证正常工作和便于维护等要求，并考虑有效合理的重心位置。
6、对并网型风力发电机组风轮总体参数的要求
6.1、风轮叶片数B
由于三叶片的风力发电机的运行和输出功率较平稳，本并网型风力机采用三叶片风轮。
6.2、风轮直径D
风轮直径应根据实验室场地限制考虑尽量取长（并网机组的风轮叶片长度缩短）。
6.3、设计风速
风力发电机组的平均毛呢风速和频度，按实际工程型机组的范围进行。
6.4、尖速比λ
本并网型风力发电机组采用变桨距的风轮叶片，要求在风轮起动时，变距角要能调节到较大值，随着风轮转速的增加逐渐减小。
要求根据风轮设计转速和发电机转速来选择齿轮箱传动比，最后再用公式λ=RΩ/V进行尖速比的计算，确定其设计参数。
6.5、其他
塔筒高度建议取1米，风轮中心高度是指风轮中心离安装处地面的高度，风轮中心离地高度应根据风轮机在机架上的布置而定。
7、对并网型风力发电机组动力学特性的要求
要求具有良好的动力学特性，足够的动力稳定性裕度，可接受的风轮及机体振动载荷以及低的水平振动。
本并网型风力发电机组主要应考虑动载荷、振动及动力稳定性等三个方面。
7.1动载荷
本并网型风力发电机组的原动力考虑在模拟风力源系统风能的作用下通过传感系统控制并网型风力发电机组的原动机驱动，原动机要求能模拟作用于风轮叶片上的周期性气动载荷引起的动响应，因此在机构、传动、结合发电方面应尽量实现系统的展示。
7.2振动
本并网型风力发电机组除风轮外，电机、传动系统及其支撑结构等设计都应考虑减轻振动问题。
7.3动力稳定性
为了保证并网型风力发电机组在使用中不出现整机动力不稳定性，就要求机组在其整个运行范围内不存在整机动力不稳定区。
风力发电机组开车时风轮转速总是从零开始加速，因而这个工作转速范围也就是从零一直到最大转速。
此外，为了保证一定的安全裕度，要求整机动力不稳定区的下边界不低于最大转速的120%。
8、对并网型风力发电机组整机可靠性的要求
可靠性是并网型模拟风力发电机组基本质量标志，是风电教学实训质量的重要组成部分。
可靠性是来自设计制造和使用维护、设计制造可靠性是影响实训系统可靠性的重要因素，因此要求投标单位必须进行认识的设计和制造。
9、对并网型风力发电机组结构设计的要求
并网型模拟风力发电机组的结构设计内容主要包括叶片、轮毂、偏航系统、主轴、主轴承、齿轮箱、刹车系统、液压系统、机舱及塔架的结构设计。
9.1并网型风力发电机组的结构设计基本原则
9.1.1技术性尽可能采用成熟的新技术、新材料、新工艺，保证风力发电机组满足总体设计技术指标。
9.1.2经济性综合考虑包括模拟风力发电机组的制造成本、运行及维护成本。
9.1.3可靠性应该科学、合理的综合考虑技术指标、经济性指标，最终满足可靠性指标。
9.2并网型风力发电机组结构设计的一般要求
部件设计的主要任务是选择部件的结构形式，布置结构的主要构件、确定构件的尺寸参数等。
在这个基础上进行具体的细节设计，绘制出全部的工程图。
9.2.1强度、刚度要求：
机舱底盘平台、叶片、塔架等各受力构件及其组合部件必须能承受相应状态载荷的足够强度、刚度。
9.2.2动力学要求：
区别于一般机械结构设计的要求，并网型风力发电机组动部件所受载荷是交变载荷，设计时，应考虑质量、刚度分布对构件、整机的固有特性的影响，使得部件、整机的固有频率避开激振力频率，降低动应力水平、提高部件以及整机的寿命和可靠性。
9.2.3工艺性要求：
结构的工艺性是指在具体生产条件对所设计的结构能使其在生产过程实现的可能性程度。
9.3对结构优化设计的要求
由于建设经费有限，并网型风力发电机组应从各种可能的多个结构设计方面寻求满足设计要求的最好方案，使得结构设计既满足强度、刚度、工艺性要求而又使得结构重量轻、制造成本低。
为了实现这个目的，在优化设计过程中，需要不断改变设计变量，使之按教学实训要求的方面变化，因此，结构优化设计就是一个分析→设计→再分析→再设计……的过程。
要形成使总体、结构、工艺设计一体化的设计方法。
结构设计不是一个简单的设计过程，要同时考虑大量复杂的条件，以达到结构可靠性要求和优化设计的目的。
建议考虑下述两种设计方法：
一是根据载荷及功能要求进行结构设计；
二是根据结构进行载荷校核。
10、对并网型风力发电机组总体布置及动力系统的设计要求
10.1对机组总体布置的要求
风力发电机传动及偏航系统和机舱底盘的结构设计方案中，采用当前最流行的一字型或一字型的改变型。
10.2、对轮毂的要求
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推力、扭矩、弯矩及陀螺力矩。
风轮轮毂传递风轮的力和力矩到后面的机械结构中去。
它是影响风机性能和质量的关键部件。
并网型模拟风力发电机组轮毂的形状要求采用三通型轮毂或三角形轮毂。
轮毂的结构要求采用铸造结构或焊接结构，材料要求采用铸钢或高强度球墨铸铁。
10.3、对主轴的要求
在并网型模拟风力发电机组中，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。
在结构允许的条件下，应将主轴尽量设计的保守一些。
主轴的主要结构一般有挑臂梁结构和悬臂梁结构两种，
本并网型模拟风力发电机组要求采用三点式支撑的悬臂梁结构主轴，悬臂梁结构主轴上的一个支撑由轴承架支撑；
另一支撑由齿轮箱支撑。
这种结构的前支点为刚性支撑，后支点（齿轮箱）为弹性支撑，能够吸收突变负载。
10.3.1.主轴的材料选用：
由于风力发电机组主轴受力复杂，要求选用优质钢材。
10.3.2.轴静强度的安全系数校核轴的静强度是根据轴的短时最大载荷（包括动载荷和冲击载荷）来计算的。
校核的目的是保证轴对塑性变形的抵抗能力。
10.4、对联轴器的要求
在风力发电机组中，常采用刚性联轴器、弹性联轴器（或万向联轴器）两种方式。
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，更重要的是弹性联接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。
在并网型风力发电机组中要求在低速轴端（主轴与齿轴箱低速轴联接处）选用刚性联轴器，可考虑选用胀套式联轴器、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）要求选用弹性联轴器（或万向联轴器），可考虑选用轮胎联轴器，或十字节联轴器。
10.5、对机械刹车的要求
机械刹车是一种制动式减慢旋转负载的装置，要求制动可靠。
机械刹车根据作用方式可以分为气动液压、电磁、电液、受动等形式。
按工作状态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。
在并网型风力发电机组中具体方式可由生产厂家确定，建议采用常闭式制动器。
11、对并网型风力发电机组机舱底盘结构设计的要求
风力发电机组的机舱除了承担容纳所有机械部件外，还承受所有外力（包括静负载及动负载）的作用。
对机舱的强度及刚度的要求将更为苛刻，特别是对机舱底盘的结构设计要求较高，本模拟风力发电机组机舱底盘在确保学生实训安全的情况下，可根据实际使用条件设计。
机舱底盘的选择：
1）按制造方法及材料可分为铸造机舱底盘、焊接机舱底盘二类（可考虑采用后者）。
2）按结构形状可分为梁式机舱底盘、框架式机舱底盘、箱式机舱底盘等三类。
（可考虑采用框架式机舱底盘）。
11.1、机舱底盘设计的准则
机舱底盘的设计主要应保证刚度、强度、稳定性及学生实训的重要性。
1）刚度机舱底盘的刚度决定风力发电机组传动链的工作稳定性，决定回转支承工作的稳定性。
2）强度机舱底盘的强度应根据模拟风力发电机组在运转过程中可能发生最大载荷来校核，更重要的还要校核其疲劳强度。
机舱底盘强度和刚度都要从静态和动态两个方面来考虑。
动刚度是衡量机舱底盘抗振能力的指标，而提高机舱底盘抗振性能应从提高机舱底盘构件的静刚度、控制固有频率、加大阻尼等方面入手。
3）稳定性风力发电机组的机舱底盘是一个扁平式结构，其主要受力件稳定性较好，某些受压部件及受压弯结构也可能存在失稳问题，必须加以校核。
11.2、对机舱底盘设计的要求
1）在满足强度及刚度的前提下，机舱底盘应尽量重量轻、成本低；
2）抗振性好；
3）结构设计合理，工艺性良好，便于焊接和机械加工；
4）结构力求便于安装与调整，方便修理和更换零部件及便于学生实训。
5）造型好，使之既适用经济，又美观大方。
11.3、对机舱底盘的材料及处理的要求
焊接机舱底盘具有强度和刚度高、重量轻、生产周期短以及施工简便等优点，因此在风力发电机组中大多采用焊接机舱底盘。
焊接机舱底盘应采用优质钢材。
为了保持尺寸稳定，焊接后必须消除内应力，本并网型风力发电机组考虑采用焊接式机舱底盘。
12、对并网型风力发电机组风轮与叶片的要求
本并网型风力发电机组要求采用变桨距风轮，风轮由一个具有集中变桨控制的叶片及对应的调桨轴承和轮毂组成。
调桨轴承用螺栓联结在轮毂上；
叶片由玻璃纤维制成，并由聚酯材料加固，采用螺栓联结在叶片轴承上，能顺时针转动。
三个叶片的长度根据风机所安装的中心高度确定。
每一个叶片由两个半壳与中间的支承梁组成；
叶片通过叶根螺栓与调桨轴承连结，从而允许叶片转动。
13、对并网型风力发电机组功率调节的要求
当风速达到某一值时，风力发电机组达到额定功率。
自然风的速度变化常会超过这一风速，在正常运行时，不是限制结构载荷的大小，而是发电机超载后过热的问题。
并网型风力发电机组也要设定发电机过载的能力。
控制系统允许发电机短时过载，绝不能长时间或经常过载。
由于风速和功率是三次方的关系，当并网型风力发电机组功率达到额定点以后，必须有相应的功率调节措施，使机组的输出功率不再增加。
本并网型风力发电机组考虑采用变桨距联动原动机的调节方法。
13.1对变桨距控制的要求
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，本并网型风力发电机组采用变桨距控制。
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，以达到减小作用在风轮叶片上的扭矩和功率的目的。
变桨调节时叶片迎角可相对气流连续的变化，以便得到风轮功率输出达到希望的范围。
在90℃迎角时是叶片的顺桨位置。
在风力发电机组正常运行时，叶片向小迎角方向变化而限制功率。
变距范围要求0°
～90°
。
从起动角度0°
到顺桨，叶片就像飞机的垂直尾翼一样。
由于变桨距控制型风轮具有典型教学意义，在并网型风力发电机组中要求能进行实验。
14、对并网型风力发电机组齿轮箱的要求
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。
风轮的转速很低，远达不到发电机发电要求，必须通过齿轮箱轮副的增速作用来实现，故也将齿轮箱称之为增速箱。
本并网型风力发电机组还要求附加一台在风力源风速作用下的原动机系统。
根据机组的总体布置要求，可将与风轮轮毂直接相连的传动轴（俗称大轴）和齿轮箱的输入轴合为一体，其轴端形式是法兰盘连接结构。
也可将大轴与齿轮箱分别布置，其间利用涨紧套装置或联轴节连接的结构。
为了增加机组的制动能力，可考虑在齿轮箱的输入端或输出端设置刹车装置，配合变桨距制动装置共同对机组传动系统进行联合制动。
由于齿轮箱是风力发电机组中的重要设备，故对其可靠性和使用寿命都提出了比一般机械高得多的要求。
对构件材料的要求是，除了常规状态下机械性能外，还应保证齿轮箱平稳工作，防止振动和冲击；
保证充分的润滑条件等。
为模拟冬夏温差巨大的地区，要配置合适的加热和冷却装置。
还要设置监控点，对运转和润滑状态和温度进行遥控。
本模拟风力发电机组是以水平轴风力发电机组用固定平行轴齿轮传动和行星齿轮传动为代表的机组。
14.1、对齿轮箱设计的要求
齿轮箱的设计必须保证在满足可靠性和预期寿命的前提下，使结构简化并且重量最轻。
根据机组要求，采用CAD优化设计，选用合理的设计参数，排定最佳传动方案，选择稳定可靠的构件和具有良好力学特性的材料，配备完整充分的润滑等。
齿轮箱作为传递动力的部件，在运行期间同时承受动、静载荷。
其动载荷部分取决于风轮、发电机的特性和传动轴、联轴器的质量、刚度、阻尼值以及发电机的外部工作条件。
为此要求模拟机组，能对起动、运行、空转、停机、正常起动和紧急制动等各种工况进行试验。
14.2、原动机安装布置
为了使并网型风力发电机组符合实际工程机组的结构特点，要求将原动机安装在齿轮箱内，以学生不宜看到为准。
14.3、对齿轮箱噪声级的要求
风力发电齿轮箱的噪声标准为85dB（A）左右。
噪声主要来自各传动件，故应采取相应降低噪声的措施：
1）适当提高齿轮精度，进行齿形修缘，增加啮合重合度；
2）提高轴和轴承的刚度；
3）合理布置轴系和轮系传动，避免发生共振。
齿轮箱安装时采取必要的减振措施，按规范找正，充分保证机组的联结刚度，将齿轮箱的机械振动控制在GB/T8534规定的C级之内。
14.4、对齿轮箱可靠性的要求
按照假定寿命最少20年的要求，视载荷谱所列载荷分布情况进行疲劳分析，对齿轮箱整机及其零件的设计极限状态和使用极限状态进行极限强度分析、疲劳分析、稳定性和变形极限分析，动力学分析等。
15、对并网型风力发电机组偏航系统分项功能的要求
偏航系统是水平轴式风力发电机组必不可少的组成系统之一。
要求偏航系统满足两个主要作用：
1）是与风力发电机组的控制系统相互配合，使风力发电机组的风轮始终处于迎风状态，充分利用风能，提高风力发电机组的发电效率；
2）是提供必要的锁紧力矩，以保障风力发电机组的安全运行。
本并网型风力发电机组采用主动偏航系统的齿轮驱动形式。
15.1、对偏航系统电缆的要求
实际工程中的风力发电机组为保证机组悬垂部分电缆不至于产生过度的纽绞而使电缆断裂失效，必须使电缆有足够的垂悬量，并要求电缆所允许的扭转角为±
1080度内。
本并网型风力发电机组由于机组中心离地面高度很低，电缆没有足够的垂悬量。
应采取其它方法解决机架转动±
1080度时的电缆进出问题。
15.2、对偏航系统阻尼的要求
为避免风力发电机组在偏航过程中产生过大的振动而造成整机的共振，偏航系统在机组偏航时必须具有合适的阻尼力矩。
阻尼力矩的大小要根据机舱和风轮质量总和的惯性力矩来确定。
其基本的确定原则为确保风力发电机组的偏航时动作平稳顺畅而不产生振动。
只有在阻尼力矩的作用下，机组的风轮才能够定位准确，充分利用风能进行发电。
15.3、对偏航系统解缆和纽缆保护的要求
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，所以模拟风力发电机组也应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对机架的转动的方向和累积角度进行检测。
15.4、对偏航系统偏航转速的要求
对于并网型风力发电机组的运行状态来说，风轮轴和叶片轴在机组的正常运行时不可避免的产生陀螺力矩，这个力矩过大将对风力发电机组的寿命和安全造成影响。
为减少这个力矩对风力发电机组的影响，偏航系统的偏航转速应根据风力发电机组功率的大小通过偏航系统力学分析来确定。
根据实际生产和目前国内已安装的机型的实际状况，偏航系统的偏航转速的推荐值见表15-1，本实训系统采用表15-1中的编号5。
表15-1偏航转速推荐值
编号
1
2
3
4
5
风力发电机组功率/KW
100～200
250～350
500～700
800～1000
1200～1500
偏航转速/（r/min）
≤0.3
≤0.18
≤0.1
≤0.092
≤0.085
15.5、对偏航系统偏航液压系统的要求
本并网型风力发电机组的偏航系统要求设置液压装置，液压装置的作用是拖动偏航制动器松开或锁紧。
柔性液压管路连接部分应采用合适的高压软管。
连接管路、连接组件应通过试验保证偏航系统所要求的密封和承受工作中出现的动载荷。
液压元器件的设计、选型和布置应符合液压装置的有关具体规定和要求。
液压管路应能够保持清洁并具有良好的抗氧化性能。
液压系统在额定的工作压力下不应出现渗漏现象。
15.6、对偏航系统偏航制动器的要求
采用齿轮驱动的偏航系统，为避免因振荡的风向变化而引起偏航齿轮产生变载荷，要求采用偏航制动器（或称偏航阻尼器）来吸收微小自由偏转振荡，防止偏航齿轮的交变应力引起齿轮过早损伤。
对于由风向冲击叶片或风轮产生偏航力矩的装置，应经试验证实其有效性。
15.7、对偏航系统偏航计数器的要求
偏航系统中要求设有偏航计数器，偏航计数器的作用是用来记录偏航系统所运转的圈数，当偏航系统的偏航圈数达到计数器的设定条件时，则触发自动解缆动作，机组进行自动解缆并复位。
计数器的设定条件是根据机组悬垂部分电缆的允许扭转角度来确定的，其原则是要小于电缆所允许扭转的角度，尽管本并网型风力发电机组不存在扭缆问题，但仍要求机架转动角度大于±
1080度时，模拟实际机组的解缆过程。
15.8、对偏航系统润滑装置的要求
偏航系统要求设置润滑装置，以保证驱动齿轮和偏航齿圈的润滑。
本并网型发电机组的偏航系统可采用润滑脂和润滑油相结合方式。
实训中可定期更换润滑油和润滑脂。
15.9、对偏航系统密封的要求
偏航系统要求采取密封措施，以保证系统内的清洁和相邻部件之间的运动不会产生有害的影响。
15.10、对偏航系统表面防腐处理的要求
偏航系统各组成部件的表面处
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