內容簡介
《風力發電機組設計導則（原書第2版）》總結了風電相關研究項目的成果、實際設計經驗和生產製造知識。對風力發電機組及其主要零部件，葉片、輪轂、主軸、主軸承、齒輪箱、機架、機艙、發電機、控制保護系統、運行監控系統、偏航系統、塔架、基礎等的設計方法、理論、設計規範、設計參數進行了全面、系統、詳細的介紹和闡述，給出了若干計算實例，目的是為風力發電機組的設計提供一個導則，對風力發電機組設計和套用中經常遇到的問題提出建議和指導，方便實際套用。書中給出的準則、數據、曲線等設計資料都來源於真實的設計實踐，可以直接參考引用，對風力發電機組的設計和套用具有較高的參考價值。目錄
譯者序前言
第1章風力機的概念1
1.1引言1
1.2概念1
1.2.1垂直軸風力機2
1.2.2水平軸風力機2
1.2.3風輪葉片的數目3
1.2.4功率控制3
1.3經濟性4
1.4出力5
1.4.1功率曲線5
1.4.2年發電量6
1.5結構與尺寸7
1.6未來概念8
參考文獻8
第2章安全性與可靠性9
2.1安全理念9
2.2系統安全性與運行可靠性10
2.2.1控制系統10
2.2.2保護系統12
2.2.3制動系統13
2.2.4失效模式和效果分析13
2.2.5失效樹分析14
2.3結構安全性16
2.3.1極限狀態16
2.3.2失效機率與結構可靠性的其他度量措施17
2.3.3結構可靠性方法18
2.3.4標準格式、特徵值與部分安全因子18
2.3.5標準校驗19
2.3.6軸向載入鋼塔實例20
2.3.7FRP葉根的彎曲疲勞實例21
2.3.8用於驗證的試驗與計算23
2.3.9檢查與檢查間隔23
2.4機械系統的安全性24
2.5勞動安全24
2.5.1運輸、安裝與調試25
2.5.2正常運行25
2.5.3服務、維護與修理25
2.6規程與標準26
參考文獻26
第3章外部條件28
3.1風條件28
3.1.110min平均風速28
3.1.2風速的標準偏差30
3.1.3湍流強度31
3.1.4橫向和垂直方向的湍流33
3.1.5隨機湍流模型33
3.1.6風切變35
3.1.7風向38
3.1.8瞬時風條件39
3.1.9極端風——陣風39
3.1.10場址評估42
3.2其他外部條件44
3.2.1溫度44
3.2.2空氣密度45
3.2.3濕度45
3.2.4輻射和紫外線46
3.2.5冰46
3.2.6雨、雪和冰雹46
3.2.7大氣侵蝕和磨損46
3.2.8地震47
3.2.9雷電47
參考文獻49
第4章載荷51
4.1載荷工況51
4.1.1設計條件51
4.1.2風況51
4.1.3設計載荷工況52
4.2載荷類型53
4.2.1慣性載荷及引力載荷54
4.2.2氣動載荷55
4.2.3功能性載荷56
4.2.4其他載荷56
4.3氣彈載荷計算56
4.3.1模型元素57
4.3.2載荷預測的氣彈模型65
4.3.3氣動數據的評估65
4.3.4特殊考慮66
4.4載荷分析與合成72
4.4.1疲勞載荷72
4.4.2極限載荷76
4.5簡化載荷計算80
4.5.1參數化經驗模型80
4.5.2簡化載荷的基礎80
4.5.3準靜態法81
4.5.4極端載荷的峰值係數方法83
4.5.5參數化載荷譜83
4.6特定場址的設計載荷86
4.7除風外其他原因引起的載荷86
4.7.1波浪載荷87
4.7.2潮汐載荷91
4.7.3覆冰載荷92
4.7.4地震載荷94
4.8載荷疊加94
參考文獻95
風力發電機組設計導則目錄
第5章風輪98
5.1葉片98
5.1.1葉片的幾何形狀98
5.1.2設計載荷99
5.1.3葉片材料99
5.1.4製造技術101
5.1.5葉片設計和製造的質量保證102
5.1.6強度分析103
5.1.7葉尖撓度105
5.1.8雷電保護106
5.1.9葉片試驗106
5.1.10維護108
5.2輪轂108
5.2.1設計載荷的確定109
5.2.2強度分析109
5.2.3螺栓連線分析110
5.2.4輪轂罩110
5.2.5材料110
5.2.6標準111
參考文獻111
第6章機艙112
6.1主軸112
6.1.1設計載荷的確定112
6.1.2強度分析112
6.1.3疲勞強度113
6.1.4極限強度117
6.1.5主軸與齒輪的連線118
6.1.6材料118
6.1.7標準119
6.2主軸承119
6.2.1設計載荷的確定121
6.2.2軸承型式的選擇121
6.2.3運行及環境條件121
6.2.4密封、潤滑及溫度122
6.2.5額定壽命計算123
6.2.6主軸的連線124
6.2.7軸承箱124
6.2.8與底座的連線124
6.2.9標準124
6.3主齒輪箱124
6.3.1齒輪類型124
6.3.2載荷及承載能力128
6.3.3規程及標準131
6.3.4潤滑132
6.3.5材料和試驗133
6.4聯軸器136
6.4.1法蘭聯軸器136
6.4.2收縮過盈聯軸器136
6.4.3鍵連線136
6.4.4扭轉彈性聯軸器136
6.4.5齒形聯軸器136
6.5機械制動137
6.5.1制動的形式137
6.5.2制動盤與制動片137
6.5.3制動力矩次序137
6.6液壓系統138
6.6.1布置139
6.6.2蓄能器139
6.6.3閥139
6.6.4保護系統中的套用139
6.6.5其他規定140
6.6.6規程與標準140
6.7發電機141
6.7.1發電機的形式141
6.7.2氣候要素142
6.7.3安全要素142
6.7.4冷卻與密封等級143
6.7.5振動143
6.7.6超速144
6.7.7過載144
6.7.8材料144
6.7.9發電機的制動145
6.7.10壽命145
6.7.11發電機試驗145
6.8機架146
6.9機艙罩146
6.10偏航系統146
6.10.1設計載荷的確定147
6.10.2偏航驅動149
6.10.3偏航齒圈149
6.10.4偏航制動149
6.10.5偏航軸承150
6.10.6偏航誤差及控制153
6.10.7扭纜153
6.10.8特殊的設計考慮153
參考文獻153
第7章塔架155
7.1載荷工況156
7.2設計載荷156
7.3塔架的一般性確認156
7.3.1動力學回響和共振156
7.3.2關鍵的葉片撓度分析157
7.4管式塔架158
7.4.1載荷及回響158
7.4.2極限載荷159
7.4.3疲勞載荷159
7.4.4渦誘導的振動160
7.4.5焊接接頭160
7.4.6門和機艙口附近的應力集中161
7.4.7穩定性分析162
7.4.8法蘭連線163
7.4.9腐蝕防護164
7.4.10誤差及規定164
7.5進入口及工作環境164
7.6塔架載荷計算的例子165
7.6.1載荷及回響165
7.6.2正常輸出功率情況下極限載荷的
出現166
7.6.3極限載荷——停機167
7.6.4疲勞載荷168
參考文獻170
第8章基礎172
8.1土壤研究172
8.1.1概述172
8.1.2對基於重力基礎的建議174
8.1.3對樁基礎的建議174
8.2重力基礎174
8.2.1承載力公式175
8.3樁支撐基礎178
8.3.1群樁179
8.3.2軸向樁阻力180
8.3.3橫向載入的樁182
8.3.4嵌入式樁帽的土壤阻力185
8.4基礎剛度186
8.5加強混凝土的性能191
8.5.1疲勞191
8.5.2裂縫192
8.5.3實施193
8.6海上套用基礎結構概念的選擇193
8.6.1概念介紹193
8.6.2單樁基礎194
8.6.3三角樁基礎199
參考文獻204
第9章電氣系統206
9.1電氣部件206
9.1.1發電機206
9.1.2軟起動器208
9.1.3電容器組208
9.1.4變頻器209
9.2風力發電機組構造210
9.3電能質量與併網212
9.4電氣安全213
9.5風電場併網213
參考文獻214
第10章手冊216
10.1用戶手冊216
10.2服務和維護手冊216
10.3安裝手冊216
參考文獻217
第11章試驗與測量218
11.1功率特性測量218
11.2載荷測量220
11.3控制和保護系統的試驗220
11.4電能品質的測量220
11.5葉片試驗220
11.6噪聲測量220
參考文獻221
附錄222
附錄A螺栓連線222
A.1螺栓標準化222
A.2強度222
A.3衝擊強度223
A.4表面處理223
A.5SN曲線223
A.5.1結構鋼規範中的SN曲線225
A.5.2允許表面壓力226
A.6預拉伸227
A.6.1防松安全性229
A.7螺紋孔的最小深度230
A.8螺栓力的分析230
A.8.1螺栓的剛度231
A.8.2配合零件的剛度231
A.8.3力三角形232
A.9承受剪下的連線233
A.10承受拉伸載荷的螺栓236
A.11承受拉伸和剪下載荷的
螺栓236
A.12螺栓連線的實施236
A.13規程與標準236
參考文獻237
附錄B經驗方法238
B.1載荷238
B.1.1風輪載荷238
B.1.2疲勞載荷238
B.2風輪238
B.3機艙239
B.3.1主軸239
B.4噪聲239
參考文獻239
附錄C疲勞計算240
C.1應力範圍240
C.2斷裂力學240
C.3SN曲線241
C.4PalmgrenMiner準則242
C.5焊接結構的疲勞243
C.6結構鋼的特徵SN曲線244
C.7鍛造和軋制鋼材的特徵SN
曲線244
C.8複合材料SN曲線245
C.9其他形式的疲勞評估246
參考文獻246
附錄D有限元方法（FEM）計算248
D.1分析形式248
D.2模化249
D.2.1模型249
D.2.2元素249
D.2.3邊界條件252
D.2.4載荷252
D.3記錄253
D.3.1模型253
D.3.2結果254
附錄E材料特性255
E.1鋼255
E.1.1結構鋼255
E.1.2合金鋼256
E.2鑄鐵256
E.3強化玻璃纖維256
E.3.1玻璃鋼合成塑膠256
E.4混凝土257
E.4.1力學性能257
參考文獻258
附錄F名詞與定義259
參考文獻264
附錄G換算及表格265
G.1英制/米制換算265
G.2空氣密度與溫度265
G.3空氣密度與高度265
G.4瑞利風速分布266
·查看全部>>
前言
近幾年，我國的風力發電事業發展十分迅速，裝機容量連續幾年翻番，2009年我國風電總裝機容量達到了2500萬kw，超越德國，排名世界第二。巨大的市場需求催生了一大批風電機組整機設備及主要零部件生產商，目前我國風力機整機及零部件生產廠家已達七八十家，部分風電機組生產廠家已躋身世界十大設備供應商之列。但是，毋庸諱言，國產的兆瓦級風電機組幾乎無一例外都是通過許可證轉讓、委託設計或購買設計圖樣的方式進行生產的，真正掌握核心技術的國內廠家可謂鳳毛麟角。這種情況不發生根本性的改變，我國風電發展的潛在隱患難以消除，難以真正做強做大。從這個意義上講，我國風電設備製造商、風電開發商、設計單位、科研機構院校都有必要回過頭來，踏踏實實、認認真真學習鑽研，以使我國的風電技術水平上一個台階，發生一個質的飛躍。出於這個目的，作為多年從事風電工作的專業人員，譯者在各自繁忙的工作之餘，開始了本書的翻譯工作。現代科學意義上風力發電機組的套用是在20世紀70～80年代，風力發電技術的大規模科學研究也始於這個時候，發展歷史並不是很長。雖然其中不乏經典性的成果、論文、專著，但總體上技術文獻資料還是十分有限，多數屬於科研論文、高校專業教科書類專著，直接針對工程實際套用、能夠指導工程師相關設計工作的手冊類著作較少，據譯者所知，目前由丹麥Riso國家實驗室和挪威船級社合著的這本《風力發電機組設計導則》還是惟一的一本。眾所周知，丹麥Ris0國家實驗室和挪威船級社是國際風電行業最為權威的科研技術服務機構，由他們組織編撰的這本《風力發電機組設計導則》可以說是權威之作。從原書的前言可以看到，本書的編寫目的是總結過去的風力發電機組設計、製造知識，以期對風力發電機組設計和套用中經常遇到的設計問題提供建議和指導。
精彩書摘
風力機應該以這樣一種方式進行設計製造，即如果在預計的服務壽命期內得到正確的使用和維護，它就能夠在預計的安全水平下承受假定的載荷並表現出足夠的持久性和堅固性。計算或者計算與試驗相結合可以用於證明風力機的結構元件，滿足預計的安全水平。結構元件預計的安全水平可以用失效機率要求來表示，以所謂的風險接受準則作為基礎來確定，它取決於失效的形式和後果。失效的形式可以根據延展性、備件數量或結構的冗余程度來描述，而失效後果可以根據所包含的自然後果和社會後果來描述。後果越嚴重，備件能力的限制越多，可接受的失效機率就越小。預計的安全水平以2.3節詳細描述的安全等級進行標準分級，以低、中及高安全等級進行區別。安全等級越高，安全水平要求越嚴格，可接受的失效機率就越小。
風力機配備了控制和保護系統，它規定了風力機將要經歷的所有可能的設計狀態。為了保證風力機在這個限定的狀態之內，作為安全理念的一部分，保護系統應該提供足夠高水平的可靠性，涵蓋在極端事件可能發生的失效與保護系統可能不能執行其任務之間可能忽視的組合機率。因此，保護系統的非冗餘結構部件都設計成了具有很高的安全等級。
預計的安全水平或安全等級的選擇對不同的風力機部件有所不同。風輪通常設計成至少應具有中等安全等級。而其他的結構部件，如塔架、基礎通常設計成根據其失效的可能後果確定其安全等級。基礎失效的後果可能導致塔架和風輪的失效，風輪或塔架的失效不一定導致基礎的失效。對各種結構部件選擇其安全等級，有效的方法是採用所謂的功能失效順序，如在失效順序中，基礎失效是最後一個失效的結構部件。這個順序是基於風力機結構及其基礎失效後果可行性研究得出的。但是，風輪通常被設計成中等或高的安全等級，而不必遵守上述功能失效原則。要求風輪設計成中等或高安全等級，主要是緣於如果風輪飛出來或風輪失效，對周圍環境將造成危險的事故。在這樣的事故中，風輪的零部件可能會散落在風力機以外1km甚至更遠的範圍內。
