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。《風力發電機組設計導則(原書第2版)》可供風力發電機組製造商、認證機構、風電場運行管理技術人員（風力發電機組用戶）使用。《風力發電機組設計導則(原書第2版)》也可作為高校、研究機構風力發電專業人員、工程師的參考讀物。 {zzjj}
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
2.3.7 FRP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
3.1.1 10min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.5 S?N曲線223
A.5.1 結構鋼規範中的S?N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.1 0承受拉伸載荷的螺栓236
A.1 1承受拉伸和剪下載荷的
螺栓236
A.1 2螺栓連線的實施236
A.1 3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.3 S?N曲線241
C.4 Palmgren?Miner準則242
C.5 焊接結構的疲勞243
C.6 結構鋼的特徵S?N曲線244
C.7 鍛造和軋制鋼材的特徵S?N
曲線244
C.8 複合材料S?N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
