序号 名称 符号 来源
一
基础参数设定
1 空气密度 ρ 设计值
2 重力加速度 g 标准值
3 设计寿命 T 设计值
4
安全系数 S 设计值
5 参考风速 Vref 设计值
6 额定风速 Vr 设计值
7
切入风速 Vin 设计值
8
切出风速 Vout 设计值
二 风力机功率计算
9 叶片半径 R 设计值
10 风轮扫掠面积 A 计算值
11 风速 v 设计值
12 风能利用系数 Cp 选用值
13 风能功率 Pw 计算值
14 机械效率 ηm 选用值
15 发电机效率 ηg 选用值
16 总效率 η 计算值
17 输出电功率 P 计算值
18 额定功率 Prated 设计值
19 功率比 P_ratio 计算值
三 叶片设计计算
20 叶片数量 B 设计值
21 叶尖速比 λ 设计值
22 风轮角速度 ω 计算值
23 风轮转速 n 计算值
24 叶片弦长 c 设计值
25 叶片厚度比 t/c 设计值
26 叶根弯矩 M_root 计算值
27 叶片材料密度 ρ_blade 选用值
28 叶片质量 m_blade 计算值
29 离心力 F_cf 计算值
30
气动载荷 F_aero 计算值
四 齿轮箱设计计算
31
高速轴转速 nh 设计值
32 总传动比 i_total 计算值
33
一级传动比 i1 设计值
34
二级传动比 i2 计算值
35 输入扭矩 Tin 计算值
36 输出扭矩 Tout 计算值
37 齿轮模数 m 设计值
38
太阳轮齿数 z_s 设计值
39
行星轮齿数 z_p 计算值
40 内齿圈齿数 z_r 计算值
41 齿轮接触强度 σ_H 计算值
42 许用接触应力 σ_Hlim 选用值
43
接触强度安全系数 S_H 计算值
五 发电机设计计算
44 发电机类型 设计值
45 额定电压 U 设计值
46 额定电流 I 计算值
47
功率因数 cosφ 设计值
48
极对数 p 设计值
49
同步转速 ns 计算值
50 转差率 s 计算值
51
定子槽数 Qs 设计值
52 转子槽数 Qr 设计值
53
气隙长度 δ 设计值
54
定子铁芯长度 L 设计值
55
定子外径 Dso 设计值
56
定子内径 Dsi 计算值
57 电磁负荷 A × B 设计值
六
塔架设计计算
58 轮毂高度 H 设计值
59
塔架底部直径 D_base 设计值
60
塔架顶部直径 D_top 设计值
61 塔架壁厚 t 设计值
62 塔架材料 选用值
63
材料屈服强度 fy 选用值
64 塔架自重 W_tower 计算值
65
机舱重量 W_nacelle 设计值
66 总垂直载荷 F_v 计算值
67
水平风载荷 F_h 计算值
68 倾覆力矩 M_overturn 计算值
69
塔架截面惯性矩 I 计算值
70
最大弯曲应力 σ_b 计算值
71 轴向应力 σ_a 计算值
72 组合应力 σ_comb 计算值
73 稳定安全系数 S_stab 计算值
七
基础设计计算
74
基础类型 设计值
75
基础埋深 d 设计值
76
基础直径 D_foundation 设计值
77
基础厚度 h 设计值
78
混凝土强度等级 选用值
79 混凝土重度 γ_concrete 选用值
80
基础自重 W_foundation 计算值
81
地基承载力特征值 fak 实测值
82
基础底面积 A_foundation 计算值
83
基底平均压力 p_avg 计算值
84 偏心距 e 计算值
85
基底最大压力 p_max 计算值
86
地基承载力安全系数 S_foundation 计算值
87
基础混凝土用量 V_concrete 计算值
88 钢筋用量 W_steel 计算值
八
控制系统设计
89 控制方式 设计值
90 变桨范围 设计值
91 偏航角度 设计值
92 风速测量精度 设计值
93
控制系统响应时间 设计值
94
安全链数量 设计值
95 紧急停机时间 设计值
九
安全校验
96
功率性能校验 判断值
97 叶片强度校验 判断值
98 齿轮箱强度校验 判断值
99
塔架稳定性校验 判断值
100
地基承载力校验 判断值
101 总体设计校验 判断值
公式 单位 数值
标准状况下取值 kg/m³
重力加速度常数 m/s²
风力发电机组设计寿命 年 20
结构安全系数
风力发电机组等级参考风速 m/s 25
达到额定功率的风速 m/s 13
开始发电的最小风速 m/s 3
停止发电的最大风速 m/s 25
风轮叶片半径 m 40
A = π × R² m²
设计风速 m/s 12
贝兹极限Cp≤
Pw = × ρ × A × v³ × Cp W
传动系统机械效率
发电机转换效率
η = ηm × ηg
P = Pw × η W
风力机额定输出功率 kW 2000
P_ratio = P / Prated
风轮叶片数量 3
叶尖速度与风速比 7
ω = λ × v / R rad/s
n = ω × 60 / (2π) r/min
叶片气动弦长 m
叶片厚度与弦长比
M_root = P × R / B N·m
复合材料密度
kg/m³ 1800
m_blade = ρ_blade × V_blade kg 270000
F_cf = m_blade × ω² × R N 47628000
F_aero = Pw / (ω × R) N
发电机额定转速 r/min 1500
i_total = nh / n
行星轮系传动比
i2 = i_total / i1
Tin = P / ω N·m
Tout = Tin × i_total × ηm N·m 68566621
齿轮基本参数 mm 12
行星轮系太阳轮 20
z_p = (i1 - 1) × z_s / 2 25
z_r = z_s + 2 × z_p 70
σ_H = Z_H × Z_E × sqrt(Ft × K_A × K_V × K_Hβ ×
K_Hα / (b × d1 × u + 1))
MPa 250
材料接触疲劳极限 MPa 500
S_H = σ_Hlim / σ_H 2
同步或异步发电机 双馈异步
发电机输出电压 V 690
I = P / (√3 × U × ηg) A
发电机功率因数
发电机磁极对数 4
ns = 60 × f / p r/min 750
s = (ns - nh) / ns -1
定子铁芯槽数 72
转子铁芯槽数 60
定转子气隙 mm
定子铁芯轴向长度 mm 800
定子铁芯外径 mm 1200
Dsi = Dso - 2 × h mm -296
电机电磁负荷 kA/m·T 30
轮毂中心高度 m 80
塔架底部外径 m
塔架顶部外径 m
塔架钢板厚度 mm 30
塔架钢材牌号 Q345B
钢材屈服强度 MPa 345
W_tower = ρ_steel × V_tower kN 5450297764
机舱总重量 kN 2000
F_v = W_tower + W_nacelle + W_rotor kN 3030
F_h = × ρ × v² × Cd × A_front kN #REF!
M_overturn = F_h × H kN·m 324
I = π × (D^4 - (D-2t)^4) / 64
m⁴
σ_b = M_overturn × D_base / (2 × I) MPa 3000
σ_a = F_v × 1000 / A_section MPa
σ_comb = σ_a + σ_b MPa #VALUE!
S_stab = fy / σ_comb -08
风力发电机基础类型 重力式基础
基础埋置深度 m 3
圆形基础直径 m 18
基础混凝土厚度 m
基础混凝土强度 C35
混凝土容重
kN/m³ 25
W_foundation = γ_concrete × V_foundation kN +12
地基土承载力 kPa 200
A_foundation = π × D_foundation² / 4 m²
p_avg = (F_v + W_foundation) / A_foundation kPa #VALUE!
e = M_overturn / (F_v + W_foundation) m #VALUE!
p_max = p_avg × (1 + 6e / D_foundation) kPa #VALUE!
S_foundation = fak / p_max -09
V_concrete = A_foundation × h
m³ 0
W_steel = 80 × V_concrete kg #VALUE!
风力机控制策略 变桨距控制
叶片变桨角度范围 ° 0~90
机舱偏航调节范围 ° ±360
风速传感器精度 % ±2
控制指令响应时间 ms 50
独立安全链回路 2
从故障到停机时间 s 10
实际功率≥95%额定功率 满足
最大应力≤ 满足
接触强度安全系数≥ 满足
稳定安全系数≥ 满足
地基安全系数≥ 满足
所有安全校验通过 满足
说明 出处 备注
标准大气条件下的空气密度 GB/T -2022
地球重力加速度
物理常数
风力发电机组预期使用寿命 IEC 61400-1:2019
考虑荷载不确定性的安全系数 GB/T -2022
50年一遇极端10min平均风速 IEC 61400-1:2019 IIA级
风力机达到额定功率时的风速 设计参数
风力机开始并网发电的风速 设计参数
风力机安全停机的风速 设计参数
从轮毂中心到叶尖的距离 设计参数
风轮旋转时扫过的圆形面积 流体力学原理
设计工况下的风速 场址评估
风力机将风能转化为机械能的效
率
IEC 61400-1:2019 实际值
风轮捕获的风能功率 流体力学公式
齿轮箱、轴承等机械传动效率 制造商数据
发电机将机械能转化为电能的效
率
制造商数据
风力发电机组总效率 系统效率计算
风力发电机组实际输出功率 能量转换公式
风力机设计额定功率 设计要求
实际功率与额定功率比值 性能评估
水平轴风力机常用叶片数 设计参数
影响风能利用系数的重要参数 空气动力学
风轮旋转角速度 运动学公式
风轮每分钟转数 转速转换
叶片气动外形参数 空气动力学设计 平均弦长
影响叶片强度和气动性能 结构设计 根部
叶片根部承受的弯矩 力学平衡
玻璃纤维复合材料 材料手册
单叶片质量 质量计算 估算值
叶片旋转产生的离心力 离心力公式
叶片承受的气动载荷 功率公式推导
异步发电机常用转速 发电机参数
齿轮箱总传动比 传动比计算
第一级行星传动 传动设计
第二级平行轴传动 传动比分配
齿轮箱输入扭矩 功率扭矩关系
齿轮箱输出扭矩 传动系统
标准齿轮模数 机械设计
行星传动参数 齿轮设计
行星轮齿数 行星传动
内齿圈齿数 行星传动
齿面接触应力 GB/T 3480 校核值
渗碳淬火钢 材料手册
接触强度安全系数 强度校核
主流风力发电机类型 电气设计
中压发电机标准电压 GB/T 755
发电机额定电流 电功率公式
并网发电要求 电网规范 滞后
决定同步转速 电机设计
发电机同步转速 电机原理 50Hz
异步发电机转差率 电机原理
电机定子结构参数 电机设计
电机转子结构参数 电机设计
影响电机性能的关键参数 电机设计
电机主要尺寸 电机设计
电机外形尺寸 电机设计
定子铁芯内径 结构设计 估算
电机设计重要参数 电机设计
风电场常用高度 场址条件
锥形塔架底部尺寸 结构设计
与机舱连接尺寸 结构设计
底部壁厚 强度设计
低合金高强度钢 GB/T 1591
Q345B钢材性能 材料手册
塔架结构重量 重量计算 估算
包含齿轮箱发电机等 制造商数据
塔架承受的垂直力 静力平衡
作用在塔架上的水平力 风荷载计算
塔架承受的倾覆力矩 力矩计算
塔架截面惯性矩 材料力学
塔架底部弯曲应力 弯曲应力公式
塔架轴向压应力 压应力公式
塔架底部总应力 应力组合
塔架稳定安全系数 稳定性校核
常用基础形式 地基基础设计
考虑冻深和承载力 地基规范
根据载荷确定 基础设计
基础结构尺寸 基础设计
常用混凝土强度 GB 50010
钢筋混凝土容重 材料手册
基础结构重量 重量计算
通过地质勘察确定 现场试验
基础底面面积 几何计算
基础底面平均压力 地基计算
荷载偏心距 偏心计算
基础边缘最大压力 偏心受压
地基承载力安全系数 承载力校核
基础混凝土体积 工程量计算
基础钢筋重量 配筋估算 80kg/m³
大型风力机常用 控制理论
从正常运行到停机 控制参数
全方位跟踪风向 偏航系统
风速测量要求 传感器选型
控制系统动态性能 控制设计
冗余安全设计 IEC 61508
安全停机要求
安全规范
功率输出满足要求 IEC 61400-12-1
G17≥×G18×
1000
叶片结构强度足够 GB/T 25383
齿轮强度满足要求 GB/T 3480 G43≥
塔架稳定性良好 GB 51096 G73≥
地基承载力足够 GB 50007 G86≥
风力发电机组设计满足安全要求 GB/T -2022
风力发电机组功率曲线
风力发电机组功率曲线
