《风力发电机组设计导则(原书第2版)》总结了风电相关研究项目的成果、实际设计经验和生产制造知识。对风力发电机组及其主要零部件，叶片、轮毂、主轴、主轴承、齿轮箱、机架、机舱、发电机、控制保护系统、运行监控系统、偏航系统、塔架、基础等的设计方法、理论、设计规范、设计参数进行了全面、系统、详细的介绍和阐述，给出了若干计算实例，目的是为风力发电机组的设计提供一个导则，对风力发电机组设计和应用中经常遇到的问题提出建议和指导，方便实际应用。书中给出的准则、数据、曲线等设计资料都来源于真实的设计实践，可以直接参考引用，对风力发电机组的设计和应用具有较高的参考价值。
《风力发电机组设计导则(原书第2版)》可供风力发电机组制造商、认证机构、风电场运行管理技术人员（风力发电机组用户）使用。《风力发电机组设计导则(原书第2版)》也可作为高校、研究机构风力发电专业人员、工程师的参考读物。
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《风力发电机组设计导则(原书第2版)》由机械工业出版社出版。 目录
译者序
前言
第1章 风力机的概念1
1.1 引言1
1.2 概念1
1.2.1 垂直轴风力机2
1.2.2 水平轴风力机2
1.2.3 风轮叶片的数目3
1.2.4 功率控制3
1.3 经济性4
1.4 出力5
1.4.1 功率曲线5
1.4.2 年发电量6
1.5 结构与尺寸7
1.6 未来概念8
参考文献8
第2章 安全性与可靠性9
2.1 安全理念9
2.2 系统安全性与运行可靠性10
2.2.1 控制系统10
2.2.2 保护系统12
2.2.3 制动系统13
2.2.4 失效模式和效果分析13
2.2.5 失效树分析14
2.3 结构安全性16
2.3.1 极限状态16
2.3.2 失效概率与结构可靠性的其他度量措施17
2.3.3 结构可靠性方法18
2.3.4 标准格式、特征值与部分安全因子18
2.3.5 标准校验19
2.3.6 轴向加载钢塔实例20
2.3.7 FRP叶根的弯曲疲劳实例21
2.3.8 用于验证的试验与计算23
2.3.9 检查与检查间隔23
2.4 机械系统的安全性24
2.5 劳动安全24
2.5.1 运输、安装与调试25
2.5.2 正常运行25
2.5.3 服务、维护与修理25
2.6 规程与标准26
参考文献26
第3章 外部条件28
3.1 风条件28
3.1.1 10min平均风速28
3.1.2 风速的标准偏差30
3.1.3 湍流强度31
3.1.4 横向和垂直方向的湍流33
3.1.5 随机湍流模型33
3.1.6 风切变35
3.1.7 风向38
3.1.8 瞬时风条件39
3.1.9 极端风——阵风39
3.1.10 场址评估42
3.2 其他外部条件44
3.2.1 温度44
3.2.2 空气密度45
3.2.3 湿度45
3.2.4 辐射和紫外线46
3.2.5 冰46
3.2.6 雨、雪和冰雹46
3.2.7 大气侵蚀和磨损46
3.2.8 地震47
3.2.9 雷电47
参考文献49
第4章 载荷51
4.1 载荷工况51
4.1.1 设计条件51
4.1.2 风况51
4.1.3 设计载荷工况52
4.2 载荷类型53
4.2.1 惯性载荷及引力载荷54
4.2.2 气动载荷55
4.2.3 功能性载荷56
4.2.4 其他载荷56
4.3 气弹载荷计算56
4.3.1 模型元素57
4.3.2 载荷预测的气弹模型65
4.3.3 气动数据的评估65
4.3.4 特殊考虑66
4.4 载荷分析与合成72
4.4.1 疲劳载荷72
4.4.2 极限载荷76
4.5 简化载荷计算80
4.5.1 参数化经验模型80
4.5.2 简化载荷的基础80
4.5.3 准静态法81
4.5.4 极端载荷的峰值系数方法83
4.5.5 参数化载荷谱83
4.6 特定场址的设计载荷86
4.7 除风外其他原因引起的载荷86
4.7.1 波浪载荷87
4.7.2 潮汐载荷91
4.7.3 覆冰载荷92
4.7.4 地震载荷94
4.8 载荷叠加94
参考文献95
风力发电机组设计导则目录
第5章 风轮98
5.1 叶片98
5.1.1 叶片的几何形状98
5.1.2 设计载荷99
5.1.3 叶片材料99
5.1.4 制造技术101
5.1.5 叶片设计和制造的质量保证102
5.1.6 强度分析103
5.1.7 叶尖挠度105
5.1.8 雷电保护106
5.1.9 叶片试验106
5.1.10 维护108
5.2 轮毂108
5.2.1 设计载荷的确定109
5.2.2 强度分析109
5.2.3 螺栓连接分析110
5.2.4 轮毂罩110
5.2.5 材料110
5.2.6 标准111
参考文献111
第6章 机舱112
6.1 主轴112
6.1.1 设计载荷的确定112
6.1.2 强度分析112
6.1.3 疲劳强度113
6.1.4 极限强度117
6.1.5 主轴与齿轮的连接118
6.1.6 材料118
6.1.7 标准119
6.2 主轴承119
6.2.1 设计载荷的确定121
6.2.2 轴承型式的选择121
6.2.3 运行及环境条件121
6.2.4 密封、润滑及温度122
6.2.5 额定寿命计算123
6.2.6 主轴的连接124
6.2.7 轴承箱124
6.2.8 与底座的连接124
6.2.9 标准124
6.3 主齿轮箱124
6.3.1 齿轮类型124
6.3.2 载荷及承载能力128
6.3.3 规程及标准131
6.3.4 润滑132
6.3.5 材料和试验133
6.4 联轴器136
6.4.1 法兰联轴器136
6.4.2 收缩过盈联轴器136
6.4.3 键连接136
6.4.4 扭转弹性联轴器136
6.4.5 齿形联轴器136
6.5 机械制动137
6.5.1 制动的形式137
6.5.2 制动盘与制动片137
6.5.3 制动力矩次序137
6.6 液压系统138
6.6.1 布置139
6.6.2 蓄能器139
6.6.3 阀139
6.6.4 保护系统中的应用139
6.6.5 其他规定140
6.6.6 规程与标准140
6.7 发电机141
6.7.1 发电机的形式141
6.7.2 气候要素142
6.7.3 安全要素142
6.7.4 冷却与密封等级143
6.7.5 振动143
6.7.6 超速144
6.7.7 过载144
6.7.8 材料144
6.7.9 发电机的制动145
6.7.10 寿命145
6.7.11 发电机试验145
6.8 机架146
6.9 机舱罩146
6.10偏航系统146
6.10.1 设计载荷的确定147
6.10.2 偏航驱动149
6.10.3 偏航齿圈149
6.10.4 偏航制动149
6.10.5 偏航轴承150
6.10.6 偏航误差及控制153
6.10.7 扭缆153
6.10.8 特殊的设计考虑153
参考文献153
第7章 塔架155
7.1 载荷工况156
7.2 设计载荷156
7.3 塔架的一般性确认156
7.3.1 动力学响应和共振156
7.3.2 关键的叶片挠度分析157
7.4 管式塔架158
7.4.1 载荷及响应158
7.4.2 极限载荷159
7.4.3 疲劳载荷159
7.4.4 涡诱导的振动160
7.4.5 焊接接头160
7.4.6 门和机舱口附近的应力集中161
7.4.7 稳定性分析162
7.4.8 法兰连接163
7.4.9 腐蚀防护164
7.4.10 误差及规定164
7.5 进入口及工作环境164
7.6 塔架载荷计算的例子165
7.6.1 载荷及响应165
7.6.2 正常输出功率情况下极限载荷的
出现166
7.6.3 极限载荷——停机167
7.6.4 疲劳载荷168
参考文献170
第8章 基础172
8.1 土壤研究172
8.1.1 概述172
8.1.2 对基于重力基础的建议174
8.1.3 对桩基础的建议174
8.2 重力基础174
8.2.1 承载力公式175
8.3 桩支撑基础178
8.3.1 群桩179
8.3.2 轴向桩阻力180
8.3.3 横向加载的桩182
8.3.4 嵌入式桩帽的土壤阻力185
8.4 基础刚度186
8.5 加强混凝土的性能191
8.5.1 疲劳191
8.5.2 裂缝192
8.5.3 实施193
8.6 海上应用基础结构概念的选择193
8.6.1 概念介绍193
8.6.2 单桩基础194
8.6.3 三角桩基础199
参考文献204
第9章 电气系统206
9.1 电气部件206
9.1.1 发电机206
9.1.2 软起动器208
9.1.3 电容器组208
9.1.4 变频器209
9.2 风力发电机组构造210
9.3 电能质量与并网212
9.4 电气安全213
9.5 风电场并网213
参考文献214
第10章 手册216
10.1 用户手册216
10.2 服务和维护手册216
10.3 安装手册216
参考文献217
第11章 试验与测量218
11.1 功率特性测量218
11.2 载荷测量220
11.3 控制和保护系统的试验220
11.4 电能品质的测量220
11.5 叶片试验220
11.6 噪声测量220
参考文献221
附录222
附录A螺栓连接222
A.1 螺栓标准化222
A.2 强度222
A.3 冲击强度223
A.4 表面处理223
A.5 SN曲线223
A.5.1 结构钢规范中的SN曲线225
A.5.2 允许表面压力226
A.6 预拉伸227
A.6.1 防松安全性229
A.7 螺纹孔的最小深度230
A.8 螺栓力的分析230
A.8.1 螺栓的刚度231
A.8.2 配合零件的刚度231
A.8.3 力三角形232
A.9 承受剪切的连接233
A.1 0承受拉伸载荷的螺栓236
A.1 1承受拉伸和剪切载荷的
螺栓236
A.1 2螺栓连接的实施236
A.1 3规程与标准236
参考文献237
附录B经验方法238
B.1 载荷238
B.1.1 风轮载荷238
B.1.2 疲劳载荷238
B.2 风轮238
B.3 机舱239
B.3.1 主轴239
B.4 噪声239
参考文献239
附录C疲劳计算240
C.1 应力范围240
C.2 断裂力学240
C.3 SN曲线241
C.4 PalmgrenMiner准则242
C.5 焊接结构的疲劳243
C.6 结构钢的特征SN曲线244
C.7 锻造和轧制钢材的特征SN
曲线244
C.8 复合材料SN曲线245
C.9 其他形式的疲劳评估246
参考文献246
附录D有限元方法（FEM）计算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 边界条件252
D.2.4 载荷252
D.3 记录253
D.3.1 模型253
D.3.2 结果254
附录E材料特性255
E.1 钢255
E.1.1 结构钢255
E.1.2 合金钢256
E.2 铸铁256
E.3 强化玻璃纤维256
E.3.1 玻璃钢合成塑料256
E.4 混凝土257
E.4.1 力学性能257
参考文献258
附录F名词与定义259
参考文献264
附录G换算及表格265
G.1 英制/米制换算265
G.2 空气密度与温度265
G.3 空气密度与高度265
G.4 瑞利风速分布266 序言
近几年，我国的风力发电事业发展十分迅速，装机容量连续几年翻番，2009年我国风电总装机容量达到了2500万kw，超越德国，排名世界第二。巨大的市场需求催生了一大批风电机组整机设备及主要零部件生产商，目前我国风力机整机及零部件生产厂家已达七八十家，部分风电机组生产厂家已跻身世界十大设备供应商之列。但是，毋庸讳言，国产的兆瓦级风电机组几乎无一例外都是通过许可证转让、委托设计或购买设计图样的方式进行生产的，真正掌握核心技术的国内厂家可谓凤毛麟角。这种情况不发生根本性的改变，我国风电发展的潜在隐患难以消除，难以真正做强做大。从这个意义上讲，我国风电设备制造商、风电开发商、设计单位、科研机构院校都有必要回过头来，踏踏实实、认认真真学习钻研，以使我国的风电技术水平上一个台阶，发生一个质的飞跃。出于这个目的，作为多年从事风电工作的专业人员，译者在各自繁忙的工作之余，开始了本书的翻译工作。
现代科学意义上风力发电机组的应用是在20世纪70～80年代，风力发电技术的大规模科学研究也始于这个时候，发展历史并不是很长。虽然其中不乏经典性的成果、论文、专著，但总体上技术文献资料还是十分有限，多数属于科研论文、高校专业教科书类专著，直接针对工程实际应用、能够指导工程师相关设计工作的手册类著作较少，据译者所知，目前由丹麦Riso国家实验室和挪威船级社合著的这本《风力发电机组设计导则》还是惟一的一本。众所周知，丹麦Ris0国家实验室和挪威船级社是国际风电行业最为权威的科研技术服务机构，由他们组织编撰的这本《风力发电机组设计导则》可以说是权威之作。从原书的前言可以看到，本书的编写目的是总结过去的风力发电机组设计、制造知识，以期对风力发电机组设计和应用中经常遇到的设计问题提供建议和指导。 文摘
插图：
风力机应该以这样一种方式进行设计制造，即如果在预计的服务寿命期内得到正确的使用和维护，它就能够在预计的安全水平下承受假定的载荷并表现出足够的持久性和坚固性。计算或者计算与试验相结合可以用于证明风力机的结构元件，满足预计的安全水平。
结构元件预计的安全水平可以用失效概率要求来表示，以所谓的风险接受准则作为基础来确定，它取决于失效的形式和后果。失效的形式可以根据延展性、备件数量或结构的冗余程度来描述，而失效后果可以根据所包含的自然后果和社会后果来描述。后果越严重，备件能力的限制越多，可接受的失效概率就越小。预计的安全水平以2.3 节详细描述的安全等级进行标准分级，以低、中及高安全等级进行区别。安全等级越高，安全水平要求越严格，可接受的失效概率就越小。
风力机配备了控制和保护系统，它规定了风力机将要经历的所有可能的设计状态。为了保证风力机在这个限定的状态之内，作为安全理念的一部分，保护系统应该提供足够高水平的可靠性，涵盖在极端事件可能发生的失效与保护系统可能不能执行其任务之间可能忽视的组合概率。因此，保护系统的非冗余结构部件都设计成了具有很高的安全等级。
预计的安全水平或安全等级的选择对不同的风力机部件有所不同。风轮通常设计成至少应具有中等安全等级。而其他的结构部件，如塔架、基础通常设计成根据其失效的可能后果确定其安全等级。基础失效的后果可能导致塔架和风轮的失效，风轮或塔架的失效不一定导致基础的失效。对各种结构部件选择其安全等级，有效的方法是采用所谓的功能失效顺序，如在失效顺序中，基础失效是最后一个失效的结构部件。这个顺序是基于风力机结构及其基础失效后果可行性研究得出的。但是，风轮通常被设计成中等或高的安全等级，而不必遵守上述功能失效原则。要求风轮设计成中等或高安全等级，主要是缘于如果风轮飞出来或风轮失效，对周围环境将造成危险的事故。在这样的事故中，风轮的零部件可能会散落在风力机以外1km甚至更远的范围内。
| ISBN | 9787111323976 |
|---|---|
| 出版社 | 机械工业出版社 |
| 作者 | 挪威船级社 |
| 尺寸 | 16 |