畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)

1、提供全套畢業(yè)論文圖紙，歡迎咨詢目錄第一章緒論.1§1.1 設(shè)計(jì)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的依據(jù)和意義. .1§1.2 國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì). . 2§1.3 我國(guó)風(fēng)能利用存在問(wèn)題. .2§1.4 國(guó)內(nèi)風(fēng)力發(fā)電前景. .3第二章小型風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)制造的基本理論.4§2.1 小型風(fēng)力機(jī)的基本概念和性能. 4§2.1.1 風(fēng)力機(jī)的分類與特點(diǎn). 4§2.1.2 小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特性.4§2.1.3 小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的選擇與選址.6§2.2 風(fēng)力機(jī)葉片的設(shè)計(jì)與制作. 7§2.2.1 葉片設(shè)計(jì)的空氣動(dòng)力學(xué)原

2、理. 7§2.2.2 水平軸與垂直軸葉片設(shè)計(jì)方法的理論對(duì)比. . 8第三章小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的總體方案確定.10§3.1 總體方案設(shè)計(jì). .10§3.2 風(fēng)力機(jī)基本結(jié)構(gòu). 10§3.3 基本參數(shù)的選擇與計(jì)算. .10§3.3.1 設(shè)計(jì)前提條件. .10§3.3.2 基本參數(shù)的確定. 11第四章主要工作部件的參數(shù)選擇與計(jì)算.13§4.1 葉片裝置設(shè)計(jì).13§4.1.2 葉片外形設(shè)計(jì). .13§4.1.3計(jì)算葉片的實(shí)際安裝角 . .17§4.1.4 風(fēng)輪葉片在轉(zhuǎn)動(dòng)中受力及風(fēng)輪軸受力分析. .21

3、7;4.2 調(diào)向裝置設(shè)計(jì).23§4.3 調(diào)速裝置設(shè)計(jì).24第五章傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算.25§5.1 傳動(dòng)特點(diǎn).25§5.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)總體及動(dòng)力系統(tǒng)布置. .25§5.3 整機(jī)傳動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì).25第六章部分零件設(shè)計(jì)計(jì)算.29§6.1 圓柱斜齒輪傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算. .29§6.1.1 選材料、熱處理方法、定精度等級(jí). .29§6.1.2 按照接觸強(qiáng)度進(jìn)行初步計(jì)算. .29§6.1.3 齒根彎曲強(qiáng)度校核. .31第七章軸的設(shè)計(jì)與校核. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4、 . . . . . . . 34§7.1 增速器低速軸各力計(jì)算.34§7.2 初步確定軸的最小直徑. .34§7.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì). .34§7.3.1 擬定軸上零件的裝配方案.34§7.3.2 根據(jù)軸的定位要求確定軸上各段直徑和長(zhǎng)度. 35§7.3.3 求軸上載荷及軸的校核.36第八章技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析.38§8.1 生產(chǎn)成本概算. .38§8.2 項(xiàng)目未來(lái)市場(chǎng)分析.39§8.3 項(xiàng)目的生態(tài)效果與社會(huì)效益評(píng)價(jià). 40第九章結(jié)論.41參考文獻(xiàn).43致謝.44第一章 緒論§1.1 設(shè)計(jì)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的

5、依據(jù)和意義隨著人類對(duì)生態(tài)環(huán)境的要求和能源的需求，風(fēng)能的開(kāi)發(fā)日益受到重視，風(fēng)力發(fā)電將成為21世紀(jì)大規(guī)模開(kāi)發(fā)的一種可再生清潔能源。在可再生能源領(lǐng)域，風(fēng)能與太陽(yáng)能是最具遠(yuǎn)大產(chǎn)業(yè)前景的行業(yè)。從我國(guó)現(xiàn)狀看，由于風(fēng)電處于快速發(fā)展的啟動(dòng)期，更具備商業(yè)化條件。風(fēng)力發(fā)電與太陽(yáng)能相比，在能量轉(zhuǎn)換率、發(fā)電時(shí)間、產(chǎn)業(yè)規(guī)模、技術(shù)成熟度等許多產(chǎn)業(yè)特性上都有優(yōu)勢(shì)。風(fēng)能是一種最具活力的可再生能源，它實(shí)質(zhì)上是太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)化形式，因此可以認(rèn)為是取之不盡的，風(fēng)能的利用將可能改變?nèi)祟愰L(zhǎng)期依賴化石燃料和核燃料的局面。風(fēng)電的單位電量成本約為火電的2倍左右，而太陽(yáng)能則為10倍左右，雖然隨著技術(shù)進(jìn)步，兩者的成本都有降低的趨勢(shì)，但在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)

6、，風(fēng)電行業(yè)較光伏行業(yè)仍會(huì)具有低成本的優(yōu)勢(shì)，因而將獲得更快的發(fā)展速度。風(fēng)能利用就是將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，再裝換成其他能量形式。風(fēng)的動(dòng)能通過(guò)風(fēng)輪機(jī)裝換成機(jī)械能，再帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電，轉(zhuǎn)換為電能。世界各國(guó)研制的風(fēng)力機(jī)的形態(tài)和種類很多，對(duì)于目前比較成熟的風(fēng)力機(jī)，通?？砂粗鬏S方向分為兩大類：一類為水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，一類為垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)特征是風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)平面與風(fēng)向垂直，旋轉(zhuǎn)軸和地面平行。該種風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主要部件有葉片、傳動(dòng)軸、齒輪變速箱、發(fā)電機(jī)、尾翼和塔架等。風(fēng)輪上的葉片與旋轉(zhuǎn)平面成一定角度，葉片數(shù)目的多少視風(fēng)力機(jī)的用途而定。用于發(fā)電的風(fēng)力機(jī)葉片數(shù)大多為2片或3片，用于風(fēng)力提水的風(fēng)力

7、機(jī)一般為1224片。葉片少的風(fēng)力機(jī)通常為高速風(fēng)力機(jī)，它在高速運(yùn)行時(shí)有較高的風(fēng)能利用系數(shù)，但啟動(dòng)風(fēng)速較高。由于其葉片數(shù)很少，在輸出同樣功率的條件下，比低速風(fēng)輪要輕得多，因此適用于發(fā)電。水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)是目前技術(shù)最成熟、生產(chǎn)應(yīng)用最廣泛的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)。目前10KW以下的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，特別是幾百瓦的充電式微型風(fēng)力發(fā)電機(jī)絕大多數(shù)是水平軸式的。 §1.2 國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)盡管 2003 年歐洲風(fēng)電裝機(jī)增長(zhǎng)幅度有所放緩，年增幅由 02 年的 35降為23，不過(guò)隨著一些歐洲國(guó)家海上風(fēng)電項(xiàng)目的發(fā)展，預(yù)計(jì)歐洲地區(qū)風(fēng)電裝機(jī)仍將維持快速增長(zhǎng)的勢(shì)頭。美洲地區(qū)風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá) 690 萬(wàn)千瓦，占全球風(fēng)

8、電總裝機(jī)的 17。亞洲地區(qū)風(fēng)力發(fā)電與美歐相比還比較緩慢，除印度一支獨(dú)秀以外，其它國(guó)家風(fēng)電裝機(jī)容量均很小。我國(guó)較大規(guī)模地開(kāi)發(fā)和應(yīng)用風(fēng)力發(fā)電機(jī)，特別是小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，始于70年代，當(dāng)時(shí)研制的風(fēng)力提水機(jī)主要用于提水灌溉和沿海地區(qū)的鹽場(chǎng)，研制的較大功率的風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要用于浙江和福建沿海。在內(nèi)蒙古地區(qū)由于得到了政府的支持和適應(yīng)了當(dāng)?shù)刈匀毁Y源及當(dāng)?shù)厝罕姷男枨?，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研究和推廣得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，這對(duì)于解決邊遠(yuǎn)地區(qū)居住分散的農(nóng)牧民群眾的生活用電和部分生產(chǎn)用電起了很大作用。近年來(lái)，隨著世界范圍內(nèi)對(duì)環(huán)境保護(hù)、全球溫室效應(yīng)的重視，各國(guó)都競(jìng)相發(fā)展包括風(fēng)能在內(nèi)的可再生能源的利用技術(shù)，將風(fēng)能作為可持續(xù)發(fā)展的能源

9、政策中的一種選擇，不論對(duì)并網(wǎng)型的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)還是用于邊遠(yuǎn)地區(qū)農(nóng)牧戶的離網(wǎng)型小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)政府都給予了很大的政策支持。§1.3 我國(guó)風(fēng)能利用存在的問(wèn)題我國(guó)小型風(fēng)力發(fā)電保有量和年產(chǎn)量都居世界首位，截至2004 年底我國(guó)離網(wǎng)型戶用小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)企業(yè)累計(jì)生產(chǎn)量293153 臺(tái)，總裝機(jī)容量達(dá)到98524千瓦，預(yù)計(jì)年發(fā)電量約9246 萬(wàn)千瓦時(shí)。所生產(chǎn)的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由于價(jià)格低廉和性能可靠，還出口遠(yuǎn)銷到印尼，巴基斯坦，瑞典等23 個(gè)國(guó)家。但在巨大的產(chǎn)能數(shù)字背后，國(guó)內(nèi)小型風(fēng)力發(fā)電企業(yè)的產(chǎn)品技術(shù)含量一直偏低。風(fēng)機(jī)零部件的緊缺以及質(zhì)量差是另一個(gè)硬傷.國(guó)內(nèi)風(fēng)機(jī)企業(yè)普遍重整機(jī)、輕零部件,風(fēng)電廠常要

10、排隊(duì)等待設(shè)備,有些項(xiàng)目甚至因此拖延18個(gè)月之久;而且許多國(guó)產(chǎn)風(fēng)機(jī)在試運(yùn)行階段也都遇到了質(zhì)量問(wèn)題,使工程難以正常運(yùn)轉(zhuǎn).國(guó)外零部件不符合國(guó)內(nèi)環(huán)境需求,價(jià)格也比國(guó)產(chǎn)同類產(chǎn)品高二到三成.國(guó)內(nèi)眾多的相關(guān)廠商在技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品升級(jí)上缺乏重視和投入，甚至不少鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)一直停留在翻模仿造的階段，導(dǎo)致僅有規(guī)模和價(jià)格優(yōu)勢(shì)而缺乏技術(shù)含量和發(fā)展導(dǎo)向。因此，如何提高國(guó)內(nèi)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的技術(shù)含量，從而樹(shù)立我們自己民族的品牌是當(dāng)前擺在我們面前的一個(gè)重要問(wèn)題。§1.4 國(guó)內(nèi)風(fēng)力發(fā)電前景作為節(jié)能環(huán)保的新能源，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)贏得歷史性發(fā)展機(jī)遇，在金融危機(jī)肆虐的不利環(huán)境中逆市上揚(yáng)，發(fā)展勢(shì)頭迅猛，截至2009年底，全國(guó)累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)

11、到25800兆瓦。中國(guó)風(fēng)力等新能源發(fā)電行業(yè)的發(fā)展前景十分廣闊，預(yù)計(jì)未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間都將保持高速發(fā)展，同時(shí)盈利能力也將隨著技術(shù)的逐漸成熟穩(wěn)步提升。隨著中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)的國(guó)產(chǎn)化和發(fā)電的規(guī)?；L(fēng)電成本可望再降。因此風(fēng)電開(kāi)始成為越來(lái)越多投資者的逐金之地。風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)、并網(wǎng)發(fā)電、風(fēng)電設(shè)備制造等領(lǐng)域成為投資熱點(diǎn)，市場(chǎng)前景看好。我國(guó)幅員遼闊，海岸線綿長(zhǎng)，可開(kāi)發(fā)利用的風(fēng)能資源十分豐富，集中分布在東南沿海及華北、東北、西北地區(qū)。在可再生能源法及一系列國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的推動(dòng)下，我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量迅速增長(zhǎng)，風(fēng)電裝備制造業(yè)也快速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)體系已逐步形成。中國(guó)已經(jīng)成為世界風(fēng)能大國(guó)，正在向風(fēng)能強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景廣闊。201

12、1年并網(wǎng)風(fēng)電超過(guò)50GW，當(dāng)年并網(wǎng)14.5GW，穩(wěn)居世界第一。第二章小型風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)制造的基本理論§2.1 小型風(fēng)力機(jī)的基本概念與性能§2.1.1 風(fēng)力機(jī)的分類及特點(diǎn)風(fēng)力機(jī)的種類和樣式雖然很多，但是按照風(fēng)輪的結(jié)構(gòu)和其在氣流中的位置，大體可以分為水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)和垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。 1、水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)： 旋轉(zhuǎn)軸與葉片垂直，一般與地面平行，旋轉(zhuǎn)軸處于水平位置的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，一般有雙葉、三葉、多葉式，順風(fēng)式和迎風(fēng)式，擴(kuò)散式和集中器式。 2、垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)： 旋轉(zhuǎn)軸與葉片平行，一般與地面垂直，旋轉(zhuǎn)軸處于垂直方向的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，一般有“S”型單葉片式、“S”型多葉片式、Darrieus

13、透平、太陽(yáng)能風(fēng)力透平、偏導(dǎo)器式。目前占市場(chǎng)主流的是水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，平時(shí)說(shuō)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)通常也是指水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。目前水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率最大能達(dá)到到5wm左右。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)雖然最早被人類利用，但是近10多年才被用來(lái)發(fā)電。與傳統(tǒng)的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有不用對(duì)風(fēng)向，無(wú)噪音，轉(zhuǎn)速低等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在起動(dòng)風(fēng)速高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜等明顯缺點(diǎn)，這都限制了垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的應(yīng)用。§2.1.2 小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)及其特性水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)大致由以下幾個(gè)部分組成：風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)、回轉(zhuǎn)體、調(diào)速機(jī)構(gòu)、調(diào)向機(jī)構(gòu)（尾翼）、剎車機(jī)構(gòu)、塔架。1.風(fēng)輪水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪是由1-4個(gè)葉片（&

14、#160;大部分為23個(gè)葉片）和輪轂組成。其功能是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。葉片的結(jié)構(gòu)一般有多種形式.但是總的說(shuō)來(lái)，除部分小型風(fēng)力機(jī)的葉片采用木質(zhì)材料外，通常風(fēng)力機(jī)的葉片采用玻璃纖維或高強(qiáng)度復(fù)合材料。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片都裝在輪轂上。輪轂是風(fēng)輪的樞紐，也是葉片根部與主軸的連接件，所有從葉片傳來(lái)的力，都將會(huì)通過(guò)輪轂傳遞到傳動(dòng)系統(tǒng)，再傳到風(fēng)力機(jī)驅(qū)動(dòng)的對(duì)象，同時(shí)輪轂也是控制葉片槳距（使葉片作俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)）的所在。輪轂要有足夠的強(qiáng)度，并力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。在可能的條件下（如采用葉片失速控制），葉片采用定槳距結(jié)構(gòu)，即將 葉片固定在輪轂上無(wú)俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣不但能簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，提高壽命，而且能有效地降低成本。2.發(fā)電機(jī)發(fā)電

15、機(jī)的種類：小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)所用的發(fā)電機(jī)，可以是直流發(fā)電機(jī)，也可以是交流發(fā)電機(jī)。目前，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)用的發(fā)電機(jī)大部分是三相交流發(fā)電機(jī)。由于產(chǎn)生磁場(chǎng)的形式不同，三相交流發(fā)電機(jī)有永磁式和勵(lì)磁式，它們所產(chǎn)生的三相交流電都要通過(guò)整流二極管整流后輸出直流電。為便于安裝和維修，現(xiàn)在很多小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，采用交流 發(fā)電機(jī)時(shí)，將整流器安裝在控制器中。交流發(fā)電機(jī)與直流發(fā)電機(jī)相比，具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低速發(fā)電性能好等優(yōu)點(diǎn)。尤其是對(duì)周圍無(wú)線電設(shè)備的干擾要比直流發(fā)電機(jī)小得多，因此適合小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)使用。3. 回轉(zhuǎn)體  回轉(zhuǎn)體是小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的重要部件之一。其作用是支撐安裝發(fā)電機(jī)、風(fēng)輪

16、和尾翼調(diào)速機(jī)構(gòu)等，并保證上述工作部件按照各自的工作特點(diǎn)隨著風(fēng)速、風(fēng)向的變化在機(jī)架 上端自由回轉(zhuǎn)，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)回轉(zhuǎn)體的結(jié)構(gòu)和安裝方式種類各異。4.調(diào)速機(jī)構(gòu)由于自然界的風(fēng)具有不穩(wěn)定性、脈動(dòng)性，風(fēng)速時(shí)大時(shí)小，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)風(fēng)和暴風(fēng)，而風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉輪的轉(zhuǎn)速又是隨著風(fēng)速的變化而變化的，如果沒(méi)有調(diào)速機(jī)構(gòu)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉輪的轉(zhuǎn)速將隨著風(fēng)速的增大而越來(lái)越高。這樣，葉片上產(chǎn)生的離心力會(huì)迅速 加大，以至損壞葉輪。另外，隨著風(fēng)速增大，葉輪轉(zhuǎn)速增高的同時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率也必然增大，而風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子線圈和其他電子元件的超載能力是有一 定限度的，是不能隨意增加的。因此風(fēng)力發(fā)電機(jī)若要有

17、一個(gè)穩(wěn)定的功率輸出，就必須設(shè)置調(diào)速機(jī)構(gòu)。小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)常用的調(diào)速方法有三種：風(fēng)輪側(cè)偏調(diào)速法；槳葉側(cè)偏調(diào)速法；空氣制動(dòng)調(diào)速法。5.調(diào)向機(jī)構(gòu) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)是靠風(fēng)的能量發(fā)電的，而風(fēng)輪捕獲風(fēng)能的大小與風(fēng)輪的垂直迎風(fēng)面積成正比，也就是說(shuō)，對(duì)于某一個(gè)風(fēng)輪，當(dāng)它垂直 風(fēng)向時(shí)（正面迎風(fēng)）捕獲的風(fēng)能就多；而當(dāng)它不是正面迎風(fēng)時(shí)，所捕獲的風(fēng)能相對(duì)就少；當(dāng)風(fēng)輪與風(fēng)向平行時(shí)，就捕獲不到風(fēng)能。所以，風(fēng)力發(fā)電機(jī)必須設(shè)置調(diào)向機(jī) 構(gòu)，使風(fēng)輪最大程度地保持迎風(fēng)狀態(tài)，以獲取盡可能多的風(fēng)能，從而輸出較大的電能，調(diào)向機(jī)構(gòu)對(duì)于小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，一般采用“尾翼調(diào)向”。尾翼主要用在小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)上，由尾翼梁、尾翼板等組成

18、，一般安裝在主風(fēng)輪后面，并與主風(fēng)輪回轉(zhuǎn)面垂直。其調(diào)向原理是：風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作時(shí)，尾翼板始終順著風(fēng) 向，也就是與風(fēng)向平行。這是由尾翼梁的長(zhǎng)度和尾翼板的順風(fēng)面積決定的，當(dāng)風(fēng)向偏轉(zhuǎn)時(shí)尾翼板所受風(fēng)壓作用而產(chǎn)生的力矩足以使機(jī)頭轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使風(fēng)輪處在迎風(fēng)位置。尾翼一般都裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪的尾流區(qū)里，但為了避開(kāi)風(fēng)輪的尾流區(qū)，也有把尾翼安裝在很高位置上。而尾翼支撐臂的長(zhǎng)度，以與風(fēng)輪直徑大體相同為標(biāo)準(zhǔn)，尾翼面積為風(fēng)力發(fā)電機(jī)回轉(zhuǎn)面積的1/8。6.手剎車機(jī)構(gòu)小、型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的手剎車機(jī)構(gòu)的用途是使風(fēng)輪臨時(shí)性停車（停止旋轉(zhuǎn)）。如遇到特大風(fēng)時(shí)可緊急使風(fēng)輪停轉(zhuǎn)，檢修風(fēng)力發(fā)電機(jī)和為了使風(fēng)力發(fā)電機(jī)有計(jì)劃地停止轉(zhuǎn)動(dòng)

19、0;等，可通過(guò)手剎車機(jī)構(gòu)使風(fēng)輪剎車，或使風(fēng)輪偏轉(zhuǎn)與尾翼板平行。為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，有些小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)沒(méi)有設(shè)置手剎車機(jī)構(gòu)，但為實(shí)現(xiàn)臨時(shí)停車，大多在尾翼端部系 一根尼龍繩擺動(dòng)尾翼，使風(fēng)輪偏轉(zhuǎn)離開(kāi)迎風(fēng)位置。手剎車機(jī)構(gòu)一般都是鋼絲繩牽拉式。小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)手剎車鋼絲繩的牽拉方式有杠桿原理牽拉、絞輪原理牽拉。7. 塔架為了讓風(fēng)輪在地面上較高的風(fēng)速帶中運(yùn)行，需要用塔架把風(fēng)輪支撐起來(lái)。這時(shí)，塔架承受兩個(gè)載荷：一個(gè)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)重力，向下壓在塔架上；一個(gè)是阻力，使塔架向風(fēng)的下游方向彎曲。塔架所用材料是木桿或鐵管，也可以采用鋼材作成的桁架結(jié)構(gòu)。小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)百瓦級(jí)的大多采用空心、立柱拉索式千瓦級(jí)的采用

20、空心立柱式，也有采用桁架式。不論選擇什么樣的塔架，目的是使風(fēng)輪獲得較大風(fēng)速，同時(shí)還必須考慮成本。引起塔架破壞的載荷主要是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的重量和塔架所受到的阻力，因此，要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)確定。§2.1.3 小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的選擇與選址風(fēng)電場(chǎng)選址與傳統(tǒng)的發(fā)電廠選址時(shí)不同，風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量取決于風(fēng)電場(chǎng)位置及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的布置，風(fēng)電場(chǎng)選址是一個(gè)系統(tǒng)而復(fù)雜的問(wèn)題。通常，風(fēng)電場(chǎng)選址包括宏觀選址和微觀選址。宏觀選址是從一個(gè)較大的地區(qū)（從幾十平方公里到幾十萬(wàn)平方公里的范圍），對(duì)氣象條件（風(fēng)能資源）、并網(wǎng)條件、經(jīng)濟(jì)條件、地理?xiàng)l件、地形條件、環(huán)境影響等方面進(jìn)行綜合考察后，選擇一個(gè)風(fēng)能資源豐富、而且

21、最有利用價(jià)值的小區(qū)域（通常小于十平方公里）。微觀選址是在宏觀選址中選定的小區(qū)域中確定如何布置風(fēng)力機(jī)，使整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。一般，風(fēng)電場(chǎng)選址需要兩年時(shí)間，國(guó)內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)表明，由于風(fēng)電場(chǎng)選址的失誤造成發(fā)電量損失和增加維修費(fèi)用將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)場(chǎng)址進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查的費(fèi)用。因此，風(fēng)電場(chǎng)選址對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)是至關(guān)重要的。如何選擇小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的合適安裝場(chǎng)址是一個(gè)要考慮多方面因素的問(wèn)題，不過(guò)一般來(lái)說(shuō)，選址應(yīng)考慮的主要因素就是對(duì)重要的風(fēng)能特性的利用。在一般的實(shí)際工作中，第一步要根據(jù)風(fēng)能資源區(qū)劃和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)粗略選址；第二步分析當(dāng)?shù)靥攸c(diǎn)，充分利用有利地形，確定安裝地點(diǎn)。小型風(fēng)力機(jī)選址的基本技術(shù)要求可以歸納為：選

22、擇年平均風(fēng)速較大；有較穩(wěn)定的盛行風(fēng)向；風(fēng)速的日變化、季變化要小；風(fēng)力發(fā)電機(jī)高度范圍內(nèi)垂直切變要小；湍流強(qiáng)度要小；盡可能少的自然災(zāi)害。另外，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)因?yàn)榘惭b高度相對(duì)較低，必須考慮周圍地形地物的影響。§2.2 風(fēng)力機(jī)葉片的設(shè)計(jì)與制作§2.2.1 葉片設(shè)計(jì)的空氣動(dòng)力學(xué)原理（1）貝茲理論是風(fēng)力發(fā)電中關(guān)于風(fēng)能利用效率的一條基本的理論，它是由德國(guó)物理學(xué)家Albert Betz于1919年提出的。它是指在理想情況下風(fēng)能所能轉(zhuǎn)換成為電能的極限比值為16/27約為59.3%。貝茲理論假定風(fēng)輪是理想的：風(fēng)輪流動(dòng)模型可簡(jiǎn)化成一個(gè)單元流管；風(fēng)輪沒(méi)有錐角、傾角和偏角，這時(shí)風(fēng)輪可簡(jiǎn)化成一個(gè)平面槳

23、盤；風(fēng)輪葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)沒(méi)有摩擦阻力；風(fēng)輪前未受擾動(dòng)的氣流靜壓和風(fēng)輪后的氣流靜壓相等，即P1=P2；作用在風(fēng)輪上的推力是均勻的。經(jīng)驗(yàn)證可推出風(fēng)能利用系數(shù)的最大值為：C p= 16/270.593。這就是著名的貝茲極限值，它說(shuō)明風(fēng)力機(jī)從風(fēng)流場(chǎng)中所能得到的能量是有限的，其功率損失部分可以解釋為留在尾流中的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能。有這個(gè)極限值可以確定無(wú)論何種類型的風(fēng)力機(jī)，其實(shí)際風(fēng)能利用率一定低于0.593。（2）通過(guò)渦流理論我們可以知道，對(duì)于有限長(zhǎng)的葉片，在風(fēng)輪葉片的下游存在著尾跡渦流，它形成兩個(gè)主要的渦流區(qū)：一個(gè)在輪轂附近，另外一個(gè)在葉尖出。當(dāng)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，通過(guò)每個(gè)葉片尖部的氣流的軌跡為一螺旋線，因此，每個(gè)葉片的尾

24、跡渦形成一螺旋形。在輪轂附近也存在同樣的情況，每個(gè)葉片都對(duì)輪轂渦流的形成產(chǎn)生一定的作用。此外，為了確定速度場(chǎng)，可將各葉片的作用以一邊界渦流代替。對(duì)于空間某一給定點(diǎn)，其風(fēng)速可認(rèn)為是由非擾動(dòng)的風(fēng)速和渦流系統(tǒng)產(chǎn)生的風(fēng)速之和，由渦流引起的風(fēng)速可看成是由下列三個(gè)渦流系統(tǒng)疊加的結(jié)果：中心渦，集中在轉(zhuǎn)軸上；每個(gè)葉片的邊界；每個(gè)葉片尖部形成的螺旋渦。（3）葉素理論將葉片看成由連續(xù)布置的若干多個(gè)葉片微段組成。而每一個(gè)葉片微段都可稱為葉素。我們先假設(shè)每個(gè)微段之間沒(méi)有干擾，那么葉素本身可以看成一個(gè)二元翼型。垂直軸風(fēng)輪的氣動(dòng)性能理論沒(méi)有像水平軸風(fēng)輪那樣因?yàn)槲樟寺菪龢碚摱l(fā)展得比較完善。最早的預(yù)測(cè)垂直軸風(fēng)輪氣動(dòng)性能

25、的模型是“單流管模型”，該理論假設(shè)風(fēng)輪被包含在一個(gè)流管中，當(dāng)流管通過(guò)風(fēng)輪時(shí)，風(fēng)輪上風(fēng)速處處相等，即風(fēng)輪掃掠的整個(gè)體積上，誘導(dǎo)速度均勻不變，根據(jù)動(dòng)量理論，風(fēng)輪上的阻力等于通過(guò)風(fēng)輪氣流的動(dòng)量變化率，然后將流管中風(fēng)輪處風(fēng)速表示為未擾動(dòng)風(fēng)速的函數(shù)。 在估算小載荷葉片的總體性能時(shí)，運(yùn)用單流管方法效果較好，但如果要考慮到通過(guò)風(fēng)輪的風(fēng)速變化以及來(lái)流剪切的影響時(shí)就不行了。為此學(xué)者發(fā)展出了“多流管方法”，該理論模型把風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)體分為一系列平行的流管。當(dāng)流體從上游葉片進(jìn)入下流葉片時(shí)，流管具有相互不同但在同一流管內(nèi)恒定的誘導(dǎo)速度。然后利用與單流管同樣的方法，在每一個(gè)流管內(nèi)運(yùn)用動(dòng)量理論和貝茲理論推導(dǎo)出葉片的氣動(dòng)性能關(guān)

26、系式。再通過(guò)積分得出整個(gè)風(fēng)輪的氣動(dòng)性能曲線。§2.2.2 水平軸與垂直軸葉片設(shè)計(jì)方法的理論對(duì)比水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片設(shè)計(jì)目前普遍采用的是動(dòng)量葉素理論。但是由于葉素理論忽略了各葉素之間的流動(dòng)干擾，同時(shí)在應(yīng)用葉素理論設(shè)計(jì)葉片時(shí)都忽略了翼型的阻力，這種簡(jiǎn)化處理不可避免的造成了結(jié)果的不準(zhǔn)確性，文獻(xiàn)指出，這種簡(jiǎn)化對(duì)葉片外形設(shè)計(jì)的影響較小，但是對(duì)風(fēng)輪的風(fēng)能利用率影響較大。同時(shí)，風(fēng)輪各葉片之間的干擾也十分強(qiáng)烈，整個(gè)流動(dòng)非常復(fù)雜，如果僅僅依靠葉素理論是完全沒(méi)有辦法得出準(zhǔn)確結(jié)果的。 垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片設(shè)計(jì)以前也是按照水平軸的方法，依靠葉素理論來(lái)設(shè)計(jì)。由于垂直軸風(fēng)輪的流動(dòng)比水平軸更加復(fù)雜，

27、是典型的大分離非定常流動(dòng)，不適合用葉素理論進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)，這也是垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期得不到發(fā)展的一個(gè)重要原因。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算流體力學(xué)得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步，從最初的小擾動(dòng)速勢(shì)方程，到歐拉方程，以及更加復(fù)雜的N-S方程，目前的CFD技術(shù)完全能模擬在復(fù)雜外形下的復(fù)雜流動(dòng)。對(duì)于垂直軸風(fēng)輪的葉片，已經(jīng)可以用CFD方法來(lái)設(shè)計(jì)，這無(wú)疑要比葉素理論精確的多。而水平軸葉片的設(shè)計(jì)還沒(méi)有辦法應(yīng)用CFD方法來(lái)設(shè)計(jì)，這主要是由這兩種風(fēng)輪結(jié)構(gòu)決定的。水平軸的葉片由于每個(gè)截面的扭角，弦長(zhǎng)以及尖速比都不同，如果要用CFD模擬的話，就必須采用三維模型，這樣計(jì)算網(wǎng)格至少要100萬(wàn)個(gè)，整個(gè)計(jì)算量就會(huì)大大增加。而垂直軸就

28、完全不一樣（僅限于Darrieus式H型風(fēng)輪），葉片的每個(gè)截面都一樣，這樣就能簡(jiǎn)化成二維情況，網(wǎng)格數(shù)大大下降，計(jì)算量也隨之下降，一般模擬一個(gè)工況只需要4個(gè)小時(shí)。從設(shè)計(jì)方法上講，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)要比水平軸的先進(jìn)的多。第三章小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的總體方案確定§3.1 總體方案設(shè)計(jì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題題目為400w俯仰調(diào)速式水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，采用流線型三葉式玻璃鋼風(fēng)葉，強(qiáng)度大、耐疲勞、效率高，葉片直徑大約2m。電機(jī)選用永磁式發(fā)電機(jī)，低速性能好。整機(jī)采用尾舵進(jìn)行調(diào)向控制，另外單獨(dú)設(shè)計(jì)了俯仰調(diào)速裝置，這樣在風(fēng)速改變時(shí)能夠在一定程度上保證功率的恒定。整個(gè)機(jī)組性能穩(wěn)定可靠，安裝維修方便。其啟動(dòng)風(fēng)速較低為3m

29、/s，額定風(fēng)速10m/s，切出風(fēng)速為25m/s，額定功率為0.4kW，輸出電壓為115/230V。該風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作流程：首先風(fēng)輪葉片在風(fēng)的作用下帶動(dòng)風(fēng)輪進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，但是由于這一轉(zhuǎn)速較低不能用來(lái)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，因此為了提高其轉(zhuǎn)速使其能夠用來(lái)發(fā)電，中間采用增速器增加轉(zhuǎn)速，另外，由于尾舵和俯仰調(diào)速裝置的存在，使該風(fēng)力機(jī)在一定程度上保證了所產(chǎn)生的功率恒定；為了在風(fēng)力較大時(shí)保護(hù)風(fēng)力機(jī)不受到損害，增設(shè)了剎車裝置，在風(fēng)力較大時(shí)通過(guò)剎車裝置即可保證風(fēng)力機(jī)安全。§3.2 風(fēng)力機(jī)基本結(jié)構(gòu)本次設(shè)計(jì)的俯仰調(diào)速式水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要工作部件包括：風(fēng)輪（由葉片和輪轂組成），傳動(dòng)軸，聯(lián)軸器，齒輪箱，剎車裝置，

30、發(fā)電機(jī)，尾舵和調(diào)速裝置等組成。§3.3 基本參數(shù)的選擇與計(jì)算§3.3.1 設(shè)計(jì)前提條件根據(jù)調(diào)查取平均風(fēng)速10m/s 為設(shè)計(jì)風(fēng)速，啟動(dòng)風(fēng)速3m/s，上風(fēng)向尾舵調(diào)向，尖速比取5，發(fā)電機(jī)額定功率400W。§3.3.2 基本參數(shù)的確定1. 風(fēng)力機(jī)有效功率：風(fēng)力機(jī)有效功率可由下式求出：式中： 風(fēng)能利用系數(shù)，最大值是貝茲極限59.3%；空氣密度，；A風(fēng)輪的掃掠面積，；V風(fēng)速，m/s。就本設(shè)計(jì)而言：取葉片數(shù)為3，葉尖速比=5，取Cp=0.36，=1.25，V=10m/s。2.風(fēng)輪掃掠面積S及風(fēng)輪直徑D的設(shè)計(jì)(1)風(fēng)力機(jī)功率的計(jì)算發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率為400W，其中要經(jīng)過(guò)聯(lián)軸器，增速

31、機(jī)構(gòu)，發(fā)電機(jī)，取聯(lián)軸器效率為0.99，滾動(dòng)軸承效率為0.99，閉式齒輪效率為0.97，發(fā)電機(jī)效率為0.71。故：(2)風(fēng)輪的掃掠面積S的確定風(fēng)力機(jī)有效功率 ，故風(fēng)輪掃掠面積A為：(3)風(fēng)輪直徑D的確定求出風(fēng)輪掃掠面積A后，便可計(jì)算出風(fēng)輪直徑： D=2.4m，則R=1.2m。（4）風(fēng)輪轉(zhuǎn)速n 的計(jì)算及增速比i 的確定由可再生能源及其發(fā)電技術(shù)表3.15與表3.16取尖速比為5，葉片數(shù)為3，為中速扭曲翼型。風(fēng)輪轉(zhuǎn)速 故增速比 風(fēng)輪功率 。第四章 主要工作部件的參數(shù)選擇與計(jì)算§4.1 葉片裝置設(shè)計(jì)§4.1.1 葉片剖面翼型葉片翼型基本上可分為平板型風(fēng)帆型和扭曲型三種類型，低速風(fēng)力機(jī)

32、往往采用的翼型為平板型或風(fēng)帆型，它的迎角在整個(gè)葉片上是一樣的，效率也不高，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，成本低?，F(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪葉片翼型基本上都采用扭曲型，扭曲葉片雖然制造困難，但能提高風(fēng)能利用率，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)獲得最佳風(fēng)能功率。所謂扭曲葉片，就是沿葉片長(zhǎng)度葉片翼型扭轉(zhuǎn)一定角度，使得葉片翼型各處的安裝角i不一致，角度由葉根至葉尖逐漸減少，使得葉片各處都處在最佳迎角狀態(tài)，以獲得最佳升力，從而提高葉片接受風(fēng)能的效率。一些微小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片是木制的，不易扭曲的也可做成等安裝角葉片，只是效率低一些。在確定葉片剖面翼型的同時(shí)，必須注意到翼型的升阻比。從理論上說(shuō)，升阻比L/D越大越好，但升阻比大到一定程度時(shí)

33、，風(fēng)輪葉片效率并不一定高，確定最佳升阻比為：L/D=33本次設(shè)計(jì)決定采用美國(guó)經(jīng)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐都認(rèn)為是很理想的并且定型的翼型資料，選取ClarkY 翼型作為該設(shè)計(jì)葉片翼型，其橫截面近似成流線型。§4.1.2 葉片外形設(shè)計(jì)下面利用日本學(xué)者牛山泉等提出的圖解法設(shè)計(jì)螺旋槳式葉片的外形。根據(jù)前面計(jì)算已確定該方案為3 葉片，風(fēng)輪直徑2.4m，尖速比為5。第一步：按適當(dāng)比例繪制一直線，長(zhǎng)度為m，并等分成若干份，現(xiàn)按十份等分，各個(gè)位置間距為0.12m，計(jì)算出各個(gè)位置上的周速比。以式計(jì)算如下：1位置: 2位置: 3位置: 4位置: 5位置: 6位置: 7位置: 8位置: 9位置: 10位置: 第二步：

34、分析各位置處的攻角。攻角與周速比的關(guān)系如下圖所示，由此可得各位置攻角如下：1位置： ， 查得： ；2位置： ， 查得： ；3位置： ， 查得： ；4位置： ， 查得： ；5位置： ， 查得： ；6位置： ， 查得： ；7位置： ， 查得： ；8位置： ， 查得： ；9位置： ， 查得： ；10位置： ， 查得： ；由圖可知，在靠近風(fēng)輪中心處，攻角 值急劇增大，在制造和葉片安裝有困難時(shí)，可使此處的值略小一些，光滑過(guò)渡即可。第三步：計(jì)算各位置的翼型弦長(zhǎng)各位置弦長(zhǎng)與周速比的關(guān)系查可再生能源及其發(fā)電技術(shù)。對(duì)于葉片風(fēng)輪計(jì)算如下：1位置： ，查得：，（插值） 2位置： ，查得：，（插值） 3位置： ，查得

35、：，（插值） 4位置： ，查得：， 5位置： ，查得：， 6位置： ，查得：， 7位置： ，查得：， 8位置： ，查得：， 9位置： ，查得：， 10位置： ，查得：， 第四步：把各個(gè)位置的弦長(zhǎng)連接起來(lái)便得到了葉片受風(fēng)平面展開(kāi)形狀。再按各個(gè)位置上的攻角a 值，把這個(gè)平面形狀“扭”成螺旋狀。至于翼型的上部曲線形狀，則根據(jù)具體需要繪制出。具體繪制示意圖如下圖所示： 圖 4-3 螺旋葉片設(shè)計(jì)圖§4.1.3 計(jì)算葉片的實(shí)際安裝角上面所求的對(duì)應(yīng)于不同的為葉片的相對(duì)迎風(fēng)角，葉片處的實(shí)際安裝角應(yīng)為相對(duì)迎風(fēng)角減去葉片的平均迎角。 葉片的實(shí)際安裝角由下式給出： （41）其中：葉片從轉(zhuǎn)動(dòng)中心至葉尖不同位

36、置的半徑所對(duì)應(yīng)的葉片實(shí)際安裝角；（°）處所對(duì)應(yīng)的葉片相對(duì)迎風(fēng)角；（°）葉片的平均迎角。（°）葉片的平均迎角 由下式給出： （42）式中：升力系數(shù)為0 時(shí)的葉片迎角（°）通常為負(fù)值；-展弦比；升力系數(shù)；升力曲線平均斜率。的值，在選定翼型之后查翼型圖上零升力的迎角即為的值，對(duì)ClarkY型而言：=-2度。展弦比即是翼展的平方與翼的面積 Sy 之比，即風(fēng)輪半徑的平方與葉片面積之比： （43）式中：Lm 平均弦長(zhǎng)； （m）Sy葉片面積； （m2）R風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)半徑。（m）綜合前面計(jì)算的弦長(zhǎng)取 Lm 0.15m，已知R1.1m，則： 根據(jù)所選翼型查圖 44 取升阻比最

37、佳值，再按升阻比最佳值在圖45 上查取。 升力曲線平均斜率 KL 由下式確定：（44）式中：-升力曲線最大值；-零升力；升力曲線最大值所對(duì)應(yīng)的最大仰角。（°）圖 44 圖45查圖知：;則:因此可得：至此，葉片的實(shí)際安裝角可求出。 風(fēng)輪各參數(shù)確定后，葉片幾何形狀就可確定，同時(shí)葉片實(shí)際安裝角也可確定，葉片實(shí)際工作位置就確定了。定槳距葉片就是按計(jì)算所得到的實(shí)際葉片安裝角將葉片固定到輪轂上，不能變動(dòng)葉片安裝角。變槳距葉片就是葉片用可轉(zhuǎn)動(dòng)的軸安裝在輪轂上，輪轂上安裝的幾個(gè)葉片可同步轉(zhuǎn)動(dòng)以改變?nèi)~片安裝角，也即同步改變?nèi)~片迎角以滿足不同風(fēng)速下（額定風(fēng)速以上）風(fēng)力發(fā)電機(jī)得到額定功率。§4.

38、1.4 風(fēng)輪葉片在轉(zhuǎn)動(dòng)中受力及風(fēng)輪軸受力分析葉片在轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中受到空氣總動(dòng)力 F 的作用，這個(gè)總動(dòng)力可分解為葉片的升力FL 和對(duì)葉片的阻力FD ，葉片自身具有重量G 及質(zhì)量G/g，在轉(zhuǎn)動(dòng)中產(chǎn)生離心力Fg ，這些力對(duì)葉片、風(fēng)輪軸均會(huì)產(chǎn)生彎矩及拉力，從而使葉片和風(fēng)輪軸受到彎曲應(yīng)力和拉應(yīng)力及二項(xiàng)應(yīng)力作用狀態(tài)。因此，在設(shè)計(jì)葉片時(shí)，不僅要對(duì)葉片結(jié)構(gòu)尺寸、翼型、安裝角進(jìn)行計(jì)算確定，還要對(duì)上述葉片在轉(zhuǎn)動(dòng)中受到的力及彎矩進(jìn)行分析計(jì)算才能確定葉片縱梁、風(fēng)輪軸等尺寸、材料及工藝。1） 葉片升力：2） 葉片阻力:3）葉片受離心力： （4-5）式中：G-葉片重量；（kg） -風(fēng)輪角速度；（rad）r-葉片質(zhì)心至葉片轉(zhuǎn)

39、動(dòng)中心的距離；（m）g-重力加速度（玻璃鋼密度為：1.4×kg / ，估計(jì)單葉片重量G（假設(shè)葉片厚5mm，長(zhǎng)1.2m）： 考慮其中的填充物及實(shí)際葉片形狀為弧形面，取 G=4（N）由此可得葉片所受離心力：4) 葉片所受拉力 （4-6）最大拉力為：最小拉力為：5） 升力FL 對(duì)葉片縱梁的彎矩ML （亦是升力對(duì)風(fēng)輪軸的轉(zhuǎn)矩）為： （4-7）6） 阻力FD對(duì)葉片縱梁的彎矩MD 為： （4-8）7） 離心力對(duì)風(fēng)輪軸的彎矩:只要葉片安裝得對(duì)稱且各葉片重量相等，各葉片質(zhì)心到葉片轉(zhuǎn)動(dòng)中心距 r 相等，則風(fēng)輪軸受到離心力彎矩為零。8) 風(fēng)輪葉片軸向推力計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式在丹麥（Gedser）風(fēng)力機(jī)上測(cè)得的

40、結(jié)果表明，每平方米掃掠面上的軸向推力P，在一般風(fēng)輪正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，按下列經(jīng)驗(yàn)公式給出：P =（4-11）式中：P-每平方米掃掠面上葉片受到的軸向推力；（N/)風(fēng)輪掃掠面上葉片受到的軸向推力FT為:（4-12）式中： FT -風(fēng)輪掃掠面上葉片受到的軸向推力；（N 或kN）s-葉片面積；（m2） -風(fēng)速（m/s）風(fēng)輪靜止時(shí)，迎風(fēng)狀態(tài)下所受到的風(fēng)的軸向推力等于相同風(fēng)速時(shí)，風(fēng)輪正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下所受風(fēng)的軸向推力的40%，即為：(靜止）=0.4=0.4x180.956=72.3824(N)9）葉片阻力及葉片阻力彎矩的經(jīng)驗(yàn)公式風(fēng)輪葉片在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所受到的阻力可由下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得出：（4-13）葉片運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所

41、受到的阻力矩： （4-14）式中：r-阻力作用中心至葉片轉(zhuǎn)動(dòng)中心的距離；（m）計(jì)算系數(shù)阻力對(duì)葉片縱梁的彎矩；（N.m或KN.m）10）葉片的仰俯力矩葉片是接受風(fēng)能的部件，葉片縱梁承擔(dān)著葉片受力對(duì)葉片縱梁的彎矩和拉力，同時(shí)由于葉片縱梁不可能通過(guò)葉片翼型受力中心，所以葉片受力對(duì)葉片縱梁有個(gè)扭矩，亦稱葉片的仰俯力矩或彎矩。 （4-15）式中：葉片縱梁的仰俯彎矩；（N.m或KN.m）P-風(fēng)的平均壓強(qiáng)；（ hPa ）-葉片縱梁中心至葉片前緣的弦長(zhǎng)；（m）葉片縱梁中心至葉片后緣的弦長(zhǎng)；（m）葉片翼型安裝角。（°）§4.2 調(diào)向裝置設(shè)計(jì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)是靠風(fēng)的能量發(fā)電的，而風(fēng)輪捕獲風(fēng)能的大小與

42、風(fēng)輪的垂直迎風(fēng)面積成正比，也就是說(shuō)，對(duì)于某一個(gè)風(fēng)輪，當(dāng)它垂直 風(fēng)向時(shí)（正面迎風(fēng)）捕獲的風(fēng)能就多；而當(dāng)它不是正面迎風(fēng)時(shí)，所捕獲的風(fēng)能相對(duì)就少；當(dāng)風(fēng)輪與風(fēng)向平行時(shí)，就捕獲不到風(fēng)能。所以，風(fēng)力發(fā)電機(jī)必須設(shè)置調(diào)向機(jī) 構(gòu)，使風(fēng)輪最大程度地保持迎風(fēng)狀態(tài)，以獲取盡可能多的風(fēng)能，從而輸出較大的電能，調(diào)向機(jī)構(gòu)對(duì)于小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，一般采用“尾翼調(diào)向”。尾翼主要用在小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)上，由尾翼梁、尾翼板等組成，一般安裝在主風(fēng)輪后面，并與主風(fēng)輪回轉(zhuǎn)面垂直。其調(diào)向原理是：風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作時(shí)，尾翼板始終順著風(fēng) 向，也就是與風(fēng)向平行。這是由尾翼梁的長(zhǎng)度和尾翼板的順風(fēng)面積決定的，當(dāng)風(fēng)向偏轉(zhuǎn)時(shí)尾翼板

43、所受風(fēng)壓作用而產(chǎn)生的力矩足以使機(jī)頭轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使風(fēng)輪處在迎風(fēng)位置。尾翼一般都裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪的尾流區(qū)里，但為了避開(kāi)風(fēng)輪的尾流區(qū)，也有把尾翼安裝在很高位置上。1）尾舵的長(zhǎng)度和面積尾舵長(zhǎng)度按下式取值: （4-16）設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)著的風(fēng)輪的掃掠面積為 A，尾翼的面積為Af ，其面積之比按如下關(guān)系式取值：當(dāng)時(shí)，對(duì)多葉片風(fēng)輪，取= 0.1A ，對(duì) 23 葉片風(fēng)輪，取= 0.04A，對(duì)本方案而言取 。實(shí)際中一般常使其中D為風(fēng)輪直徑，則：2）尾翼的形狀尾翼的形狀演變經(jīng)過(guò)了老式、改進(jìn)式和新式。其中新式是最好的，它對(duì)風(fēng)向變化敏感、跟蹤快，翼展和弦長(zhǎng)之比可取具體到本方案取。由前面計(jì)算可知，可求得：h=0.6m, b=0.

44、3m§4.3 調(diào)速裝置設(shè)計(jì)對(duì)于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)仰俯調(diào)速式水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，采用側(cè)翼調(diào)速法：就是在風(fēng)輪后面與風(fēng)輪回轉(zhuǎn)面平行安裝一個(gè)側(cè)翼，其側(cè)翼梁應(yīng)垂直于地面。側(cè)翼板伸到風(fēng)輪回轉(zhuǎn)直徑之外，并與回轉(zhuǎn)面平行。側(cè)翼的迎風(fēng)面積，以當(dāng)風(fēng)速達(dá)限速風(fēng)速時(shí)側(cè)翼板上的風(fēng)壓足以使風(fēng)輪扭轉(zhuǎn)限速為標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)嚴(yán)格的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)確定，不可隨意變動(dòng)。當(dāng)風(fēng)速還沒(méi)有達(dá)到限速風(fēng)速時(shí)，風(fēng)輪將在尾翼的作用下處在正對(duì)風(fēng)向的位置，也就是工作的位置。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到或超過(guò)限速風(fēng)速時(shí)，側(cè)翼板上受到的風(fēng)壓足以克服彈簧或配重的拉力，驅(qū)使風(fēng)輪順著風(fēng)向扭轉(zhuǎn)一個(gè)角度，使之與尾翼（調(diào)向機(jī)構(gòu)）靠近。此時(shí)由于風(fēng)輪迎風(fēng)角度的改變，迎風(fēng)面積變小，轉(zhuǎn)速也就隨之降了下來(lái)

45、，達(dá)到了調(diào)速的目的。當(dāng)風(fēng)速繼續(xù)增大，以至達(dá)到剎車風(fēng)速或超過(guò)剎車風(fēng)速時(shí)，風(fēng)輪將扭轉(zhuǎn)到與尾翼完全靠攏的位置，也就是完全順著風(fēng)向的位置，停止轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到剎車的目的。風(fēng)輪扭轉(zhuǎn)后回位是靠機(jī)體尾部的彈簧或配重來(lái)實(shí)現(xiàn)的，也就是當(dāng)風(fēng)速減小到低于限速風(fēng)速時(shí)，彈簧或配重將拉著機(jī)頭回到原來(lái)的位置。 第五章 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算§5.1 傳動(dòng)特點(diǎn) 為了使傳動(dòng)更加平穩(wěn)擬采用圓柱斜齒輪作為傳動(dòng)主要零件，同時(shí)為了平衡軸向力采用圓錐滾子軸承作為其兩端的支承，風(fēng)輪軸與增速器軸之間、增速器與發(fā)電機(jī)之間都采用聯(lián)軸器連接。§5.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)總體及動(dòng)力系統(tǒng)布置本次設(shè)計(jì)決定采用“一字型”總體布置方案作為設(shè)計(jì)方案。（如下

46、圖5-1 所示） 圖5-1這種布置形式是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中采用最多的形式，其主要特點(diǎn)是對(duì)中性好，負(fù)載分布均勻；其缺點(diǎn)是占軸線長(zhǎng)，可能導(dǎo)致主軸過(guò)短，主軸承載荷較大，但對(duì)于小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)而言，過(guò)載的可能性很小。§5.3 整機(jī)傳動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率為400W，其中要經(jīng)過(guò)聯(lián)軸器，增速機(jī)構(gòu)，發(fā)電機(jī)，取聯(lián)軸器效率為0.99，滾動(dòng)軸承效率為0.99，閉式齒輪效率為0.97，發(fā)電機(jī)效率為0.71。故：風(fēng)力機(jī)有效功率，故風(fēng)輪掃掠面積A為：求出風(fēng)輪掃掠面積A后，便可計(jì)算出風(fēng)輪直徑： 取D=2.4m，則R=1.2m。由可再生能源及其發(fā)電技術(shù)表3.15與表3.16取尖速比為5，葉片數(shù)為3，為中速扭曲翼型。

47、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速 故增速比 風(fēng)輪功率 。 其中：軸為主軸；軸為大齒輪所在軸；軸為小齒輪所在軸；軸為發(fā)電機(jī)軸；1）各軸轉(zhuǎn)速（r / min ） 上圖所示傳動(dòng)裝置中各軸轉(zhuǎn)速為:2） 各軸輸入功率P(kW)3) 各軸輸入轉(zhuǎn)矩T(N .m )1） 將以上結(jié)果整理后列于下表5-1，供以后設(shè)計(jì)計(jì)算使用:表5-1 總體動(dòng)力參數(shù)第六章 部分零件的設(shè)計(jì)計(jì)算§6.1 圓柱斜齒輪傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算§6.1.1 選材料、熱處理方法、定精度等級(jí)1該風(fēng)力發(fā)電機(jī)為通用機(jī)械，且速度不高，故采用7 級(jí)精度(GB10095-88)。2材料選擇對(duì)于大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組而言，優(yōu)先選用合金鋼，但對(duì)于小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，由于成本受限，查表101機(jī)械設(shè)計(jì)，查得主從動(dòng)齒輪均選材料為45 鋼，調(diào)質(zhì)后小齒輪硬度為250HBS，大齒輪硬度為210HBS，二者材料硬度差為40HBS，滿足設(shè)計(jì)要求。3選小齒輪齒數(shù)：，大齒輪齒數(shù)：，取 §6.1.2 按照接觸強(qiáng)度進(jìn)行初步計(jì)算選用圓柱斜齒輪齒輪