小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)——畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

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1、小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)目 錄中文摘要、關(guān)鍵詞 1英文摘要、關(guān)鍵詞 2前 言 3第一章 概述5（一） 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的現(xiàn)狀與展望 5（二）開發(fā)利用風(fēng)能的動(dòng)因 6（三）風(fēng)力發(fā)電的原理和特點(diǎn) .7第二章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的原理及其結(jié)構(gòu) . 7（一）垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作原理 . .8（二）小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu) .9（三）風(fēng)力機(jī)的功率 .10第三章 垂直軸小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的總體設(shè)計(jì) .10（一）風(fēng)力機(jī)的種類及選擇 .10（二）葉片的選擇 .12（三）垂直軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)能學(xué)和空氣動(dòng)力學(xué) .14第四章 電氣設(shè)計(jì)部分.17（一） 基本原理 .17（三） 傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算 .20第五章 小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)調(diào)向調(diào)速原理及其

2、安裝.27（一）小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的調(diào)向調(diào)速原理 .27（二）小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)在地面上的安裝 .27結(jié)論 .29設(shè)計(jì)總結(jié) .30參考文獻(xiàn) .31致 謝 .32小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)摘 要隨著科技的發(fā)展，電器設(shè)備在家庭生活中變的越來越重要了，電能消耗也與日俱增,同時(shí)國(guó)內(nèi)環(huán)境問題也越來越嚴(yán)重，成為了社會(huì)熱點(diǎn)，其中就包括清潔能源。激烈的矛盾促使我們?nèi)ふ耀@取新能源的新出路，通過國(guó)家風(fēng)能專業(yè)科學(xué)家不懈的努力，也取得了一些不錯(cuò)的效益。垂直軸小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電效率高、噪聲低、啟動(dòng)扭矩小、成本低廉，有望普及到家庭，在緩解能源危機(jī)、清潔能源的問題上，前景一片美好。本文介紹了一種小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，

3、通過對(duì)垂直軸小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的細(xì)節(jié)改進(jìn)，改變市場(chǎng)上風(fēng)力發(fā)電機(jī)電機(jī)易壞而維修不便的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)出發(fā)電機(jī)安裝在地面上的一款風(fēng)力發(fā)電機(jī)，并簡(jiǎn)要介紹其控制電路、選擇蓄電池型號(hào)。普及垂直軸小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)做再次的鋪墊研究，進(jìn)而為緩解能源危機(jī)、清潔能源盡一份力。 關(guān)鍵詞：電能；風(fēng)力發(fā)電機(jī)；垂直軸；能源；設(shè)計(jì)；Small vertical axis wind turbinedesignAbstract: With the development of science and technology, electric equipment becomes more and more important in fami

4、ly life. Electric energy consumption also grows day by day. Meanwhile, now the international environment problem is also more and more serious. It is a social hot spot, including clean energy. The fierce conflict prompted us to find new ways to acquire new energy. Through the untiring efforts of all

5、 countries, we already have made some good benefits. With small vertical axis wind generator power generator, it has the advantages of efficiency, low noise, low start torque, low cost, and is expected to spread to the families, to alleviate the energy crisis, to realize clean energy. This paper use

6、 achievements of the past as the reference, improving the structure of small vertical axis wind generator, changing the wind generator bad faults of motor maintenance inconvenient on the market. This design installed generator on the ground, and complete the set of equipment design, to do matting of

7、 the popularization of small vertical axis wind generators, and then to do relieve the energy crisis, to do realize clean energy a bit contribution. Keywords: Electric power, wind generator, vertical axis, Energy, Design前 言當(dāng)前火力發(fā)電仍然是主要的發(fā)電方式，其高污染高能耗正一步步吞噬著地球脆弱的生態(tài)環(huán)境，地球急需一種環(huán)保高效的可再生能源來替代火力發(fā)電。與此同時(shí)，隨著家用電器不

8、斷的增加，家庭用電也越來越大，家庭對(duì)用電的需求也與日俱增。社會(huì)對(duì)電能的需求量增加了，這已經(jīng)給政府帶來了巨大的壓力。風(fēng)力發(fā)電機(jī)應(yīng)允而生，風(fēng)力發(fā)電既節(jié)能又無消耗。它不需要燃料就可以源源不斷地產(chǎn)生能源，建好之后除了日常的維護(hù)費(fèi)用外幾乎不需要其他費(fèi)用支持。風(fēng)力發(fā)電的用法很多，既可以并網(wǎng)使用也可以離網(wǎng)使用，可以同太陽(yáng)能一起使用，也可以單獨(dú)構(gòu)成大型風(fēng)力發(fā)電廠。 傳統(tǒng)燃燒煤炭來蒸汽發(fā)電，暫時(shí)解決了能源的危機(jī)，卻不符合清潔能源的要求，不符合社會(huì)發(fā)展的趨勢(shì)，它必然被可再生能源發(fā)電取代。而風(fēng)力發(fā)電是具有大規(guī)模發(fā)展?jié)摿Φ目稍偕茉?，風(fēng)力發(fā)電可以有效利用的風(fēng)速范圍為320mPs,最適宜的風(fēng)速范圍是68mPs,地球上蘊(yùn)

9、有風(fēng)能約為2.74萬億kW,可利用的風(fēng)能約為200億kW,裝機(jī)容量可達(dá)10TW,每年可發(fā)出電力13PWh。地球上的風(fēng)能資源是地球上水能資源的10倍,已經(jīng)利用的不足千分之一。在技術(shù)上全球風(fēng)能資源是整個(gè)世界預(yù)期電力需求的2倍,也就是說,只要利用地球上50%的風(fēng)能資源就能滿足全球能源。 中國(guó)幅員遼闊，海岸線長(zhǎng)，風(fēng)能資源豐富，及其適合發(fā)展風(fēng)能發(fā)電。在20世紀(jì)80年代后期和2004-2005年，中國(guó)氣象局分別組織了第二次和第三次全國(guó)風(fēng)能資源普查，得出中國(guó)陸地10m高度層風(fēng)能資源的理論值，可開發(fā)儲(chǔ)量分別為32.26億kW和43.5億kW、技術(shù)可開發(fā)量分別為2.53億kW和2.97億kW的結(jié)論。此外，200

10、3-2005年聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署組織國(guó)際研究機(jī)構(gòu)，采用數(shù)值模擬方法開展了風(fēng)能資源評(píng)價(jià)的研究，得出中國(guó)陸地上離地面50m高度層風(fēng)能資源技術(shù)可開發(fā)量可以達(dá)到14億kW的結(jié)論。2006年國(guó)家氣候中心也采用數(shù)值模擬方法對(duì)中國(guó)風(fēng)能資源進(jìn)行評(píng)價(jià)，得到的結(jié)果是：在不考慮青藏高原的情況下，全國(guó)陸地上離地面10m高度層風(fēng)能資源技術(shù)可開發(fā)量為25.48億kW，大大超過第三次全國(guó)風(fēng)能資源普查的數(shù)據(jù)。 風(fēng)力機(jī)的種類千奇百怪，設(shè)計(jì)思路五花八門，充分發(fā)揮了人類豐富的想象力和創(chuàng)造力，按軸的方向分有水平軸風(fēng)力機(jī)、垂直軸風(fēng)力機(jī)，按驅(qū)動(dòng)方式分有升力型和阻力型等等。雖然目前世界各地的大部分風(fēng)場(chǎng)所用的風(fēng)力機(jī)為水平軸的，但由于垂直軸風(fēng)力

11、機(jī)，尤其提到達(dá)里厄型風(fēng)力機(jī)，有著優(yōu)越的空氣動(dòng)力性能，提高了效率，并且很大程度降低了造價(jià)，所以近年來廣泛受到各國(guó)研究人員的關(guān)注。垂直軸風(fēng)力機(jī)的旋轉(zhuǎn)半徑可以小至一兩米，也可以大到數(shù)十米，發(fā)電風(fēng)速范圍比較廣。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組還具有高效、無噪聲等特點(diǎn),應(yīng)用領(lǐng)域十分寬廣，對(duì)于推廣到農(nóng)村城市具有極其重要的意義，這就像推廣普及家用電器一樣，一旦落實(shí)到家庭，它將直接、有效的緩解能源危機(jī)，而且符合清潔能源的社會(huì)趨勢(shì)，而且也家庭也帶來了極大的方便，甚至還能降低家庭的開支，各方面前景看好。 本文的新型垂直軸小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研究，改善了市場(chǎng)上垂直軸小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)電機(jī)容易壞，而維修要爬到設(shè)備頂部高空，不方便又危險(xiǎn)的缺

12、點(diǎn)，使垂直軸小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)更加貼近百姓生活，為垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的推廣普及進(jìn)程做進(jìn)一步的鋪墊，以提高國(guó)產(chǎn)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的技術(shù)水平，提高垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的技術(shù)含量和產(chǎn)品檔次，增加國(guó)內(nèi)企業(yè)的出口創(chuàng)匯能力，促進(jìn)我省垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。第一章 概述風(fēng)電是風(fēng)能發(fā)電或者風(fēng)力發(fā)電的簡(jiǎn)稱。屬于可再生能源，清潔能源。風(fēng)力發(fā)電是風(fēng)能利用的重要形式，風(fēng)能是可再生、無污染、能量大、前景廣的能源，大力發(fā)展清潔能源是世界各國(guó)的戰(zhàn)略選擇。風(fēng)電技術(shù)裝備是風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，也是風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)和保障，世界各國(guó)紛紛采取激勵(lì)措施推動(dòng)本國(guó)風(fēng)電技術(shù)裝備行業(yè)發(fā)展，我國(guó)風(fēng)電技術(shù)裝備行業(yè)已經(jīng)取得較大成績(jī)，金風(fēng)、華銳等一批代表

13、國(guó)際水平的風(fēng)電裝備制造企業(yè)是中國(guó)風(fēng)電發(fā)展的生力軍，據(jù)統(tǒng)計(jì)2010年末我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量躍居世界第一。（一） 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的現(xiàn)狀與展望全球風(fēng)能資源極為豐富，技術(shù)上可以利用的資源總量估計(jì)約53106億kWh /年。作為可再生的清潔能源，受到世界各國(guó)的高度重視。近20年來風(fēng)電技術(shù)有了巨大的進(jìn)步，發(fā)展速度驚人。而風(fēng)能售價(jià)也已能為電力用戶所承受，一些美國(guó)的電力公司提供給客戶的風(fēng)電優(yōu)惠售價(jià)已達(dá)到22.5美分/kWh，此售價(jià)使得美國(guó)家庭有25%的電力可以通過購(gòu)買風(fēng)電獲得。2004年歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)和綠色和平組織簽署了風(fēng)力12關(guān)于2020年風(fēng)電達(dá)到世界電力總量的12%的藍(lán)圖的報(bào)告，“風(fēng)力12%”的藍(lán)圖展示出風(fēng)力發(fā)電已

14、經(jīng)成為解決世界能源問題的不可或缺的重要力量。按照風(fēng)電目前的發(fā)展趨勢(shì)，預(yù)計(jì)20082012年期間裝機(jī)容量增長(zhǎng)率為20%，以后到2015年期間為15%，20172020年期間為10%。其推算的結(jié)果2010年風(fēng)電裝機(jī)1.98億KW，風(fēng)電電量0.43104億kWh，2020年風(fēng)電裝機(jī)12.45億KW，風(fēng)電電量3.05104億kWh，占當(dāng)時(shí)世界總電消費(fèi)量25.58104億kWh的11.9%。世界風(fēng)電發(fā)展有如下特點(diǎn)：風(fēng)電單機(jī)容量不斷擴(kuò)大。風(fēng)電機(jī)組的技術(shù)沿著增大單機(jī)容量、提高轉(zhuǎn)換效率的方向發(fā)展。風(fēng)機(jī)的單機(jī)容量已從600KW發(fā)展到20005000KW,如德國(guó)在北海和易北河口已批量安裝了單機(jī)5000KW的風(fēng)機(jī),

15、丹麥已批量建設(shè)了單機(jī)容量20002200KW的風(fēng)機(jī)。新的風(fēng)電機(jī)組葉片設(shè)計(jì)和制造廣泛采用了新技術(shù)和新材料，有效地改善并提高了風(fēng)力發(fā)電總體設(shè)計(jì)能力和水平。另外,可變槳翼和雙饋電機(jī)的采用,使機(jī)組更能適應(yīng)風(fēng)速的變化, 大大提高了效率。最近,又發(fā)展了無齒風(fēng)機(jī)等,進(jìn)一步提高了安全性和效率。風(fēng)電制造企業(yè)集中度較高。目前，主要風(fēng)電設(shè)備制造企業(yè)集中在歐美國(guó)家，全世界風(fēng)電機(jī)組供應(yīng)商的前10位供應(yīng)了世界新增裝機(jī)容量的90% 以上的份額，集中度比較高。近來，GE風(fēng)能（GE Wind Energy）、德國(guó)REpower（REpower Systems AG）和三菱重工（MHI）的市場(chǎng)份額提高迅速。風(fēng)電電價(jià)快速下降。由于

16、新技術(shù)的運(yùn)用，風(fēng)電的電價(jià)呈快速下降趨勢(shì)，且日益接近燃煤發(fā)電的成本。以美國(guó)為例，風(fēng)電機(jī)組的造價(jià)和發(fā)電成本正逐年降低，達(dá)到可與常規(guī)發(fā)電設(shè)備不相上下的水平。有關(guān)專家預(yù)測(cè)，世界風(fēng)力發(fā)電能力每增加一倍，成本就下降15%。中國(guó)的風(fēng)能資源十分豐富。根據(jù)全國(guó)900多個(gè)氣象站的觀測(cè)資料進(jìn)行估計(jì)，中國(guó)陸地風(fēng)能資源總儲(chǔ)量約32.26億KW，其中可開發(fā)的風(fēng)能儲(chǔ)量為2.53億KW，而海上的風(fēng)能儲(chǔ)量有7.5億KW，總計(jì)為10億KW。我國(guó)的風(fēng)電開發(fā)起步較晚，大體分為三個(gè)階段。第一階段是19861990年我國(guó)并網(wǎng)風(fēng)電項(xiàng)目的探索和示范階段。其特點(diǎn)是項(xiàng)目規(guī)模小，單機(jī)容量小，最大單機(jī)200KW，總裝機(jī)容量4.2千KW。第二階段是1

17、9911995年示范項(xiàng)目取得成效并逐步推廣階段。共建5個(gè)風(fēng)電場(chǎng)，安裝風(fēng)機(jī)131臺(tái)，裝機(jī)容量3.3萬KW，最大單機(jī)500KW。第三階段是1996年后擴(kuò)大建設(shè)規(guī)模階段。其特點(diǎn)是項(xiàng)目規(guī)模和裝機(jī)容量較大，發(fā)展速度較快，平均年新增裝機(jī)容量6.18萬KW，最大單機(jī)容量達(dá)到1300KW。隨著風(fēng)電技術(shù)的日趨成熟和電力規(guī)模的擴(kuò)大，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率在向大型化方向發(fā)展。風(fēng)力發(fā)電這一朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)必將蓬勃發(fā)展，成為將來能源供給的支柱產(chǎn)業(yè)！、（二）開發(fā)利用風(fēng)能的動(dòng)因風(fēng)能作為一種新能源它的開發(fā)利用是有一定動(dòng)因的，而且隨著時(shí)間的推移，開發(fā)利用風(fēng)能的動(dòng)因也在變化。下面將主要從經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會(huì)和技術(shù)進(jìn)步四方面來介紹風(fēng)能開發(fā)利用的動(dòng)因

18、。（1） 經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)力 經(jīng)濟(jì)最優(yōu)能源供應(yīng)的經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化提供了重視開發(fā)利用的基本原理。在偏遠(yuǎn)地區(qū)，電力供應(yīng)困難。與常規(guī)電網(wǎng)延伸和柴汽油機(jī)發(fā)電相比，利用小型離網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)供電有成本優(yōu)勢(shì)。例如在內(nèi)蒙古農(nóng)牧區(qū)，利用小型離網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)供電，農(nóng)牧戶承擔(dān)的成本約2元/KW左右。如果用電網(wǎng)延伸的方法，農(nóng)牧戶承擔(dān)的成本高于8元/KW。在這些地區(qū)，利用汽油柴油發(fā)電機(jī)的供電，考慮油料的運(yùn)輸成本，農(nóng)牧戶承擔(dān)的成本也要高于6元/KW。 化石能源資源枯竭與供應(yīng)安全進(jìn)入工業(yè)社會(huì)后，人類在飛速發(fā)展自己的文明過程中經(jīng)過了多次能源危機(jī)。人們開始認(rèn)識(shí)到，無限制地開采煤炭、石油、天然氣等化石能源，終有資源枯竭的一天。目前石油儲(chǔ)量約1

19、300億噸，年消耗量約35億噸，計(jì)今后25年中平均年消耗量將達(dá)50億噸，即使加上新發(fā)現(xiàn)的油田，專家估計(jì)總儲(chǔ)量也不會(huì)超過2000億噸，有油資源在四五十年后也將枯竭。為了人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，當(dāng)務(wù)之急是尋找和研究利用其他可再生資源。風(fēng)能作為新能源中最具工業(yè)開發(fā)潛力的可再生能源，就格外引起人們的矚目。一些國(guó)家要靠進(jìn)口化石能源來滿足本國(guó)內(nèi)能源的消費(fèi)。風(fēng)能的開發(fā)利用可以減少對(duì)國(guó)外能源的依賴，并加強(qiáng)本國(guó)的能源供應(yīng)安全水平，國(guó)內(nèi)的化石能源價(jià)格變化較小，社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定性也因此而增強(qiáng)。（2）環(huán)境驅(qū)動(dòng)力除了人們?cè)缦日J(rèn)識(shí)到的煙塵、二氧化硫等區(qū)域性的污染外，世界上越來越多的人開始認(rèn)識(shí)到二氧化碳等溫室氣體的大量排放對(duì)全球

20、氣候變暖給人類社會(huì)帶來的有害影響。冰山消融、海平面升高、大氣環(huán)流和海洋異常導(dǎo)致自然災(zāi)害的頻發(fā)、土地沙漠化，使“地球村”的效應(yīng)更加明顯，各國(guó)都認(rèn)識(shí)到必須共同采取措施減緩和影響這種變化。為減緩地球變暖，1997年在日本京都召開的聯(lián)合國(guó)氣候變化框架締約方第3次大會(huì)上，84國(guó)代表審議通過京都議定書，要求工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家大幅度削減二氧化碳等溫室氣體排放量。這也迫使人們重視尋找其他可再生的替代能源。風(fēng)能在能源轉(zhuǎn)化工程中不會(huì)產(chǎn)生任何排放量，因此除了不產(chǎn)生煙塵、二氧化硫等區(qū)域性污染外，也不會(huì)帶來全球環(huán)境污染。（3）社會(huì)驅(qū)動(dòng)力風(fēng)能份額增加時(shí)，會(huì)創(chuàng)造很多直接和間接的就業(yè)機(jī)會(huì)。除了在工廠的生產(chǎn)和裝機(jī)工程中創(chuàng)造就業(yè)之外，

21、在設(shè)備維護(hù)方面也會(huì)提供就業(yè)機(jī)會(huì)。另外，在一些國(guó)家（如歐盟國(guó)家）中，風(fēng)能開發(fā)利用已經(jīng)成為熱點(diǎn)問題，得到了公眾的支持。許多民眾十分關(guān)注風(fēng)能的發(fā)展，并將利用風(fēng)能和其他可再生能源當(dāng)成他們的生活方式。綠色電力的發(fā)展就是一個(gè)典型的例予，人們自愿以高于化石電力的價(jià)格購(gòu)買風(fēng)電和其他可再生能源電力。（4）技術(shù)驅(qū)動(dòng)力隨著科技的進(jìn)步，空氣動(dòng)力理論的不斷發(fā)展、新型高強(qiáng)度、輕質(zhì)材料的出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)的廣泛應(yīng)用和自動(dòng)控制技術(shù)的不斷改進(jìn)，機(jī)械、電氣、電子元件制造技術(shù)的成熟，為風(fēng)電技術(shù)向大功率、高效率、高可靠性和高度自動(dòng)化方向發(fā)展提供了條件。（三）風(fēng)力發(fā)電的原理和特點(diǎn)風(fēng)力發(fā)電是利用風(fēng)能來發(fā)電，而風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為

22、電能的機(jī)械。風(fēng)輪是風(fēng)電機(jī)組最主要的部件，由槳葉和輪轂組成。槳葉具有良好的動(dòng)力外形，在氣流的作用下能產(chǎn)生空氣動(dòng)力是風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再通過齒輪箱增速驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化電能。然后在依據(jù)具體要求需要，通過適當(dāng)?shù)淖儞Q將其存儲(chǔ)為化學(xué)能或者并網(wǎng)或者直接為負(fù)載供電3。風(fēng)力發(fā)電有如下特點(diǎn)：（1）可再生，且清潔無污染。（2）風(fēng)速隨時(shí)變化，風(fēng)電機(jī)組承受著十分惡劣的交變載荷。（3）風(fēng)電的不穩(wěn)定性會(huì)給電網(wǎng)或負(fù)載帶來一定的沖擊影響。風(fēng)力發(fā)電的運(yùn)行方式主要有兩種：一類是獨(dú)立運(yùn)行的供電系統(tǒng)，即在電網(wǎng)未通達(dá)的地區(qū)，用小型發(fā)電機(jī)組為蓄電池充電，再通過逆變器轉(zhuǎn)換為交流電向終端電器供電；另一類是作為常規(guī)電網(wǎng)的電源

23、，與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行。第二章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的原理及其結(jié)構(gòu)風(fēng)力發(fā)電機(jī)經(jīng)過多年的發(fā)展和演變，已經(jīng)演變成很多形式，但是歸納起來，可分為兩類：（1）水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，風(fēng)倫的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向平行；（2）垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸垂直與地面或氣流方向。本系統(tǒng)中采用的是垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。（一）垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作原理垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)屬于阻力風(fēng)力機(jī)，依靠迎風(fēng)面阻力和背風(fēng)面阻力差獲得動(dòng)力，其差值越大，效率當(dāng)然就越高 （流線和連續(xù)外形，避免空氣的擾動(dòng)能量損失，系統(tǒng)剛度大，旋轉(zhuǎn)軸細(xì)，摩擦阻力摩擦圓?。┢渚€速度始終比風(fēng)速低，傳動(dòng)慣量小，速度平穩(wěn)性不好，可以通過類似飛輪的機(jī)械系統(tǒng)加以改善。效率與阻力面積和表面光滑狀況有關(guān)。

24、（二）小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般由風(fēng)輪、三相或則永磁發(fā)電機(jī)、帶拉線的塔管式塔架、鉸接式尾翼、控制器、逆變器、蓄電池、電纜、調(diào)速系統(tǒng)和混凝土地基等多個(gè)結(jié)構(gòu)組合而成。其中風(fēng)輪一般由葉片、輪轂、蓋板、鏈接螺栓組件和導(dǎo)流罩組成。風(fēng)輪是風(fēng)力發(fā)電機(jī)中關(guān)鍵的部件之一，是它把空氣動(dòng)力能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能。大多數(shù)小型風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪由三個(gè)葉片組成。風(fēng)輪的工作原理。（1）的功率與空氣密度成正比。（2）輪產(chǎn)生的功率與風(fēng)輪直徑的平方成正比。（3）輪產(chǎn)生的功率與風(fēng)速的立方成正比。（4）生的功率與風(fēng)輪的效率成正比。（5）電機(jī)風(fēng)輪的效率一般在0.35-0.45之間（理論上最大值為0.593）發(fā)電機(jī)由機(jī)殼、電子、轉(zhuǎn)子磁鋼、

25、發(fā)電機(jī)軸和前后端蓋組成。風(fēng)力發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)一般都是低速發(fā)電機(jī)，在轉(zhuǎn)速幾百轉(zhuǎn)/分時(shí)就可以發(fā)電?；剞D(zhuǎn)體是風(fēng)力機(jī)關(guān)鍵部件風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)和尾翼的載體，是一個(gè)安裝在塔架頂部的軸承結(jié)構(gòu)。一些風(fēng)力機(jī)的回轉(zhuǎn)體和發(fā)電機(jī)是作成一體的。回轉(zhuǎn)體使風(fēng)力機(jī)的主體可以饒塔架垂直軸在360度水平方向自由轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。尾翼由銷軸、尾翼?xiàng)U和尾翼板組成。尾翼對(duì)風(fēng)輪起到調(diào)向和調(diào)速的作用。（三）風(fēng)力機(jī)的功率風(fēng)的動(dòng)能和風(fēng)速的平方成正比，功率是力和速度的乘積，也可用于風(fēng)輪功率的計(jì)算。風(fēng)力與速度平方成正比，所以風(fēng)的功率與風(fēng)度的三次方成正比。如果風(fēng)速增加一倍，風(fēng)的功率便會(huì)增加8倍。風(fēng)輪從風(fēng)中吸收的功率如下：式中：P為輸出功率，為風(fēng)輪機(jī)的功率系

26、數(shù)，為空氣密度，R為風(fēng)輪半徑，v為風(fēng)速。眾所周知，如果接近風(fēng)力機(jī)的空氣全部動(dòng)能都被風(fēng)力機(jī)全部吸收，那么風(fēng)輪后的空氣就不動(dòng)了，然而空氣當(dāng)然不能完全停止，所以風(fēng)力機(jī)的效率總是小于1。第三章 垂直軸小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的總體設(shè)計(jì)（一）風(fēng)力機(jī)的種類及選擇風(fēng)力機(jī)的分類方法很多，其中按風(fēng)力機(jī)主軸布置方向可分為水平軸風(fēng)力機(jī)和垂直軸風(fēng)力機(jī)，水平軸風(fēng)力機(jī)的旋轉(zhuǎn)主軸與風(fēng)向平行，如圖3-1所示。水平軸風(fēng)力機(jī)組有兩個(gè)主要優(yōu)勢(shì)：1.實(shí)度較低，能量成本低；2.葉輪掃掠面的平均高度可以更高，有利于增加發(fā)電量。圖3-1 水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)垂直軸風(fēng)力機(jī)的旋轉(zhuǎn)主軸與風(fēng)向垂直，如圖3-2所示，垂直軸風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，風(fēng)輪無需對(duì)風(fēng)，其優(yōu)點(diǎn)有：

27、 可以接受任何風(fēng)向的風(fēng)，無需對(duì)風(fēng)； 齒輪箱和發(fā)電機(jī)可以安裝在地面，檢修維護(hù)方便。圖3-2 垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)按照槳葉受力方式分類可分為升力型風(fēng)力機(jī)和阻力型風(fēng)力機(jī)。升力型風(fēng)力機(jī)利用葉片的升力帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而轉(zhuǎn)化風(fēng)能為電能，這種風(fēng)力機(jī)目前較為常見，大部分水平軸風(fēng)力機(jī)都屬于升力型風(fēng)力機(jī)。目前大中型風(fēng)電主要采用水平軸風(fēng)力機(jī)，屬升力型風(fēng)力機(jī)，具有轉(zhuǎn)速高、風(fēng)的利用率較高等優(yōu)點(diǎn)，其葉尖速比通常在4以上，最大功率系數(shù)可達(dá)50%，如圖3-3所示。阻力型風(fēng)力機(jī)利用葉片上受到的阻力來驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，大部分阻力型風(fēng)力機(jī)為垂直軸，目前較少，如圖3-4所示。圖3-3 升力型風(fēng)力發(fā)電機(jī)圖3-4 阻力型風(fēng)力發(fā)電機(jī)垂直軸升力

28、型風(fēng)力機(jī)既有垂直軸風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，又和升力型風(fēng)力機(jī)一樣具有較高轉(zhuǎn)速，風(fēng)能利用率有所提高。由于運(yùn)行過程中受力比水平軸好得多，疲勞壽命要更長(zhǎng)。（二）葉片的選擇（1）葉片是利用氣流通過時(shí)產(chǎn)生的壓力差使葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)的部件，具有空氣動(dòng)力學(xué)特性，其設(shè)計(jì)質(zhì)量對(duì)整個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及其他零部件有這直接影響，因此葉片是風(fēng)力機(jī)的重要部件。葉片的設(shè)計(jì)目標(biāo)主要有：a、 良好的空氣動(dòng)力外形；b、 可靠地結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；c、 合理的葉片剛度；d、 良好的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性和啟動(dòng)穩(wěn)定性；e、 耐腐蝕、方便維修；f、 滿足以上目標(biāo)前提下，盡可能減輕葉片重量，降低成本。風(fēng)力機(jī)的翼型多種多樣，各有各的優(yōu)缺點(diǎn)，本文采用采用帆翼式風(fēng)葉

29、，帆翼式是英國(guó)發(fā)展的一種立軸帆翼式風(fēng)力機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能較高。帆翼的形狀如下圖所示。由于其制造簡(jiǎn)單，成本低，性能好，所以適于推廣使用。圖3-5 帆翼式（2）葉片的形狀及材料葉片截面結(jié)構(gòu)為主梁蒙皮式，表面材料為鋁合金，主梁采用單向承載能力強(qiáng)的硬鋁材料，O型主梁結(jié)構(gòu)制造簡(jiǎn)單，各向受力均衡。葉片空心處用聚氨酯泡沫材料填充,剖面形式如下圖3-6。圖3-6 葉片剖面主梁可直接焊接與鋁合金蒙皮上，待主梁與蒙皮連接完成后，在空腹結(jié)構(gòu)內(nèi)填入聚氨酯直接發(fā)泡填充成型。由此，風(fēng)力機(jī)的基本參數(shù)可以確定，如表3.1所示。表3.1 風(fēng)力機(jī)參數(shù)額定風(fēng)速平均效率葉尖速比設(shè)計(jì)功率8m/s40%6300W（三）垂直軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)能學(xué)

30、和空氣動(dòng)力學(xué)（1）利用系數(shù)風(fēng)力機(jī)從自然風(fēng)能中吸收的能量大小程度用風(fēng)能利用系數(shù)Cp表示。橫截面積為s(m2)的氣流的動(dòng)能為E=0.5SVf3式中 空氣密度，/m3 Vf 風(fēng)速，m/s如果風(fēng)力機(jī)實(shí)際獲得的軸功率為P,那么風(fēng)能利用系數(shù)為CP=P/E=P/(0.5SVf3)（2）風(fēng)壓強(qiáng)如圖3-8a，根據(jù)伯努力方程，風(fēng)中物體受到的風(fēng)壓Q為Q=0.5CPVf2式中 C空氣阻力系數(shù)與物體形狀有關(guān)，平板一般取2Vf風(fēng)與平板的相對(duì)速度c、阻力式風(fēng)力機(jī)最大效率建立簡(jiǎn)單的理想模型，一個(gè)平板在風(fēng)的氣動(dòng)壓力作用下沿著風(fēng)速方向運(yùn)動(dòng)，如圖3-8（b），并規(guī)定平板上游一定距離上的風(fēng)速為Vf，平板的運(yùn)動(dòng)速度為V，那么平板吸收的

31、功率可以表示為P=FV=QSV式中 F板受到風(fēng)的壓力，牛頓 S平板的面積，m2圖3-8 平板模型F=QS=0.5CPS(Vf-V)2所以P=0.5CPS(Vf-V)2V 對(duì)給定的上游風(fēng)速玲，可以寫出以平板的運(yùn)動(dòng)速度V為函數(shù)的功率變化關(guān)系式，對(duì)V進(jìn)行微分得dpdv=CP(Vf-V)(Vf-V3)令dpdv=0，可以得到兩個(gè)解：1） V1=Vf沒有物理意義2） V2=Vf3對(duì)應(yīng)于最大值Pmax=0.5SV3f(4C/27)CPmax=4C/27從上式中可以看出，阻力式風(fēng)力機(jī)的效率是比較低的，提高效率的唯一辦法是設(shè)法提高風(fēng)的阻力系數(shù)C。（3）空氣力學(xué)如圖3-9所示建立平面坐標(biāo)系，假定風(fēng)速矢量為v，葉

32、片端線速度矢量為u，葉片所在位置夾角為，則葉片的平均線速度為5在圖3-9中，風(fēng)速矢量v=（0，-V），葉片速度矢量u=（-Usin,Ucos），風(fēng)對(duì)葉片的相對(duì)速度w=v+u，坐標(biāo)運(yùn)算后得w=（-Usin，-V+Ucos）。圖3-9 垂直風(fēng)力機(jī)動(dòng)力原理相對(duì)風(fēng)速的大小就是矢量w的模|w|，以表示w的單位矢量，表示u的單位矢量，則可以求出此時(shí)的攻角，攻角就是相對(duì)風(fēng)速與葉片弦長(zhǎng)所在直線的夾角，按照矢量計(jì)算可推得：在風(fēng)力的作用下，葉片在攻角時(shí)受到的升力和阻力可以按以下公式計(jì)算：將升力和阻力投影到風(fēng)輪切方向：其中Flt為Fl在切向的分量；Fdt為Fd在切向的分量。葉片受力分解如圖3-10所示6。圖3-10

33、 垂直風(fēng)力機(jī)的葉素力學(xué)模型切向力的合力產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩使風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，葉片在位置角為時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為第四章 電氣設(shè)計(jì)部分（一） 基本原理（1） 法拉第電磁感應(yīng)原理磁通量的變化將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，閉合電路的一部分導(dǎo)線切割磁感線將產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種現(xiàn)象叫做電磁感應(yīng)，1820年H.C.奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)，之后許多科學(xué)家試圖解釋這一現(xiàn)象，1831年8月，法拉第認(rèn)為感應(yīng)電流是由與導(dǎo)體性質(zhì)無關(guān)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的，即使沒有回路沒有感應(yīng)電流，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)依然存在。法拉第電磁感應(yīng)定律可用以下公式表示：其中：e為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，N為線圈匝數(shù)，為磁通量變化量。導(dǎo)線切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可用以下公式表示：其中B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，L為導(dǎo)線

34、長(zhǎng)度,v為導(dǎo)線切割速度。（2） 相位角及功率瞬時(shí)電壓及瞬時(shí)電流由以下公式得到：其中Um為電壓最大值，Im為電流最大值，是瞬時(shí)電壓與瞬時(shí)電流的夾角。瞬時(shí)功率為：在一個(gè)周期內(nèi)對(duì)瞬時(shí)功率積分獲得平均功率：對(duì)于三相電流，每相電流等于的線圈電流，實(shí)際產(chǎn)生的功率為：式中即為功率因數(shù)。（二） 轉(zhuǎn)化裝置（1）直驅(qū)式永磁同步發(fā)電機(jī)步發(fā)電機(jī)適合離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)采用，由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子直接由風(fēng)輪驅(qū)動(dòng)，因此不需要安裝升速齒輪箱，這樣避免了齒輪箱產(chǎn)生的損耗、噪聲以及材料的磨損等問題。目前普遍使用的永磁同步發(fā)電機(jī)主要有FD系列和YF系列，按照功率和轉(zhuǎn)速選擇發(fā)電機(jī)，經(jīng)過查閱中國(guó)電器工程大典第九卷-電機(jī)工程P617表5.5-2

35、 ，現(xiàn)選擇發(fā)電機(jī)型號(hào)為FD-300，其基本參數(shù)如表4.1所示。表4.1 發(fā)電機(jī)參數(shù)型號(hào)額定功率/W發(fā)電機(jī)額定電壓/V重量/kg啟動(dòng)力矩/Nm額定電流/A發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速FD-30030028170.3510.7400r/min（2）電氣系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)由于本人對(duì)電力控制方面不是很了解，因此只能對(duì)現(xiàn)有前人的論文進(jìn)行一些改動(dòng)12。功率控制部分設(shè)計(jì)限于知識(shí)水平本人無法所有完成，只能大概敘述基本工作原理，如圖4-1所示。圖4-1 系統(tǒng)電力控制圖永磁直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子輸出三相交流電經(jīng)過整流電路整流后對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，電子調(diào)壓電路的功能除了對(duì)蓄電池充電的控制外，還負(fù)責(zé)多余電能的卸荷。12V蓄電池接boost電路

36、進(jìn)行升壓，升壓后電壓為24V，整個(gè)系統(tǒng)對(duì)外供電電壓也為24V。光電編碼器的額定電壓是5V，因此在電路中加入R1與R2進(jìn)行分壓限流。（三） 傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算（1）傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)主傳動(dòng)軸只承受扭矩，不受彎矩，按空心主軸扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算主軸最小直徑：其中A為系數(shù)，按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本-軸承及其連接表5-1-19選?。籨為軸端直徑，mm；n為軸的工作轉(zhuǎn)速，r/min；P為軸傳遞的功率，kW；為空心軸的內(nèi)徑d1與外徑d的比值，=d1/d。查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本-軸承及其連接表5-1-19得45鋼的A值取110，已知功率為750W，主軸額定轉(zhuǎn)速n為400轉(zhuǎn)/min。代入式(4.8)后得到按照主軸扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)

37、算直徑：其中B為系數(shù)，按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本-軸承及其連接表5-1-20選取，查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行-本軸承及其連接表5-1-20得一般傳動(dòng)時(shí)B值取91.5，已知功率為0.75kW，主軸額定轉(zhuǎn)速n為400轉(zhuǎn)/min,代入式(4.10)后得到如果截面上有鍵槽時(shí)，應(yīng)將求得的軸徑增大，其增大值見機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本軸-承及其連接表5-1-22，增大值應(yīng)選7%，最后得出的最小外徑d=21.1mm。為了安全，我們選擇的軸外徑為d=30mm，內(nèi)徑d1=18mm，采用45鋼調(diào)質(zhì)處理，主軸如圖4-2所示。圖4-2 主軸示意圖校核主軸安全系數(shù)，主軸轉(zhuǎn)矩為 只考慮扭拒作用時(shí)的安全系數(shù)為 其中為對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力下的材料扭轉(zhuǎn)疲

38、勞極限，mPs，見機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本軸-承及其連接表5-1-1，；為扭轉(zhuǎn)時(shí)的有效應(yīng)力集中系數(shù)，見機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本軸-承及其連接表5-1-30表5-1-32，；為表面質(zhì)量系數(shù)，一般用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本軸-承及其連接表5-1-36；軸表面強(qiáng)化處理后用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本軸-承及其連接表5-1-38；有腐蝕情況時(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本軸-承及其連接表5-1-35或機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本軸-承及其連接表5-1-37，；為扭轉(zhuǎn)時(shí)的尺寸影響系數(shù)，見機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本軸-承及其連接表5-1-34，；、為扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力, mPs見機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本軸-承及其連接表5-1-25，；為材料扭轉(zhuǎn)的平均盈利折算

39、系數(shù)，見機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本軸-承及其連接表5-1-33，。將各數(shù)據(jù)代入公式后得根據(jù)調(diào)質(zhì)45鋼，要求查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（機(jī)工版）第2版第19篇第5章得安全系數(shù)為5.0，因此設(shè)計(jì)的主軸滿足要求。（2）軸承的計(jì)算及選型由于風(fēng)力機(jī)不僅承受風(fēng)輪的扭矩，而且要承受氣流方向的一定彎矩，角接觸球軸承不僅能夠承徑向力，同時(shí)能夠承受一定的徑向載荷，因此在主軸上安裝兩個(gè)角接觸球軸承。1角接觸球軸承1的選用計(jì)算角接觸球軸承1的安裝位置如圖4-3所示。角接觸球軸承圖4-3 軸承1的安裝位置軸徑d=30mm,額定轉(zhuǎn)矩T=4.3Nm。由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本-軸承表6-2-82選擇角接觸球軸承36000型新代號(hào)7000C,之所以選

40、用接觸球軸承是考慮到主軸在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)有可能產(chǎn)生徑向載荷，軸承1參數(shù)如表4.2所示?？讖絛外徑D軸承代號(hào)極限轉(zhuǎn)速r/min（脂潤(rùn)滑）額定動(dòng)負(fù)荷額定靜負(fù)荷重量30mm55mm7006C950011.65kN8.49kN0.11kg表4.2 軸承1參數(shù)軸向載荷：徑向載荷按照最不利狀況計(jì)算，根據(jù)伯努利方程，氣流作用在葉片上的壓力為：作用在4個(gè)葉片上的總力為由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本-軸承表6-2-12推薦使用壽命為100000小時(shí), 軸承當(dāng)量動(dòng)載荷的計(jì)算公式為式中X、Y分別為徑向動(dòng)載荷系數(shù)及軸向動(dòng)載荷系數(shù)?？赏ㄟ^查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表283-2得：因?yàn)樗詰?yīng)該選擇X=0.44，Y=1.47，代入式子得到軸承基本額定動(dòng)

41、載荷按如下公式計(jì)算：式中：為基本額定動(dòng)載荷計(jì)算值，N；為速度因數(shù)，按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本-軸承表6-2-9選取5.85；為力矩載荷因數(shù)，力矩載荷較小時(shí)取1.5，較大時(shí)取2，這里選取2；為沖擊載荷因數(shù)，按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本-軸承表6-2-10選取1.2；為溫度因數(shù)，按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本-軸承表6-2-11選取1；為壽命因數(shù)，按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本-軸承表6-2-8選取0.405；為當(dāng)量動(dòng)載荷。將各個(gè)數(shù)據(jù)代入式（4.13）得：故選用此軸承能夠滿足額定載荷的要求。2角接觸球軸承2的選用計(jì)算角接觸球軸承2的安裝位置如圖4-4所示。軸承圖4-4 軸承2安裝位置按照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本-軸承表6-2-82選擇軸

42、承型號(hào)36105（新型號(hào)7005C），參數(shù)如表4.3所示?？讖絛外徑D軸承代號(hào)極限轉(zhuǎn)速r/min（脂潤(rùn)滑）額定動(dòng)負(fù)荷額定靜負(fù)荷重量25mm47mm7006C120009.38kN7.73kN0.074kg表4.3 軸承2參數(shù)按照軸承1校核公式（4.15）對(duì)軸承進(jìn)行校核：軸承當(dāng)量動(dòng)載荷按公式（4.16）得：式中X、Y分別為徑向動(dòng)載荷系數(shù)及軸向動(dòng)載荷系數(shù)?？赏ㄟ^查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表283-2得：因?yàn)樗詰?yīng)該選擇X=0.44，Y=1.40，代入公式（4.16）得到由機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（第五版）公式16-3計(jì)算軸承壽命：式中：為溫度因數(shù)，按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本-軸承表6-2-11選取1；為沖擊載荷因數(shù)，按機(jī)械設(shè)計(jì)

43、手冊(cè)單行本-軸承表6-2-10選取1.2；C為額定動(dòng)載荷，C=9.38kN；N為主軸額定轉(zhuǎn)速，n=400r/min；為壽命指數(shù)，對(duì)于球軸承取3。將各數(shù)據(jù)代入式子后得由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本-軸承表6-2-12推薦使用壽命為100000小時(shí),所以可以滿足使用要求。主軸與發(fā)電機(jī)之間用圓錐銷套筒聯(lián)軸器進(jìn)行連接，如圖4-5所示，聯(lián)軸器具體參數(shù)見圖紙。圖4-5 圓錐銷套筒聯(lián)軸器第五章 小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)調(diào)向調(diào)速原理及其安裝（一）小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的調(diào)向調(diào)速原理1、調(diào)向原理：在額定風(fēng)速以內(nèi)、尾翼板與風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)面保持垂直；風(fēng)向變化時(shí)，尾翼板與風(fēng)向保持平行，因此保證了風(fēng)輪的正向迎風(fēng)。2、 調(diào)速原理：風(fēng)輪偏側(cè)。當(dāng)風(fēng)速大于額定

44、風(fēng)速時(shí)，以某種機(jī)構(gòu)（如：傾斜軸+尾翼調(diào)速）使風(fēng)輪偏離風(fēng)向，減小風(fēng)輪迎風(fēng)面積，從而減小風(fēng)能的吸收。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到切出風(fēng)速時(shí)，風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)面與風(fēng)向平行，風(fēng)力機(jī)停止發(fā)電。槳距。當(dāng)風(fēng)速大于額定風(fēng)速時(shí)，以某種機(jī)構(gòu)利用風(fēng)輪葉片的離心力改變槳距，降低風(fēng)輪的風(fēng)利用率，從而達(dá)到減小風(fēng)能吸收的效果。當(dāng)風(fēng)速大于切出風(fēng)速時(shí)，葉片與風(fēng)向平行，風(fēng)力機(jī)停止發(fā)電。（二）小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)在地面上的安裝1、地面選擇：風(fēng)機(jī)應(yīng)安裝在使風(fēng)能充分利用的地方，且無高大障礙物，使風(fēng)機(jī)四面臨風(fēng)，或者立于小山包之上，或雖處凹地，但形如走廊，總有疾風(fēng)勁吹而得天獨(dú)厚。 如需在障礙物附近安裝風(fēng)機(jī)，在條件許可的情況下應(yīng)盡可能地遠(yuǎn)離障礙物，以充分利用風(fēng)能，離障礙物

45、的距離要求。 2、安裝規(guī)程：風(fēng)機(jī)的安裝是項(xiàng)緊張、細(xì)致、認(rèn)真的工作，故在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，須遵守有關(guān)安全操作規(guī)程，且豎立風(fēng)機(jī)的工作只能在風(fēng)速不超過4米/秒（二級(jí)風(fēng)）的情況下進(jìn)行。 把4根地錨用螺絲固定在底座上，在地上挖一個(gè)土坑把裝好的底座平置坑內(nèi)，澆灌碎石混凝土。 以土坑中心點(diǎn)為中心，以 M 米為半徑以 90 度均分四點(diǎn)挖拉線坑將地錨置入坑內(nèi)，澆灌混凝土。 立桿內(nèi)穿入電纜線，上立桿、下立桿、底座分別插接或者法蘭連接。拉線從套環(huán)底向上繞立桿一圈穿下用夾子鎖緊。旋松緊線器，拉起立桿，調(diào)整緊線器，使立桿垂直?；A(chǔ)硬化后，放倒立桿，用高約1米的簡(jiǎn)易支架，支撐在立桿上端部。 3、電機(jī)的安裝： 在立軸下方放置推力

46、軸承，立軸和回轉(zhuǎn)體尼龍?zhí)變?nèi)涂抹潤(rùn)滑油脂。 將電機(jī)回轉(zhuǎn)體套入立軸，注意上下不得裝反（標(biāo)牌向上），鎖卡簧，放置立軸帽，電纜線從立軸帽中穿出，和電機(jī)三根輸出線交接。處理好線的短路隱患。 暴露在機(jī)外的電纜線，應(yīng)包扎防曬，立軸帽上方的電纜包扎，防止下墜使電纜破皮短路。 尾桿和尾舵板連接，視尾板和尾桿平行一致，旋緊螺母，尾桿首端置入回轉(zhuǎn)體內(nèi)，插銷軸，旋緊螺母。 組裝葉片輪轂，葉片凹面迎風(fēng)，凸面對(duì)電機(jī)，不得裝反，裝好葉片總成置入電機(jī)軸，放置墊圈，旋緊螺母。轉(zhuǎn)動(dòng)葉片，檢查電機(jī)軸、輪轂正常，安裝導(dǎo)流罩。 先把需要配置的蓄電池串聯(lián)起來 ，然后控制器的紅色接線柱（正極）和電池組的“十”極連接，黑色接線柱（負(fù)極）與“

47、一”極相接，且勿接錯(cuò)。 注意：電池電壓和逆變器、電機(jī)電壓吻合，防止發(fā)生故障，極柱連接牢固，為防止電池極柱腐蝕，可涂上一層油脂或凡士林。 風(fēng)機(jī)安裝完畢，檢查各處連接無誤，拉起風(fēng)機(jī)。 4、注意事項(xiàng)： 如發(fā)現(xiàn)電機(jī)工作不正常，抖動(dòng)或有異常聲音，應(yīng)停機(jī)檢查。 風(fēng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面方向，不要站人和進(jìn)行其它工作，以防葉片飛出傷人。 電池要保持干燥清潔，電池組上面不要放置金屬物品，防止造成電池短路。 電氣箱負(fù)極搭鐵和單配的逆變器不要放置在一起，以免短路。逆變電源使用按逆變電源說明書操作。 拉線的緊線器遇大風(fēng)后會(huì)自動(dòng)松動(dòng)，調(diào)整后可用鐵絲鎖住，每次大風(fēng)過后，檢查拉線是否松動(dòng)，如有松動(dòng)及時(shí)排除。（上立桿必須

48、垂直） 風(fēng)力發(fā)電機(jī)應(yīng)單獨(dú)布線，不可與其它線路混用，建議照明用直流電源，家用電器可使用逆變器輸出的交流電源。（逆變器和逆變器輸出線不可以并聯(lián)，逆變器輸出線也不可以和市電連接）。 電氣箱接線時(shí)，先接通蓄電池再接發(fā)電機(jī)輸出線，分解時(shí)先分解發(fā)電機(jī)輸出線再斷開蓄電池組接線。 電氣箱的停機(jī)開關(guān)，通常在開機(jī)位置，在蓄電池充足電或在防御災(zāi)害性強(qiáng)風(fēng)暴吹襲作臨時(shí)關(guān)機(jī)用，只有風(fēng)輪緩慢運(yùn)行撥到關(guān)機(jī)位置，不允許在高速旋轉(zhuǎn)撥動(dòng)開關(guān)。風(fēng)機(jī)不得空載運(yùn)行，防止高速旋轉(zhuǎn)損壞葉片。 結(jié) 論本論文研究了小型獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成及其運(yùn)行狀況，此系統(tǒng)能夠在較小風(fēng)速下啟動(dòng)發(fā)電，能夠滿足一般家庭的供電，與傳統(tǒng)水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比，風(fēng)能

49、利用率更高，起動(dòng)風(fēng)速低，噪音少，應(yīng)用前景廣闊。整個(gè)設(shè)計(jì)過程包括風(fēng)力機(jī)葉片的設(shè)計(jì)、傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及塔架的設(shè)計(jì)等，通過三維建模直觀表現(xiàn)風(fēng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通過比較后認(rèn)為在低速運(yùn)行的垂直風(fēng)力機(jī)中運(yùn)用低阻力系數(shù)和大雷諾系數(shù)的葉片能夠產(chǎn)生比較好的發(fā)電效果。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)涵蓋了機(jī)械領(lǐng)域、電力電子領(lǐng)域及氣象學(xué)領(lǐng)域，綜合性較強(qiáng)。本設(shè)計(jì)方案著重機(jī)械部分，電子控制部分還有待于日后進(jìn)一步完善。設(shè) 計(jì) 總 結(jié)本文在參照各文獻(xiàn)后做出了垂直軸風(fēng)力機(jī)的一個(gè)總體設(shè)計(jì)方案，此系統(tǒng)能夠在較小風(fēng)速下啟動(dòng)發(fā)電，能夠滿足一般家庭的供電，與傳統(tǒng)水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比，風(fēng)能利用率更高，起動(dòng)風(fēng)速低，噪音少，應(yīng)用前景廣闊。整個(gè)設(shè)計(jì)過程包括風(fēng)力機(jī)葉

50、片的設(shè)計(jì)、傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及塔架的設(shè)計(jì)等，通過三維建模直觀表現(xiàn)風(fēng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通過比較后認(rèn)為在低速運(yùn)行的垂直風(fēng)力機(jī)中運(yùn)用低阻力系數(shù)和大雷諾系數(shù)的葉片能夠產(chǎn)生比較好的發(fā)電效果。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)涵蓋了機(jī)械領(lǐng)域、電力電子領(lǐng)域及氣象學(xué)領(lǐng)域，綜合性較強(qiáng)。本設(shè)計(jì)方案著重機(jī)械部分，電子控制部分還有待于日后進(jìn)一步完善。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，工作環(huán)境復(fù)雜，各種數(shù)據(jù)參數(shù)需要通過大量實(shí)測(cè)來獲得，限于條件原因，本次設(shè)計(jì)中的一些參數(shù)只能依照其他類似設(shè)計(jì)來取，將來將進(jìn)一步考慮增加實(shí)驗(yàn)來獲得第一手?jǐn)?shù)據(jù)。參考文獻(xiàn)1 葉杭冶. 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行與維護(hù)M.北京：電子工業(yè)出版社， 2010年4月.2 薛桁，

51、朱瑞兆，楊振斌. 中國(guó)風(fēng)能資源貯量估算J. 太陽(yáng)能學(xué)報(bào). 2001年第22卷第2期：P168-P170.3 中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)風(fēng)能專業(yè)委員會(huì)（CWEA）. 2009年中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量統(tǒng)計(jì). 2009年.4 宋麗莉，毛慧琴，錢光明. 熱帶氣旋對(duì)風(fēng)力發(fā)電的影響分析J. 太陽(yáng)能學(xué)報(bào)，2006年第27卷第9期：P962-P965.5 芮曉明，馬志勇，康傳明. 并網(wǎng)型垂直軸風(fēng)力機(jī)的基本構(gòu)成與氣動(dòng)特性J. 太陽(yáng)能學(xué)報(bào), 2007年第2期：P28-P31.6 孫云峰. 小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)D. 內(nèi)蒙古：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué), 2008年.7 聶珣. 基于自適應(yīng)轉(zhuǎn)速觀測(cè)器的雙饋風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的研究D

52、. 長(zhǎng)沙：中南大學(xué), 2009年.8 張國(guó)銘. 論制造兆瓦級(jí)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的合理性J. 風(fēng)力發(fā)電，2001年第4期：P55-P619 宋海輝. 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及工程M. 中國(guó)水利水電出版社，2009年.10 王心塵. 基于Matlab_Simulink的垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)D. 廈門：廈門大學(xué), 2008年. 11 芮曉明，柳亦兵，馬志勇. 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010年.12 楊國(guó)良，高瑞斌，張純. 垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)制動(dòng)及保護(hù)電路設(shè)計(jì)J. 電力電子技術(shù)，2009年第43卷第10期：P53-P59.13 趙永強(qiáng)，侯紅玲，施紹寧. 蓄電池智能充電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究J. 陜西理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2010年第26卷第3期：P5-P8.致 謝本論文是在李老師的辛勤指導(dǎo)、耐心幫助下完成的，在此致以由衷的感謝。非常感謝班主任這兩年的教導(dǎo)，非常感謝可愛可親的同學(xué)們?cè)谶@兩年對(duì)我的照顧和幫助。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請(qǐng)?jiān)俅谓邮芪艺\(chéng)摯謝意！ 最后再一次感謝所有在畢業(yè)設(shè)計(jì)中曾經(jīng)幫助過我的良師益友，以及在設(shè)計(jì)中被我引用或參考的論著的作者。