毕业设计-小型风力发电机设计.docx

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1、目录第一章绪论1 1.1 1.1设计小型风力发电机的依据和意义1 1.2 1.2国内外风力发电现状与发展趋势2 1.3 我国风能利用存在问题2 1.4 1.4国内风力发电前景3第二章小型风力机设计制造的基本理论4 2.1 小型风力机的基本概念和性能42.1.1 风力机的分类与特点42.1.2 小型风力发电系统的结构和特性42.1.3 小型风力发电系统的选择与选址6 2.2 风力机叶片的设计与制作72.2.1 叶片设计的空气动力学原理72.2.2 2.2.2水平轴与垂直轴叶片设计方法的理论对比8第三章小型风力发电机的总体方案确定103.1 总体方案设计103.2 风力机基本结构103.3 基本参

2、数的选择与计算10 3.3.1 设计前提条件10 3.3.2 3.3.2基本参数的确定11第四章主要工作部件的参数选择与计算134.1 叶片装置设计134.1.2 叶片外形设计134.1.3 计算叶片的实际安装角 174.1.4 风轮叶片在转动中受力及风轮轴受力分析214.2 调向装置设计234.3 4.3调速装置设计24第五章传动系统设计与计算255.1 传动特点255.2 风力发电机总体及动力系统布置255.3 5.3整机传动参数设计25第六草部分零件设计计算296.1 圆柱斜齿轮传动的几何尺寸计算296.1.1 选材料、热处理方法、定精度等级296.1.2 按照接触强度进行初步计算296

3、.1.3 齿根弯曲强度校核31第七章轴的设计与校核347.1 增速器低速轴各力计算347.2 初步确定轴的最小直径347.3 轴的结构设计34 7.3.1 轴上零件的装配方案34 7.3.2 据轴的定位要求确定轴上各段直径和长度35 7.3.3 轴上载荷及轴的校核36第八章技术经济分析388.1 生产成本概算388.2 项目未来市场分析398.3 项目的生态效果与社会效益评价40第九章结论41参考文献43致谢44第一章绪论1.1设计小型风力发电机的依据和意义随着人类对生态环境的要求和能源的需求，风能的开发日益受到重视，风力发电将成为21世纪大规模开发的一种可再生清洁能源。在可再生能源领域，风能

4、与太阳能是最具远大产业前景的行业。从我国现状看，由于风电处于快速发展的启动期，更具备商业化条件。风力发电与太阳能相比，在能量转换率、发电时间、产业规模、技术成熟度等许多产业特性上都有优势。风能是一种最具活力的可再生能源，它实质上是太阳能的转化形式，因此可以认为是取之不尽的，风能的利用将可能改变人类长期依赖化石燃料和核燃料的局面。风电的单位电量成本约为火电的2倍左右，而太阳能则为10倍左右，虽然随着技术进步，两者的成本都有降低的趋势，但在可预见的未来，风电行业较光伏行业仍会具有低成本的优势，因而将获得更快的发展速度。风能利用就是将风的动能转换为机械能，再装换成其他能量形式。风的动能通过风轮机装换

5、成机械能，再带动发动机发电，转换为电能。世界各国研制的风力机的形态和种类很多，对于目前比较成熟的风力机，通常可按主轴方向分为两大类：一类为水平轴风力发电机，一类为垂直轴风力发电机。水平轴风力发电机的结构特征是风轮的旋转平面与风向垂直，旋转轴和地面平行。该种风力发电机的主要部件有叶片、传动轴、齿轮变速箱、发电机、尾翼和塔架等。风轮上的叶片与旋转平面成一定角度，叶片数目的多少视风力机的用途而定。用于发电的风力机叶片数大多为2片或3片，用于风力提水的风力机一般为1224片。叶片少的风力机通常为高速风力机，它在高速运行时有较高的风能利用系数，但启动风速较高。由于其叶片数很少，在输出同样功率的条件下，比

6、低速风轮要轻得多，因此适用于发电。水平轴风力发电机是目前技术最成熟、生产应用最广泛的一种风力发电机。目前10KW以下的风力发电机，特别是几百瓦的充电式微型风力发电机绝大多数是水平轴式的。 1 2国内外风力发电现状与发展趋势尽管2003年欧洲风电装机增长幅度有所放缓，年增幅由02年的35%降为23%,不过随着一些欧洲国家海上风电项目的发展，预计欧洲地区风电装机仍将维持快速增长的势头。美洲地区风电装机容量达690万千瓦，占全球风电总装机的17%o亚洲地区风力发电与美欧相比还比较缓慢，除印度一支独秀以外，其它国家风电装机容量均很小。我国较大规模地开发和应用风力发电机，特别是小型风力发电机，始于70年

7、代，当时研制的风力提水机主要用于提水灌溉和沿海地区的盐场，研制的较大功率的风力发电机主要用于浙江和福建沿海。在内蒙古地区由于得到了政府的支持和适应了当地自然资源及当地群众的需求，小型风力发电机的研究和推广得到了长足的发展，这对于解决边远地区居住分散的农牧民群众的生活用电和部分生产用电起了很大作用。近年来，随着世界范围内对环境保护、全球温室效应的重视,各国都竞相发展包括风能在内的可再生能源的利用技术，将风能作为可持续发展的能源政策中的一种选择，不论对并网型的大型风力发电机还是用于边远地区农牧户的离网型小型风力发电机政府都给予了很大的政策支持。1.3 我国风能利用存在的问题我国小型风力发电保有量和

8、年产量都居世界首位，截至2004年底我国离网型户用小型风力发电机组生产企业累计生产量293153台，总装机容量达到98524千瓦，预计年发电量约9246万千瓦时。所生产的小型风力发电机组由于价格低廉和性能可靠，还出口远销到印尼，巴基斯坦，瑞典等23个国家。但在巨大的产能数字背后，国内小型风力发电企业的产品技术含量一直偏低。风机零部件的紧缺以及质量差是另一个硬伤.国内风机企业普遍重整机、轻零部件,风电厂常要排队等待设备，有些项目甚至因此拖延18个月之久;而且许多国产风机在试运行阶段也都遇到了质量问题，使工程难以正常运转.国外零部件不符合国内环境需求，价格也比国产同类产品高二到三成.国内众多的相关

9、厂商在技术创新和产品升级上缺乏重视和投入，甚至不少乡镇企业一直停留在翻模仿造的阶段，导致仅有规模和价格优势word文档 可自由复制编辑而缺乏技术含量和发展导向。因此，如何提高国内风力发电机的技术含量，从而树立我们自己民族的品牌是当前摆在我们面前的一个重要问题。1.4 国内风力发电前景作为节能环保的新能源，风电产业赢得历史性发展机遇，在金融危机肆虐的不利环境中逆市上扬，发展势头迅猛，截至2009年底，全国累计风电装机容量达到25800兆瓦。中国风力等新能源发电行业的发展前景十分广阔，预计未来很长一段时间都将保持高速发展，同时盈利能力也将随着技术的逐渐成熟稳步提升。随着中国风电装机的国产化和发电的

10、规模化，风电成本可望再降。因此风电开始成为越来越多投资者的逐金之地。风电场建设、并网发电、风电设备制造等领域成为投资热点，市场前景看好。我国幅员辽阔，海岸线绵长，可开发利用的风能资源十分丰富，集中分布在东南沿海及华北、东北、西北地区。在可再生能源法及一系列国家产业政策的推动下，我国风电装机容量迅速增长，风电装备制造业也快速发展，产业体系已逐步形成。中国已经成为世界风能大国，正在向风能强国转变，风电产业发展前景广阔。2011年并网风电超过50GW,当年并网14.5GW,稳居世界第一。word文档 可自由复制编辑第二章小型风力机设计制造的基本理论2.1 小型风力机的基本概念与性能2.1.1 风力机

11、的分类及特点风力机的种类和样式虽然很多，但是按照风轮的结构和其在气流中的位置，大体可以分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。1、水平轴风力发电机：旋转轴与叶片垂直，一般与地面平行，旋转轴处于水平位置的风力发电机，一般有双叶、三叶、多叶式，顺风式和迎风式，扩散式和集中器式。2、垂直轴风力发电机： 旋转轴与叶片平行，一般与地面垂直，旋转轴处于垂直方向的风力发电机，一般有“S”型单叶片式、“S”型多叶片式、Darrieus透平、太阳能风力透平、偏导器式。目前占市场主流的是水平轴风力发电机，平时说的风力发电机通常也是指水平轴风力发电机。目前水平轴风力发电机的功率最大能达到到5wm左右。垂直轴风力发电

12、机虽然最早被人类利用，但是近10多年才被用来发电。与传统的水平轴风力发电机相比，垂直轴风力发电机具有不用对风向，无噪音，转速低等优点，但同时也存在起动风速高，结构复杂等明显缺点，这都限制了垂直轴风力发电机的应用。2.1.2 小型风力发电机组的结构及其特性水平轴风力发电机大致由以下几个部分组成：风轮、发电机、回转体、调速机构、调向机构（尾翼）、刹车机构、塔架。1 .风轮水平轴风力发电机的风轮是由4个叶片（大部分为23个叶片）和轮毂组成。其功能是将风能转换为机械能。叶片的结构一般有多种形式.但是总的说来，除部分小型风力机的叶片采用木质材料外，通常风力机的叶片采用玻璃纤维或高强度复合材料。风力发电机

13、的叶片都装在轮毂上。轮毂是风轮的枢纽，也是叶片根部与主轴的连接件，所有从叶片传来的力，都将会通过轮毂传递到传动系统，再传到风力机驱动的对象，同时轮毂也是控制叶片桨距（使叶片作俯仰转动）的所在。轮毂要有足够的强度，并力求结构简单。在可能的条件下（如采用叶片失速控制），叶片采用定桨距结构，即将 叶片固定在轮毂上（无俯仰转动），这样不但能简化结构，提高寿命，而且能有效地降低成本。2 .发电机发电机的种类：小型风力发电机所用的发电机，可以是直流发电机，也可以是交流发电机。目前，小型风力发电机用的发电机大部分是三相交流发电机。由于产生磁场的形式不同，三相交流发电机有永磁式和励磁式，它们所产生的三相交流电

14、都要通过整流二极管整流后输出直流电。为便于安装和维修，现在很多小型风力发电机，采用交流 发电机时，将整流器安装在控制器中。交流发电机与直流发电机相比，具有体积小、重量轻、结构简单、低速发电性能好等优点。尤其是对周围无线电设备的干扰要比直流发电机小得多，因此适合小型风力发电机使用。3 .回转体回转体是小型风力发电机的重要部件之一。其作用是支撑安装发电机、风轮和尾翼调速机构等，并保证上述工作部件按照各自的工作特点随着风速、风向的变化在机架 上端自由回转，小型风力发电机回转体的结构和安装方式种类各异。4.调速机构由于自然界的风具有不稳定性、脉动性，风速时大时小，有时还会出现强风和暴风，而风力发电机叶

15、轮的转速又是随着风速的变化而变化的，如果没有调速机构，风力发电机叶轮的转速将随着风速的增大而越来越高。这样，叶片上产生的离心力会迅速 加大，以至损坏叶轮。另外，随着风速增大，叶轮转速增高的同时，风力发电机的输出功率也必然增大，而风力发电机的转子线圈和其他电子元件的超载能力是有一 定限度的，是不能随意增加的。因此风力发电机若要有一个稳定的功率输出，就必须设置调速机构。小型风力发电机常用的调速方法有三种：风轮侧偏调速法；桨叶侧偏调速法；空气制动调速法。5,调向机构风力发电机是靠风的能量发电的，而风轮捕获风能的大小与风轮的垂直迎风面积成正比，也就是说，对于某一个风轮，当它垂直 风向时（正面迎风）捕获的风能就多；而当它不是正面迎风时，所捕获的风能相对就少；当风轮与风向平行时，就捕获不到风能。所以，风力发电机必须设