標(biāo)色輔助修改

1、PTcheck系統(tǒng)生成輔助修改標(biāo)色文檔點(diǎn)擊報(bào)告按鈕“點(diǎn)我檢測(cè)”或者直接復(fù)制檢測(cè)鏈接到瀏覽器既可再次檢測(cè)，方便快捷檢測(cè)網(wǎng)址：該篇論文檢測(cè)總相似度為:85%第一章緒論1.1 設(shè)計(jì)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的目的和意義新能源是建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)作為加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的重要著力點(diǎn)，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最重核心，能源已成為制約國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與人口資源相協(xié)調(diào)。社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展推動(dòng)能源需求的持續(xù)增長(zhǎng)，要求不斷開(kāi)發(fā)新的能源。盡管各國(guó)在提高能源的利用效率、減少能源的消耗，但國(guó)民的能源需求量依然滿足不了我們發(fā)展的需求。由于對(duì)能源的渴求，人們無(wú)節(jié)制地開(kāi)采石油、煤炭、天然氣等這些埋在地層深處的維系人類生存的“能源

2、食糧”，不僅嚴(yán)重地污染了我們的生存空間，惡化了自然環(huán)境，而且?guī)?lái)了更可怕的惡果能源枯竭。傳統(tǒng)化石能源資源的減少，引發(fā)的石油危機(jī)和石油總體價(jià)格的攀升，已在向世人警示能源安全問(wèn)題,引起對(duì)能源安全的廣泛擔(dān)憂?，F(xiàn)實(shí)告誡人們，要生存就必須尋求開(kāi)發(fā)新能源。我國(guó)地域遼闊，廣大邊遠(yuǎn)山區(qū)、沿海島嶼和少數(shù)民族地區(qū)地廣人稀、交通不便，利用大電網(wǎng)的延伸解決供電問(wèn)題非常困難，而這些地區(qū)風(fēng)力資源往往又比較豐富。充分利用這些地區(qū)的風(fēng)力資源來(lái)解決無(wú)電、缺電問(wèn)題，對(duì)改善當(dāng)?shù)厝嗣竦纳钏剑l(fā)展地方經(jīng)濟(jì)具有深遠(yuǎn)的意義。小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有機(jī)組投資小，使用靈活，非常適用于解決居住相對(duì)分散、風(fēng)力資源較好的無(wú)電地區(qū)居民的基本生活用電及

3、部分小型生產(chǎn)用電問(wèn)題。小型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)作為農(nóng)村能源的組成部分，它的進(jìn)一步推廣應(yīng)用，將會(huì)推動(dòng)農(nóng)村能源的發(fā)展，對(duì)于改善用能結(jié)構(gòu)，特別是邊遠(yuǎn)山區(qū)等的生產(chǎn)、生活用能，推動(dòng)生態(tài)和環(huán)境建設(shè)諸領(lǐng)域的發(fā)展將發(fā)揮積極作用，具有廣闊的市場(chǎng)前景。風(fēng)能具有隨機(jī)性和不確定性，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)。簡(jiǎn)化小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、降低成本、提高可靠性及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行，具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。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)的型號(hào)多類，由于現(xiàn)在技術(shù)成熟的風(fēng)力機(jī)，一般可按主軸方向分為兩大類：一種為水平軸風(fēng)

4、力發(fā)電機(jī)，另一種為垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)平面與風(fēng)的方向垂直，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)、尾翼和塔架丶控制器、蓄電池、逆變器等。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)能利用效率，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

5、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)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

6、。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

7、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

8、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)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)模化，風(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)

9、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。2011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

10、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

11、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（ 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)

12、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)，交流發(fā)電機(jī)把整流器安裝在控制器中。采用永磁式交流發(fā)電機(jī),風(fēng)輪驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)

13、生交流電,經(jīng)過(guò)整流后變成直流電儲(chǔ)存在蓄電池中，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

14、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)輪受到風(fēng)力的大小與風(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)

15、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)尾翼板所受風(fēng)壓力作用而產(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

16、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) 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

17、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

18、面進(jìn)行綜合考察后，選擇一個(gè)風(fēng)能資源豐富、而且最有利用價(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)

19、。小型風(fēng)力機(jī)選址的基本技術(shù)要求可以歸納為：選擇年平均風(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??；湍流強(qiáng)度要?。槐M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)的相關(guān)理論及概念 葉片是風(fēng)車結(jié)構(gòu)中最重要的，也是受力最復(fù)雜的部件。風(fēng)車運(yùn)行在隨時(shí)變化的自然環(huán)境中，受力情況復(fù)雜，風(fēng)車葉片的設(shè)計(jì)是風(fēng)車設(shè)計(jì)的。葉片是風(fēng)車吸收風(fēng)能的部件，業(yè)是主要的受力部件。設(shè)計(jì)優(yōu)良的葉片能夠很好的控制載荷，同時(shí)最大幅度的提高風(fēng)車的效率。因此，對(duì)風(fēng)車葉片的設(shè)計(jì)顯得尤為重要。2.2.1 葉片設(shè)計(jì)的空氣動(dòng)力學(xué)原理 貝茨(

20、Betz)理論世界上第一個(gè)關(guān)于風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪葉片接受風(fēng)能的完整的理論是1919年由A貝茨(Betz)建立的。貝茨理論的建立，是假定風(fēng)輪是“理想”的，全部接受風(fēng)能(沒(méi)有輪毅)，葉片無(wú)限多，對(duì)空氣流沒(méi)有阻力。空氣流是連續(xù)的，不可壓縮的，葉片掃掠面上的氣流是均勻的，氣流速度的方向不論在葉片前或流經(jīng)葉片后都是垂直葉片掃掠面的(或稱平行風(fēng)輪軸線的)，這時(shí)的風(fēng)輪稱“理想風(fēng)輪”。分析一個(gè)放置在移動(dòng)的空氣中的“理想風(fēng)輪”葉片上所受到的力及移動(dòng)空氣對(duì)風(fēng)輪葉片所做的功。設(shè)風(fēng)輪前方的風(fēng)速為v1,v是實(shí)際通過(guò)風(fēng)輪的風(fēng)速。v2是葉片掃掠后的風(fēng)速，通過(guò)風(fēng)輪葉片前風(fēng)速面積s1,葉片掃掠面的風(fēng)速面積s及掃掠后風(fēng)速面積s2。風(fēng)吹到

21、葉片上所做的功是將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為葉片轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能.如圖3-1所示。v1-葉片前的風(fēng)速； v-風(fēng)經(jīng)過(guò)葉片時(shí)的速度； v2-風(fēng)經(jīng)過(guò)葉片后的速度； S1-葉片前的風(fēng)速的面積； S-風(fēng)經(jīng)過(guò)葉片時(shí)的面積； S2-風(fēng)經(jīng)過(guò)葉片后的面積，于是電機(jī)葉片上風(fēng)的作用力由歐拉定理求得：F=sv(v2-v1) 圖3-1 貝茨理論計(jì)算簡(jiǎn)圖式中 -空氣當(dāng)時(shí)的密度。風(fēng)輪所接受的功率為 N=Fv=sv2(v2-v1) 經(jīng)過(guò)風(fēng)輪葉片的風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化 T= sv( ) 式中sv-空氣質(zhì)量。 N=T v= 風(fēng)速v1是給定的，N的大小取決于v2，N是v2的函數(shù)，對(duì)N微分求最大值，得 = s（ 令其等于0，求解方程，得 v2= v1求Nm

22、ax得 Nmax= s = 令 =0.593為CP，稱作貝茨功率系數(shù)，有 Nmax= Cp=0.593說(shuō)明風(fēng)吹在葉片上，葉片上所能獲得的最大功率Nmax為風(fēng)吹過(guò)葉片掃掠面積s的風(fēng)能的59.3%。貝茨理論說(shuō)明，理想的風(fēng)能對(duì)風(fēng)輪葉片做功的最高效率是60%。2.2.2葉片設(shè)計(jì)中的基本概念 貝茨理論，是一個(gè)基本的風(fēng)能理論，沒(méi)有提供風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的形狀，因?yàn)樨惔睦碚撌窃陲L(fēng)輪理想的情況下假定的。風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的幾何形狀的空氣動(dòng)力學(xué)特性也不同。 (1) 葉尖速比。即風(fēng)輪的葉片尖端的線速度與風(fēng)的速v之比，用來(lái)表示 = = 式中： V葉片尖端線速度，m/s； v風(fēng)速，m/s； n風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，r/min； R風(fēng)輪轉(zhuǎn)

23、動(dòng)半徑，m。低速風(fēng)輪，取小值；高速風(fēng)輪，取大值。 圖3-2 翼的概念及翼的受力分析 （2）展弦比。即風(fēng)輪直徑的平方與葉片面積Sy之比，用Rz來(lái)表示 = 式中： 平均弦長(zhǎng)，m； 葉片面積，m2； R風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)半徑，m。(3) 失速 式中：CL升力系數(shù)； CD阻力系數(shù)； FL升力，N或KN； FD阻力，N或KN。2.2.3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

24、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，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

25、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 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

26、疲勞、效率高，葉片直徑大約 。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 ，額定風(fēng)速 ，切出風(fēng)速為 ，額定功率為 ，輸出電壓為 。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

27、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，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 為設(shè)計(jì)風(fēng)速，啟動(dòng)風(fēng)速 ，上風(fēng)向尾舵調(diào)向，尖速比取5，發(fā)電機(jī)額定功率 。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： (3-1)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， 。就本設(shè)計(jì)而言：取葉片數(shù)為3，葉尖速比 ，取 =0.36， =1.25 ，

28、 。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)輪功率為 第四章 主要工作部件的參數(shù)選擇與計(jì)算4.1 葉片裝

29、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)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

30、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)，風(fēng)輪葉片效率并不一定高，確定最佳升阻比為：L/D=33選取NACA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葉片設(shè)計(jì)計(jì)算（1）風(fēng)輪掃掠面積S的確定風(fēng)力機(jī)的有效功率為NE=kCaCtSv3，故風(fēng)輪掃掠面積S為 S= 式中： K單位換算系數(shù)，由表取K=0.6127； Ca空氣高度密度換算系數(shù)，取Ca=1； Ct空氣濕度密度修正系數(shù)，取Ct=1.13； Ne風(fēng)力機(jī)有效功率，Ne=1500KW； v設(shè)計(jì)風(fēng)速，取V=10m/s；風(fēng)力機(jī)全效率。風(fēng)力機(jī)的全效率一般取=25%-50%。低速風(fēng)力機(jī)取小值，1

31、-3葉片高速風(fēng)力機(jī)取大值；選取，取=0.45由以上參數(shù)可得： S= 4810m2 表3-3 風(fēng)力機(jī)功率換算系數(shù)K表3-4 空氣密度修正系數(shù) , 值 表3-5 設(shè)計(jì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)初估全效率取值表（2）風(fēng)輪直徑的確定求出葉片掃掠面積S之后，便可計(jì)算出風(fēng)輪直徑d=2 (m) 由式可得風(fēng)輪直徑d=2 77m。 （3）確定風(fēng)力機(jī)葉片數(shù) 風(fēng)力機(jī)的葉片數(shù)與風(fēng)力機(jī)的用途有關(guān)，與尖速比有一定的匹配，參考表3-2選取。由表3-2，取尖速比=5，則葉片數(shù)為3葉片。 （4）確定葉片的面積Sy風(fēng)力機(jī)接受風(fēng)能的效率，與葉片翼型、尖速比等因素有關(guān)，同時(shí)還與密實(shí)比有關(guān)。所以密實(shí)比就是葉片本身的面積Sy與葉片掃掠面積S之比。密實(shí)比

32、愈高的葉片，其尖速比愈低，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速也愈低，葉片也愈多。多葉片低轉(zhuǎn)速風(fēng)輪啟動(dòng)性能好，適用于風(fēng)力機(jī)抽水、碾米、壓縮空氣;密實(shí)比愈低的葉片，其尖速比愈高，其風(fēng)輪轉(zhuǎn)速愈高，葉片數(shù)愈少，適合于風(fēng)力發(fā)電機(jī)。 = (m2) 式中：k風(fēng)輪葉片數(shù)， -密實(shí)比 。由以上參數(shù)可得單個(gè)葉片面積 = 128m2（5）葉片剖面翼型 翼型對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片很重要，它直接接影響風(fēng)輪的啟動(dòng)及接受風(fēng)能的效率。葉片翼型基本_L可分為平板型、風(fēng)帆型和扭曲型。低速風(fēng)力機(jī)往往采用翼型為平板型或風(fēng)帆型，它的的迎角在整個(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用扭曲型，扭曲葉片雖然制造困難，但

33、能提高風(fēng)能利用率，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)獲得最佳的風(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不一致，角度由葉根至葉尖逐漸減少，使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)葉片有的是木制的，不易扭曲也可做成等安裝角葉片，只是效率低一些。葉片設(shè)計(jì)選取NACA-4412翼型，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，但升阻比大到一定限度時(shí)風(fēng)輪葉片的效率并不一定高，可選取翼型的升阻比L/D=8（6）離開(kāi)的尺寸的具體測(cè)定 葉片翼型不同其所接受的風(fēng)能亦有差別，為廠表示不同形狀的葉片其

34、接受風(fēng)能的特征引入葉片形狀參數(shù)，尖速比愈大，則葉片面積應(yīng)愈小。葉片接受風(fēng)能的效率還與葉片翼型的相對(duì)迎風(fēng)角有關(guān)，即與迎角有關(guān)，因相對(duì)迎風(fēng)角 =+。為使葉片各處接受空氣動(dòng)力一致，葉片各處的安裝角就不同，亦即相對(duì)迎風(fēng)角 不同，這就是扭曲葉片。隨著尖速比的增大葉片的相對(duì)迎風(fēng)角愈小。=2 是葉片尖端線速度與風(fēng)速的比。葉片從轉(zhuǎn)動(dòng)中心至葉尖不同半徑處的尖速比 可由下式得： = 式中：ri葉片從轉(zhuǎn)動(dòng)中心至葉尖的不同半徑； R葉輪半徑，R=37.5m； 尖速比，=5。現(xiàn)將風(fēng)輪分為10個(gè)剖面，每個(gè)剖面間隔0.1R。(a) 利用上式計(jì)算各剖面尖速比值；(b) 利用公式 確定每個(gè)剖面的相對(duì)迎風(fēng)角 和安裝角；(c)根據(jù)

35、公式N= 確定每個(gè)剖面的形狀參數(shù)N； (d)由于選取的翼型為NACA-4412翼型，當(dāng)L/D=100時(shí)，由圖3-3可知迎角=80，此時(shí)升力系數(shù)CL=1.1；利用公式L= 計(jì)算弦長(zhǎng)L。 由(a)(b)(c)(d)步的計(jì)算結(jié)果如下表3-6所示： 表3-6 葉片尺寸參數(shù)r/R0.10.20.30.40.50.60.70.80.910.511.522.533.544.55 53.133.623.918.414.912.510.89.58.47.645.125.615.910.46.94.52.81.50.4-0.4N11.458.151.841.070.690.490.360.280.220.18L1

36、540410036003090258520851585108557480 圖3-7 NACA-4412翼型風(fēng)輪葉片各參數(shù)確定之后，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，葉片的實(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毅上，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)的軸安裝在輪毅上，輪載上安裝的幾個(gè)葉片可同步轉(zhuǎn)動(dòng)以改變?nèi)~片的安裝角，也即同步改變?nèi)~片的迎角以滿足不同風(fēng)速條件下(額定風(fēng)速以上)風(fēng)力發(fā)電機(jī)得到額定功率。變槳距葉片亦稱變槳距調(diào)速。葉尖失速控制葉片就是葉片大部分固定，僅葉尖部分葉片可以轉(zhuǎn)動(dòng)改變?nèi)~片安裝角的葉片。用葉尖失速控制的葉片來(lái)調(diào)

37、速的稱作葉尖失速控制調(diào)速。變槳距控制的目的是：使葉片的功角在一定范圍（0度-90度）變化，以便調(diào)節(jié)輸出功率，避免了定槳距機(jī)組在確定功角后，有可能夏季發(fā)電低，而冬季又超發(fā)的問(wèn)題。在低風(fēng)速段，功率得到優(yōu)化，能更好的將風(fēng)能轉(zhuǎn)化電能。變槳機(jī)組的控制策略為：(a)額定風(fēng)速以下通過(guò)控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速使其跟蹤風(fēng)速，這樣可以跟蹤最優(yōu)Cp；(b)額定風(fēng)速以上通過(guò)扭矩控制器及變槳控制器共同作用，使得功率、扭矩相對(duì)平穩(wěn)；功率曲線較好。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)

38、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

39、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， = 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=0.3m4.3 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，

40、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)，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)，

41、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

42、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。風(fēng)輪轉(zhuǎn)速 故增速比 風(fēng)輪功率 。 第六章齒輪箱的設(shè)計(jì)計(jì)算6.1增速齒輪箱方案設(shè)計(jì)相對(duì)于平行軸圓柱齒輪傳動(dòng)，行星傳動(dòng)的以下優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)效率高，體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，傳

43、遞功率范圍大，使功率分流；合理使用了內(nèi)嚙合；共軸線式的傳動(dòng)裝置，使軸向尺寸大大縮小而；運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、抗沖擊和振動(dòng)能力較強(qiáng)。依據(jù)提供的技術(shù)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)方案比較，總傳動(dòng)比i=9874，采用一級(jí)行星派生型傳動(dòng)，即一級(jí)行星傳動(dòng)+兩級(jí)高速軸定軸傳動(dòng)。為補(bǔ)償不可避免的制造誤差，行星傳動(dòng)一般采用均載機(jī)構(gòu)，均衡各行星輪傳遞的載荷，提高齒輪的承載能力、嚙合平穩(wěn)性和可靠性，同時(shí)可降低對(duì)齒輪的精度要求，從而降低制造成本。對(duì)于具有三個(gè)行星輪的傳動(dòng)，常用的均載機(jī)構(gòu)為基本構(gòu)件浮動(dòng)。由于太陽(yáng)輪重量輕，慣性小，作為均載浮動(dòng)件時(shí)浮動(dòng)靈敏，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，被廣泛應(yīng)用于中低速工況下的浮動(dòng)均載，尤其是具有三個(gè)行星輪時(shí)，效果最為顯著。由于減速比較

44、大，按照此轉(zhuǎn)動(dòng)比，齒輪箱的結(jié)構(gòu)形式可設(shè)計(jì)為：一級(jí)行星傳動(dòng)+兩級(jí)平行軸定軸傳動(dòng)。 發(fā)電機(jī)組總體結(jié)構(gòu)圖6.2齒輪參數(shù)確定 采用的結(jié)構(gòu)圖其中： 軸為主軸（低速軸)； 軸為大齒輪所在軸（中速軸）； 軸為小齒輪所在軸(高速軸）； 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 )4) 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)6.2.1第一級(jí)行星輪系傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算齒輪基本參數(shù)根據(jù)初定條件 即 盡可能取質(zhì)數(shù)， 則 計(jì)算 ：計(jì)算并初選 ：初選 預(yù)計(jì)嚙合角 校驗(yàn)行星輪齒裝配條件：同心條件為了

45、讓行星架與中心論之間的軸線重合，齒輪間的中心距要相等。而對(duì)于角度的變位傳動(dòng)，應(yīng)為裝配條件由于各行星輪必須均布于中心齒輪之間。為此，各齒輪齒數(shù)與行星輪個(gè)數(shù) 必須滿足裝配條件，否則，會(huì)出現(xiàn)行星齒輪無(wú)法裝配的情況。單排2K-H行星傳動(dòng)的裝配條件為：兩中心輪的齒數(shù)之和應(yīng)為行星輪數(shù)目的整數(shù)倍。即 （整數(shù)）鄰接條件保證相鄰兩行星輪的齒頂不相碰即 根據(jù)以上條件，初選模數(shù)為10mm，確定第一級(jí)行星輪系的相關(guān)參數(shù)如表3-10。表3-10 第一級(jí)行星輪系參數(shù)齒數(shù)模數(shù)變位系數(shù)齒頂圓齒根圓分度圓螺旋角第一級(jí)中心輪2410 0 260 215 2400°行星輪38100 400 355 3800°內(nèi)齒圈100100 980 1025 10000°6.2.2第二級(jí)行星輪系傳動(dòng)設(shè)計(jì)裝配條件與第一級(jí)行星輪系相同。按照技術(shù)要求查閱相關(guān)手冊(cè)，確定第二級(jí)行星輪系的參數(shù)，具體參數(shù)如表3-11所示。 表3-11 第二級(jí)行星輪系傳動(dòng)設(shè)計(jì)齒數(shù)模數(shù)變位系數(shù)齒頂圓齒根圓分度圓螺旋角第二級(jí)中心輪2410 0 360 315 2400°行星輪36100 500 455 3800°內(nèi)齒圈120100 1080 1225 10000°6.2.3第三級(jí)平行軸圓柱直齒輪設(shè)計(jì)具體參數(shù)如表3-12。 表3-12 第三級(jí)平行軸直齒輪參