買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 1 摘 要 自然風(fēng)的速度和方向是隨機(jī)變化的，風(fēng)能具有不確定特點(diǎn)，如何使風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率穩(wěn)定，是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的一個(gè)重要課題。迄今為止，已提出了多種改善風(fēng)力品質(zhì)的方法，例如采用變轉(zhuǎn)速控制技術(shù)，可以利用風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量平滑輸出功率。由于變轉(zhuǎn)速風(fēng)力發(fā)電組采用的是電力電子裝置，當(dāng)它將電能輸出輸送給電網(wǎng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生變化的電力協(xié)波，并使功率因素惡化。 風(fēng)能利用發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)問題風(fēng)能技術(shù)是一項(xiàng)涉及多個(gè)學(xué)科的綜合技術(shù)。而且，風(fēng)力機(jī)具有不同于通常機(jī)械系統(tǒng)的特性：動(dòng)力源是具有很強(qiáng)隨機(jī)性和不連續(xù)性的自然風(fēng)，葉片經(jīng)常運(yùn)行在失速工況，傳 動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力輸入異常不規(guī)則，疲勞負(fù)載高于通常旋轉(zhuǎn)機(jī)械幾十倍。 本文通過(guò)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的總體設(shè)計(jì)，葉片、輪轂機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，水平回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，齒輪箱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以達(dá)到利用風(fēng)能發(fā)電的目的，有效利用風(fēng)能資源，減少對(duì)不可再生資源的消耗，降低對(duì)環(huán)境的污染。 關(guān)鍵詞：風(fēng)能 ； 風(fēng)力發(fā)電機(jī)；葉片 ； 輪轂 ； 齒輪箱 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 2 of is of to is an So a of to of as of of of a it to of in s of in of in is of a of is a is of in on of of to of of 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 3 目錄 前言 1 1 概述 2 力發(fā)電機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史 2 國(guó)現(xiàn)階段風(fēng)電技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r 2 力的等級(jí)選擇 3 能利用發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)問題 4 2 風(fēng)輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6 輪設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù) 迎風(fēng)技術(shù) 6 輪槳葉的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 葉材料的選擇 7 輪掃掠半徑參數(shù)計(jì)算 7 輪的半徑分配問題 8 想風(fēng)能的利用 8 葉軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 11 葉軸危險(xiǎn)截面軸頸的計(jì)算 11 葉軸各軸段軸頸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 13 力發(fā)電機(jī)組的功率調(diào)節(jié)問題 13 輪槳葉的復(fù)位彈簧參數(shù)計(jì)算 15 輪的槳葉軸軸承座的螺栓強(qiáng)度校核計(jì)算 18 承座上螺栓組的布置問題 18 栓的受力分析和參數(shù)計(jì)算 19 承座上螺栓直徑的計(jì)算 20 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 4 承座上螺栓疲勞強(qiáng)度校核 20 3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22 軸的相關(guān)參數(shù)的選擇和計(jì)算 22 段的設(shè)計(jì)與校核 22 4 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的增速器和發(fā)動(dòng)機(jī)的選取 25 軸 與增速器之間的聯(lián)軸器 25 軸器的特點(diǎn) 25 軸器的型號(hào)及主要參數(shù) 25 力發(fā)電機(jī)增速器的選擇 25 用范圍和特點(diǎn) 25 號(hào)的選擇 26 電機(jī)的選取 26 擇發(fā)電機(jī)應(yīng)綜合考慮的問題 26 號(hào)的選擇 26 5 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和參數(shù)計(jì)算 27 步估計(jì)回轉(zhuǎn)體危險(xiǎn)軸頸的大小 27 構(gòu)設(shè)計(jì) 28 6 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的其他元件的設(shè)計(jì) 29 車裝置的設(shè)計(jì) 29 擇滑環(huán) 29 架的基本結(jié)構(gòu) 30 7 結(jié)論 31 致謝 32 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 5 參考文獻(xiàn) 33 附錄 A 譯文 34 附錄 B 外文文獻(xiàn) 46 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 6 前言 自然界的風(fēng)是可以利用的資 源，然而，我們現(xiàn)在還沒有很好的對(duì)它進(jìn)行開發(fā)。這就向我們提出了一個(gè)課題：我們?nèi)绾伍_發(fā)利用風(fēng)能？ 自然風(fēng)的速度和方向是隨機(jī)變化的，風(fēng)能具有不確定特點(diǎn)，如何使風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率穩(wěn)定，是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的一個(gè)重要課題。迄今為止，已提出了多種改善風(fēng)力品質(zhì)的方法，例如采用變轉(zhuǎn)速控制技術(shù)，可以利用風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量平滑輸出功率。由于變轉(zhuǎn)速風(fēng)力發(fā)電組采用的是電力電子裝置，當(dāng)它將電能輸出輸送給電網(wǎng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生變化的電力協(xié)波，并使功率因素惡化。 因此，為了滿足在變速控制過(guò)程中良好的動(dòng)態(tài)特性，并使發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)提供高品質(zhì)的電能，發(fā)電機(jī)和電 網(wǎng)之間的電力電子接口應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下功能：一，在發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)上產(chǎn)生盡可能低的協(xié)波電波；二，具有單位功率因素或可控的功率因素；三，使發(fā)電機(jī)輸出電壓適應(yīng)電網(wǎng)電壓的變化；四，向電網(wǎng)輸出穩(wěn)定的功率；五，發(fā)電機(jī)磁轉(zhuǎn)距可控。 此外，當(dāng)電網(wǎng)中并入的風(fēng)力電量達(dá)到一定程度，會(huì)引起電壓不穩(wěn)定。特別是電網(wǎng)發(fā)生短時(shí)故障時(shí)，電壓突降，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組就無(wú)法向電網(wǎng)輸送能量，最終由于保護(hù)動(dòng)作而從電網(wǎng)解列。在風(fēng)能占較大比例的電網(wǎng)中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的突然解列，會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)的不穩(wěn)定。因此，用合理的方法使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電功率平穩(wěn)具有非常重要的意義。 本文通過(guò)對(duì) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的總體設(shè)計(jì)，葉片、輪轂機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，水平回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，齒輪箱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以達(dá)到利用風(fēng)能發(fā)電的目的，有效利用風(fēng)能資源，減少對(duì)不可再生資源的消耗，降低對(duì)環(huán)境的污染。 本論文在王慧老師的悉心教導(dǎo)之下，通過(guò)研讀各著作期刊，經(jīng)過(guò)多次的修改。由于作者水平有限，論文中難免出現(xiàn)點(diǎn)差錯(cuò)，懇請(qǐng)讀者指正。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 7 1 概述 力發(fā)電機(jī)的發(fā)展史簡(jiǎn)介 我國(guó)是最早使用風(fēng)帆船和風(fēng)車的國(guó)家之一，至少在 3000年前的商代就出現(xiàn)了帆船，到唐代風(fēng)帆船已廣泛用于江河航運(yùn)。最輝煌的風(fēng)帆時(shí)代是明代， 14世紀(jì)初葉中國(guó)航海家鄭和七下西洋，龐大 的風(fēng)帆船隊(duì)功不可沒。明代以后風(fēng)車得到了廣泛的應(yīng)用，我國(guó)沿海沿江的風(fēng)帆船和用風(fēng)力提水灌溉或制鹽的做法，一直延續(xù)到 20 世紀(jì) 50 年代，僅在江蘇沿海利用風(fēng)力提水的設(shè)備增達(dá) 20萬(wàn)臺(tái)。 隨著蒸汽機(jī)的出現(xiàn)，以及煤、石油、天然氣的大規(guī)模開采和廉價(jià)電力的獲得，各種曾經(jīng)被廣泛使用的風(fēng)力機(jī)械，由于成本高、效率低、使用不方便等，無(wú)法與蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)等相競(jìng)爭(zhēng)，漸漸被淘汰。歐洲到中世紀(jì)才廣泛利用風(fēng)能，荷蘭人發(fā)展了水平軸風(fēng)車。 18世紀(jì)荷蘭曾用近萬(wàn)座風(fēng)車排水，在低洼的海灘上造出良田，成為著名的風(fēng)車之國(guó)。德國(guó)、丹麥、西班牙、英國(guó)、荷 蘭、瑞典、印度加拿大等國(guó)在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究與應(yīng)用上投入了相當(dāng)大的人力及資金，充分綜合利用空氣動(dòng)力學(xué)、新材料、新型電機(jī)、電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制及通信技術(shù)等方面的最新成果，開發(fā)建立了評(píng)估風(fēng)力資源的測(cè)量及計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)，發(fā)展了變漿距控制及失速控制的風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)理論，采用了新型風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)理論，采用了新型風(fēng)力機(jī)葉片材料及葉片翼型，研制出了變極、變滑差、變速、恒頻及低速永磁等新型發(fā)電機(jī)，開發(fā)了由微機(jī)控制的單臺(tái)及多臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組成的機(jī)群的自動(dòng)控制技術(shù)，從而大大提高了風(fēng)力發(fā)電的效率及可靠性。到了 19世紀(jì)末，開始利用 風(fēng)力發(fā)電，這在解決農(nóng)村電氣化方面顯示了重要的作用，特別是 20世紀(jì) 70年代以后，利用風(fēng)力發(fā)電更進(jìn)入了一個(gè)蓬勃發(fā)展的階段。 國(guó)現(xiàn)階段 風(fēng)電技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r 中國(guó)現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)的開發(fā)利用起源于 20世紀(jì) 70年代初。經(jīng)過(guò)初期發(fā)展、單機(jī)分散研制、系列化和標(biāo)準(zhǔn)化幾個(gè)階段的發(fā)展，無(wú)論在科學(xué)研究、設(shè)計(jì)制造，還是試驗(yàn)、示范、應(yīng)用推廣等方面均有了長(zhǎng)足的進(jìn)步和很大的提高，并取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 我國(guó)對(duì)風(fēng)電已有部分優(yōu)惠政策，包括一下幾個(gè)方面。 1)風(fēng)電配額 制定出常規(guī)火電污染排放量分 配比例，由全國(guó)所有省區(qū)共同分?jǐn)偟恼摺?2)風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià) 落實(shí)風(fēng)電高于火電的價(jià)差攤到全省的平均銷售電價(jià)中。制定出按常規(guī)水電污染排放量分配比例，由全國(guó)所有省區(qū)共同分?jǐn)偟恼?。按地區(qū)具體情況定出風(fēng)電最高上網(wǎng)電價(jià)的限制，并保持 10年不變，促使業(yè)主充分利用資源，降低成本。 3)售電增值稅 發(fā)電增加了新的稅源，建議參照小水電，核定風(fēng)電銷售環(huán)節(jié)增值稅率為6%。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 8 4)銀行貸款 為降低風(fēng)電電價(jià)，減輕還貸壓力，建議適當(dāng)延長(zhǎng)風(fēng)電還貸期限，還貸期增至 15年；為風(fēng)電項(xiàng)目提供貼息貸款。 5)鼓勵(lì)采用國(guó)產(chǎn)化風(fēng)電 機(jī) 為采用國(guó)產(chǎn)化風(fēng)電機(jī)的業(yè)主提供補(bǔ)貼和貼息貸款，補(bǔ)償開發(fā)商的風(fēng)險(xiǎn)，幫助初期國(guó)產(chǎn)化機(jī)組進(jìn)入市場(chǎng)，得到批量生產(chǎn)和改進(jìn)產(chǎn)品的機(jī)會(huì)，以利降低成本。 表 1中國(guó)風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量發(fā)展情況（單位：萬(wàn) s of 10， 000 裝機(jī)容量 1999 2000 2001 2002 2003 2004 當(dāng)年新增 計(jì) 容量 風(fēng) 力 的等級(jí) 選擇 風(fēng)力等級(jí)是根據(jù)風(fēng)對(duì)地面或海面物體影響而引起的各種現(xiàn)象，按風(fēng)力的強(qiáng)度等級(jí)來(lái)估計(jì)風(fēng)力的大小，國(guó)際上采用的是英國(guó)人蒲福（ 17741859）于 1805 年所擬定的等級(jí)，故又稱蒲福風(fēng)級(jí)，他把靜風(fēng)到颶風(fēng)分為 13 級(jí)。見表 2 表 1蒲福 風(fēng)力等級(jí)表 力 等 級(jí) 名稱 相當(dāng)于平地 10m 高處的風(fēng)速（ m/s） 陸上地物征象 中文 英文 范圍 中數(shù) 0 靜風(fēng) 靜、煙直上 1 軟風(fēng) 煙能表示風(fēng)向，樹葉略有搖動(dòng) 2 輕風(fēng) 人面感覺有風(fēng)，樹葉有微響，旗子開始飄動(dòng)，高的草開始搖動(dòng) 3 微風(fēng) 樹葉及小枝搖動(dòng)不息，旗子展開，高的草搖動(dòng)不息 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 9 4 和風(fēng) 能吹起地面灰塵和紙張，樹枝動(dòng)搖，高的草呈波浪起伏 5 清勁風(fēng) 有葉的小樹搖擺，內(nèi)陸的水面有小波，高的草波浪起伏明顯 6 強(qiáng)風(fēng) 2 大樹枝搖動(dòng)，電線呼呼有聲，撐傘困難，高的草不時(shí)傾伏于地 7 疾風(fēng) 6 大樹搖動(dòng)，大樹枝彎下來(lái)，迎風(fēng)步行感覺不變 8 大風(fēng) 0 可折毀小樹枝，人迎風(fēng)前行感覺阻力甚大 9 烈風(fēng) 3 草房遭受破壞，屋瓦被掀起，大樹枝可折斷 10 狂風(fēng) 6 樹木可被吹倒，一般建筑物遭破壞 11 暴風(fēng) 1 大樹可被吹倒，一般建筑物遭嚴(yán)重破壞 12 颶風(fēng) 33 陸上少見，其摧毀力極大 風(fēng)能利用發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)問題 風(fēng)能利用發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)問題風(fēng)能技術(shù)是一項(xiàng)涉及多個(gè)學(xué)科的綜合技術(shù)。而且，風(fēng)力機(jī)具有不同于通常機(jī)械系統(tǒng)的特性：動(dòng)力源是具有很強(qiáng)隨機(jī)性和不連續(xù)性的自然風(fēng)，葉片經(jīng)常運(yùn)行在失速工況，傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力輸入異常不規(guī)則，疲 勞負(fù)載高于通常旋轉(zhuǎn)機(jī)械幾十倍。對(duì)于這樣的強(qiáng)隨機(jī)性的綜合系統(tǒng)，其技術(shù)發(fā)展中有下列幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題： 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 10 1）空氣動(dòng)力學(xué)問題 空氣動(dòng)力設(shè)計(jì)是風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)的基礎(chǔ)，它主要涉及下列問題 :一是風(fēng)場(chǎng)湍流模型，早期風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)采用簡(jiǎn)化風(fēng)場(chǎng)模型，對(duì)風(fēng)力機(jī)疲勞載荷和極端載荷的確定具有重要意義；另一是動(dòng)態(tài)氣動(dòng)模型。再一是新系列翼型。 2）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)問題 準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析是風(fēng)力機(jī)向更大、更柔和結(jié)構(gòu)更優(yōu)方向發(fā)展的關(guān)鍵。 3）控制技術(shù)問題 風(fēng)力機(jī)組的控制系統(tǒng)是一個(gè)綜合性的控制系統(tǒng)。隨著風(fēng)力機(jī)組由恒速定漿距運(yùn)行發(fā)展到變速變漿距運(yùn)行，控制 系統(tǒng)除了對(duì)機(jī)組進(jìn)行并網(wǎng)、脫網(wǎng)和調(diào)向控制外，還要對(duì)機(jī)組進(jìn)行轉(zhuǎn)速和功率的控制，以保證機(jī)組安全和跟蹤最佳運(yùn)行功率。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 11 2 風(fēng)輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 輪 設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù) 風(fēng)速的大小、方向隨時(shí)間總是在不斷變化，為保證風(fēng)輪機(jī)穩(wěn)定工作，必須有一個(gè)裝置跟蹤風(fēng)向變化，使風(fēng)輪隨風(fēng)向變化自動(dòng)相應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)，保持風(fēng)輪與風(fēng)向始終垂直。這種裝置就是風(fēng)輪機(jī)迎風(fēng)裝置。 3221 (2 30(2式中 P風(fēng)輪機(jī)輸出功率， 空氣密度， 3m ； r 風(fēng)輪半徑， m； 風(fēng)能利用系數(shù) ； 風(fēng)速， m/s； n 風(fēng)輪轉(zhuǎn)速， r/ 由式（ 2（ 2知 風(fēng)輪機(jī)的 輸 出 功率 與風(fēng)速立方成正比 ， 轉(zhuǎn)速與風(fēng)速一次方成正比。因此，風(fēng)速變化將引起出力和轉(zhuǎn)速的變化。 風(fēng)輪迎風(fēng)裝置有 三種方法：尾舵法、 舵輪法 和偏心法。 風(fēng)向變化時(shí)，機(jī)身上受三個(gè)扭力矩作用，機(jī)頭轉(zhuǎn)動(dòng)的摩擦力矩向風(fēng)作用于主軸上的扭力矩尾舵輪扭力矩tM。持軸承有關(guān)， 、距離 L，尾舵力矩由下式近似計(jì)算 22（ 2 式中 尾舵升力、阻力合力系數(shù) 22 尾舵面積 ， 2m ； u 風(fēng)輪的圓周速率， m/s； K 風(fēng)速損失系數(shù)約 L 尾舵距離， m。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 12 機(jī)頭轉(zhuǎn)動(dòng)條件 （ 2 尾舵面積 （ 2 式中 尾舵輪扭力矩 ， ； 機(jī)頭轉(zhuǎn)動(dòng)的摩擦力矩 ， ； 斜向風(fēng)作用于主軸上的扭力矩 ， ； 按上式設(shè)計(jì)的尾舵面積就可以保證風(fēng)輪機(jī)槳葉永遠(yuǎn)對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向。 舵輪法是用自動(dòng)測(cè)風(fēng)裝置測(cè) 定風(fēng)向，按風(fēng)向偏差信號(hào)控制同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)輪，此方法也可保證風(fēng)輪機(jī)槳葉永遠(yuǎn)對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向。 在本設(shè)計(jì)中把尾舵取消增加槳葉軸與圓盤角度到 7角這樣可以加大與斜向風(fēng)的接觸面積增大斜向風(fēng)對(duì)主軸的轉(zhuǎn)矩當(dāng)斜向風(fēng)的轉(zhuǎn)矩為零時(shí)風(fēng)輪機(jī)槳葉對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向。 輪 槳葉的 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 槳葉材料的選擇 水平軸風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪一般由 1 3 個(gè)葉片組成（本設(shè)計(jì)中取 6 片槳葉 ），它是風(fēng)力機(jī)從風(fēng)中吸收能量的部件。葉片采用 實(shí)心木質(zhì)葉片。這種葉片是用優(yōu)質(zhì)木材精心加 工而成，其表面可以蒙上一層玻璃鋼。 在本設(shè)計(jì)中 槳葉材料選用落葉松 作為內(nèi)部骨架， 木材 物理力學(xué)性能見下表 。 表 2木材物理力學(xué)性能 of 順紋抗壓強(qiáng)度 /紋抗拉強(qiáng) /度極限 / 彈性模數(shù) /紋抗剪強(qiáng)度 /26 210 徑向 弦向 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 13 風(fēng)輪 掃掠半徑的 參數(shù) 計(jì)算 任何種類風(fēng)力機(jī)產(chǎn)生的功率可用下 式表示： 風(fēng)輪機(jī)功率 P= 3221 （ 2 風(fēng)輪半徑 332 2 2 0 0 0 0 4 . 7 61 . 2 5 3 . 1 4 1 0 0 . 4 5 取 （ 2 葉尖速比 2 2 3 . 1 4 4 . 7 6 5 02 . 4 9 16 0 6 0 1 0r （ 2 風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)速 n= 30（ 2 式中 P 輸出功率（指額定工況下輸出的電功率）（ W）； P=20定值） 空氣密度（一般取大氣標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）（ 3m ） ； =3m （給定值） 設(shè)計(jì)的風(fēng)速（風(fēng)輪中心高度處）（ m/s） ； 0m/s（給定值） A 風(fēng)輪掃掠面積 )()( =A 22 輪半徑； ； 風(fēng)能利用系數(shù)； （給定值） n 風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)速； n=100r/ （給定值） r 風(fēng) 輪半徑 (m)； 葉尖速比； n 風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)速 (m/s)； 風(fēng)輪的 半徑分配 問題 根據(jù)需要，圓盤輪轂半徑取1r盤輪轂與槳葉間距取 則槳葉長(zhǎng)度 1 0 . 1 2 . 5 0 . 4 5 0 . 0 . 0 5 2l r r m （ 2 想風(fēng)能的利用 經(jīng)風(fēng)輪做功后的風(fēng)也有一定流速和動(dòng)能，因此風(fēng)的能量只能被部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。 風(fēng)輪前后流場(chǎng)如圖 2 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 14 w 風(fēng) 速 V w V 輪 前 風(fēng) 速v W P a 輪 前 壓 力P 壓 力 P 設(shè) a ， ， (2由伯努 利 方程 )(21 22(2作用在風(fēng)輪上的軸向力 F=A(P )= )(21 22 (2A= 2r (2式中 A 槳葉掃過(guò)的面積， ； 空氣密度， 3/ P 風(fēng)輪機(jī)功率， 平均風(fēng)速， m/s； 輪前風(fēng)速， m/s； 輪后風(fēng)速， m/s； 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 15 輪前壓力， 輪后壓力， F 軸向力， N； r 風(fēng)輪半徑， m； 質(zhì)量流量 （ 2 槳葉中的平均風(fēng)速等于輪前、輪后風(fēng)速的平均值 )(21 （ 2 從風(fēng)能中可能提取的能量 E 是進(jìn)出口風(fēng)的動(dòng)能差 )(41)(21)(21222222（ 2 已知輸入風(fēng)輪的能量為 21 （ 2 風(fēng)能利用系數(shù) p 輸入的風(fēng)能可能提取的風(fēng)能(2可能提取的能量 1 (2代入各值得 V 22p ( (2令 (2將式 2式 得風(fēng)能利用系數(shù) ),(2 )1)(1(2 (2買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 16 可由 式 2得風(fēng)輪 機(jī)風(fēng)能利用系數(shù) 進(jìn)口風(fēng)速令為零， 0 求得風(fēng)能利用系數(shù) 極大值時(shí)的輪后風(fēng)速 31,3 通過(guò)式 2得 風(fēng)能利用系數(shù) (2由式 2出最大理想可能利用的風(fēng)能為 m a x (2理想風(fēng)輪機(jī)的能量密度 m a x (2葉軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 葉軸危險(xiǎn)截面軸頸的計(jì)算 當(dāng)風(fēng)垂直吹過(guò)槳葉時(shí) 風(fēng)對(duì)槳葉軸的彎矩 M 由下式算得： 2 1 . 2 5 4 0 0 4 0 . 2 5 5 0 0F V A N （ 2 式中 F 風(fēng)對(duì)槳葉施加的力， N 風(fēng)的密度， 3/V 風(fēng)速， m/s A 槳葉面積， 2m 2 0 . 1 2 . 15 0 0 2 . 1 1 0 5 0 H N m （ 2 式中 H槳葉的一半到槳葉軸危險(xiǎn)截面的距離， m； M槳葉軸危險(xiǎn)截面處所受彎矩， ； 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 17 2. 72 217 H = 2 . 1 米0 . 2 5 米h=圖 2葉軸所受扭矩如下式： 21 . 2 5 2 0 4 0 . 0 7 1 4 00 . 1 2 51 4 0 0 . 1 2 5 1 7 . 5 h N m （ 2 式中 F槳葉偏心面積所受風(fēng)的吹力， N； h槳葉軸中心到槳葉偏心面積中心線的距離， m； T槳葉軸所受轉(zhuǎn)矩， ； 槳葉軸的危險(xiǎn)截面按彎扭合成強(qiáng)度條件校核見下式： 2222 2 2 236 5 0 /()1 . 7 0 . 1 6 5 0 1 1 0 . 5( ) 1 0 5 0 ( 0 . 6 1 7 . 5 )1 0 5 0 1 0 5 0 0 0 04 5 . 60 . 1Bc a m TN m N m m m 危險(xiǎn)截面軸頸 d 取 60中 B 許用抗拉強(qiáng)度極限， 2/ 彎扭合成強(qiáng)度， 2/ M 主軸彎矩， N； T 主軸扭矩， N； 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 18 當(dāng)剪應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)變力時(shí)為 W 危險(xiǎn)截面處的抗扭截面模量， 3 b 許用彎曲應(yīng)力， 2/ d 危險(xiǎn)截面軸頸， 槳葉軸各軸段軸頸的 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 計(jì)算 槳葉軸從左至右安裝零部件分別為： 槳葉軸復(fù)位斜板、槳葉軸支撐軸承座、軸套、光軸、軸向固定螺母、墊片、槳葉軸支撐軸承座、光軸、加強(qiáng)鈑金、槳葉夾槽。 所以軸頸分布如下： 圖 2葉軸軸頸分布 力發(fā)電機(jī)組的 功率調(diào)節(jié) 問題 功率調(diào)節(jié)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵技術(shù)之一。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在超過(guò)額定風(fēng)速（一般為 1216m/s；）以后，由于機(jī)械強(qiáng)度和發(fā)電機(jī)、電力電子容量等物理性能的限制，必須降低風(fēng)輪的能量捕獲，使功率輸出仍保持在額定值的附近。這樣也同時(shí)限制了槳葉承受的負(fù)荷和整個(gè)風(fēng)力機(jī)受到的沖擊，從而保證風(fēng)力機(jī)安全不受損害。功率調(diào)節(jié)方式主要有定槳 距失速調(diào)節(jié)、變槳距角調(diào)節(jié)和混合調(diào)節(jié)三種方式。 1） 定槳距失速調(diào)節(jié) 定槳距是指風(fēng)輪的槳葉與輪轂是剛性連接，葉片的槳距角不變。當(dāng)買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 19 空氣流流經(jīng)上下翼面形狀不同的葉片時(shí)，葉片彎曲面的氣流加速，壓力降低，凹面的氣流減速，壓力升高，壓差在葉片上產(chǎn)生由凹面指向彎曲面的升力。如果槳距角 不變，隨著風(fēng)速角 相應(yīng)增大，開始升力會(huì)增大，到一定攻角后，尾緣氣流分離區(qū)增大，形成大的渦流，上下翼 面壓力差減小，升力迅速減少，造成葉片失速（與飛機(jī)的機(jī)翼失速機(jī)理一樣），自動(dòng)限制了功率的增加。 輪回轉(zhuǎn)平面葉 型 弦 線F 風(fēng) 向攻 角 風(fēng)入口相對(duì)速度風(fēng) 速 V 角 轉(zhuǎn) 速轉(zhuǎn) 向圖 2 此，定槳距失速控制沒有功率反饋系統(tǒng)和變槳距角伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)，整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、部件少、造價(jià)低，并具有較高的安全系數(shù)。缺點(diǎn)是這種失速控制方式依賴育葉片獨(dú)特的翼型結(jié)構(gòu)，葉片本身結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成型工藝難度也較大。隨著功率增大，葉片加長(zhǎng)，所承受的氣動(dòng)推力大， 使得葉片的剛度減弱，失速動(dòng)態(tài)特性不易控制，所以很少應(yīng)用在兆瓦級(jí)以上的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率控制上。 2） 變槳距角調(diào)節(jié) 變槳距角型風(fēng)力發(fā)電機(jī)能使風(fēng)輪葉片的安裝角隨風(fēng)速而變化，風(fēng)速增大時(shí)，槳距角向迎風(fēng)面積減小的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，相當(dāng)于增大槳距角 ，從而減小攻角 ，風(fēng)力機(jī)功率相應(yīng)增大。 變槳距角機(jī)組啟動(dòng)時(shí)可對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，并網(wǎng)后可對(duì)功率進(jìn)行控制，使風(fēng)力機(jī)的啟動(dòng)性能和功率輸出特性都有顯著改善。變槳距角調(diào)節(jié)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)在陣風(fēng)時(shí)， 塔架、葉片、基礎(chǔ)受到的沖擊，較之失速調(diào)節(jié)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組要小得多，可減少材料，降低整機(jī)質(zhì)量。它的缺點(diǎn)是需要有一套比較復(fù)雜的變槳距角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，要求風(fēng)力機(jī)的變槳距角系統(tǒng)對(duì)陣風(fēng)的響應(yīng)速買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 20 度足夠快，才能減輕由于風(fēng)的波動(dòng)引起的功率脈動(dòng)。 3） 混合調(diào)節(jié) 這種調(diào)節(jié)方式是前兩種功率調(diào)節(jié)方式的組合。在低風(fēng)速時(shí)，采用變槳距角調(diào)節(jié)，可達(dá)到更高的氣動(dòng)效率；當(dāng)風(fēng)機(jī)達(dá)到額定功率后，使槳距角 向減小的方向轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，相應(yīng)的攻角 增大，使葉片的失速效應(yīng) 加深，從而限制風(fēng)能的捕獲。這種方式變槳距調(diào)節(jié)不需要很靈敏的調(diào)節(jié)速度，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功率相對(duì)可以較小。 風(fēng)輪 槳葉 的 復(fù)位彈簧 參數(shù) 計(jì)算 1） 當(dāng) 6 級(jí)風(fēng)時(shí) V 12m/s；此時(shí)槳葉所受力 22c o s 3 0 1 . 2 5 1 2 4 0 . 0 7 c o s 3 0 4 3 . 64 3 . 6 ( 0 . 0 7 0 . 0 3 5 ) 4 . 5 7 86 2 7 . 4 6 8F V A H N N m 總 （ 2 式中 V 風(fēng)速 m/s (給定值 ) ； A 槳葉的迎風(fēng)面積 2m ； H 槳葉軸作用點(diǎn)到槳葉受力中點(diǎn)的距離 m； T 槳葉受到的轉(zhuǎn)矩 。 取 L=20 12 7 . 4 6 8 1 3 7 3 . 40 . 0 2 總總 （ 2 式中 1P 彈簧最 小 工作載荷 N 2） 當(dāng) V 16m/s 時(shí) ， 此時(shí)槳葉所受力 22c o s 3 0 1 . 2 5 1 6 4 0 . 0 7 c o s 3 0 7 7 . 6F V A N （ 2 7 7 . 6 0 . 1 0 5 8 . 1 4 8T F H N m （ 2 1T T N m 6 = 4 8 . 8 8 8 （ 2 F 總 = 1 4 8 . 8 8 8 2 4 4 4 . 40 . 0 2T =2 式中 彈簧 最大 工作載荷 N 3） 工作行程 0 / （ 2 h= 0 20 （ 2 =1=35文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 21 0 3 4 . 6 4L = 2 0 m 2葉復(fù)位彈簧工作示意圖 he of of 簧類別 圓柱螺旋壓縮彈簧 端部結(jié)構(gòu) 端部并緊、磨平，支承圈為 1 圈 彈簧材料 碳素彈簧鋼絲 C 級(jí) 4） 初算彈簧剛度 P 1 2 4 4 4 . 4 1 3 7 3 . 4 3 0 . 635h （ 2 5） 工作極限載荷 類載荷；P 故 查表選 2簧有關(guān)參數(shù) of of D 8 40 32 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 22 6） 有效圈數(shù) n 632 2 0 . 73 0 . 6 ，按 表取標(biāo)準(zhǔn)值 n 22 （ 2 總?cè)?shù) 1n 1n 22+2=24 7） 彈簧剛度 P 632 2 8 . 7 322 N/ （ 2 8） 工作極限載荷下的變形量 4 . 1 5 6 9 1 . 4 3 2n f （ 2 9） 節(jié)距 t 9 1 . 4 3 28 1 2 . 1 5 622 （ 2 10） 自由高度02 8= （ 2 11） 彈簧外徑 2D 2D D+d=40+8=48 （ 2 12） 彈簧內(nèi)徑 1D 1D 4032 （ 2 13） 螺旋角 2 . 1 5 6a r c t a n 5 . 5 33 . 1 4 4 0（ 2 14） 展開長(zhǎng)度 L 1 3 . 1 4 4 0 2 4 3 0 2 8 . 5c o s c o s 5 . 5 3 （ 2 15） 最小載荷時(shí)高度 1H 110 1 3 7 3 . 42 7 9 . 4 3 2 2 7 9 . 4 3 2 4 4 . 8 8 2 3 4 . 5 5 23 0 . 6 （ 2 14） 最大載荷時(shí)的高度紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 23 0 2 4 4 4 . 42 7 9 . 4 3 2 1 9 9 . 53 0 . 6 （ 2 15） 極限載荷時(shí)的高度2 6 2 6 . 22 7 9 . 4 3 2 1 9 3 . 63 0 . 6 （ 2 16） 實(shí)際工作行程 h h= 1H 5 1 （ 2 17）工作區(qū)范圍 1 1 3 7 3 . 4 2 4 4 4 . 40 . 5 2 ; 0 . 9 3 12 6 2 6 . 2 2 6 2 6 . 2 （ 2 18） 高徑比 b b 0 2 7 9 . 4 3 2 6 . 9 940（ 2 該彈簧的技術(shù)要求： n 24 0 輪的 槳葉軸軸承座 上的螺栓強(qiáng)度校核計(jì)算 承座上 螺栓組 的布置問題 螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 采 用如圖所示的結(jié)構(gòu)，螺栓數(shù) z=4，對(duì)稱布置。 3 58 5買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 24 圖 2-8 螺栓的受力分析 和參數(shù)計(jì)算 1） 考慮在極限風(fēng)速 20m/s 時(shí)，螺栓組承受以下各力和翻轉(zhuǎn)力矩的作用： 軸向力 F = 2V 220 4 =433N （ 2 橫向力 R=F 離心 +G 槳葉 +G 槳葉軸 （ 2 G 槳葉 =V 槳葉 g= 2 0 . 2 1 0 . 0 4 5 9 4 1 0 9 9 . 8 N （ 2 式中 槳葉材料選用