風(fēng)力發(fā)電畢業(yè)設(shè)計

1、 農(nóng)業(yè)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書目錄第一章緒論.11.1 設(shè)計小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的依據(jù)和意義. .11.2 國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢. . 21.3 我國風(fēng)能利用存在問題. .21.4 國內(nèi)風(fēng)力發(fā)電前景. .3第二章小型風(fēng)力機(jī)設(shè)計制造的基本理論.42.1 小型風(fēng)力機(jī)的基本概念和性能. 42.1.1 風(fēng)力機(jī)的分類與特點(diǎn). 42.1.2 小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特性.42.1.3 小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的選擇與選址.62.2 風(fēng)力機(jī)葉片的設(shè)計與制作. 72.2.1 葉片設(shè)計的空氣動力學(xué)原理. 72.2.2 水平軸與垂直軸葉片設(shè)計方法的理論對比. . 8第三章小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的總體方案確定.103.1 總體方案

2、設(shè)計. .103.2 風(fēng)力機(jī)基本結(jié)構(gòu). 103.3 基本參數(shù)的選擇與計算. .103.3.1 設(shè)計前提條件. .103.3.2 基本參數(shù)的確定. 11第四章主要工作部件的參數(shù)選擇與計算.134.1 葉片裝置設(shè)計.134.1.2 葉片外形設(shè)計. .134.1.3計算葉片的實(shí)際安裝角 . .174.1.4 風(fēng)輪葉片在轉(zhuǎn)動中受力及風(fēng)輪軸受力分析. .214.2 調(diào)向裝置設(shè)計.234.3 調(diào)速裝置設(shè)計.24第五章傳動系統(tǒng)設(shè)計與計算.255.1 傳動特點(diǎn).255.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)總體及動力系統(tǒng)布置. .255.3 整機(jī)傳動參數(shù)設(shè)計.25第六章部分零件設(shè)計計算.296.1 圓柱斜齒輪傳動的幾何尺寸計算. .

3、296.1.1 選材料、熱處理方法、定精度等級. .296.1.2 按照接觸強(qiáng)度進(jìn)行初步計算. .296.1.3 齒根彎曲強(qiáng)度校核. .31第七章軸的設(shè)計與校核. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347.1 增速器低速軸各力計算.347.2 初步確定軸的最小直徑. .347.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計. .347.3.1 擬定軸上零件的裝配方案.347.3.2 根據(jù)軸的定位要求確定軸上各段直徑和長度. 357.3.3 求軸上載荷及軸的校核.36第八章技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析.388.1 生產(chǎn)成本概算. .388.2 項(xiàng)目未來市場分析

4、.398.3 項(xiàng)目的生態(tài)效果與社會效益評價. 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)計小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的依據(jù)和意義隨著人類對生態(tài)環(huán)境的要求和能源的需求，風(fēng)能的開發(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)能與太陽能是最具遠(yuǎn)大產(chǎn)業(yè)前景的行業(yè)。從我國現(xiàn)狀看，由于風(fēng)電處于快速發(fā)展的啟動期，更具備商業(yè)化條件。風(fēng)力發(fā)電與太陽能相比，在能量轉(zhuǎn)換率、發(fā)電時間、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。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期依賴化石燃料和核燃料

5、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，但在可預(yù)見的未來，風(fēng)電行業(yè)較光伏行業(yè)仍會具有低成本的優(yōu)勢，因而將獲得更快的發(fā)展速度。風(fēng)能利用就是將風(fēng)的動能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，再裝換成其他能量形式。風(fēng)的動能通過風(fēng)輪機(jī)裝換成機(jī)械能，再帶動發(fā)動機(jī)發(fā)電，轉(zhuǎn)換為電能。世界各國研制的風(fēng)力機(jī)的形態(tài)和種類很多，對于目前比較成熟的風(fēng)力機(jī)，通常可按主軸方向分為兩大類：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、傳動軸、齒輪變速箱、發(fā)電機(jī)、尾翼和塔架

6、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)行時有較高的風(fēng)能利用系數(shù)，但啟動風(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 國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢盡管 2003 年歐洲風(fēng)電裝機(jī)增長幅度有所放緩，年增幅由 02 年的 35降為23，不過隨著一些歐

7、洲國家海上風(fēng)電項(xiàng)目的發(fā)展，預(yù)計歐洲地區(qū)風(fēng)電裝機(jī)仍將維持快速增長的勢頭。美洲地區(qū)風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá) 690 萬千瓦，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，其它國家風(fēng)電裝機(jī)容量均很小。我國較大規(guī)模地開發(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，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)厝罕姷男枨螅⌒惋L(fēng)力發(fā)電機(jī)的研究和推廣得到了長足的發(fā)展，這對于解決邊遠(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，隨著

8、世界范圍內(nèi)對環(huán)境保護(hù)、全球溫室效應(yīng)的重視，各國都競相發(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 我國風(fēng)能利用存在的問題我國小型風(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)累計生產(chǎn)量293153 臺，總裝機(jī)容量達(dá)到98524千瓦，預(yù)計年發(fā)電量約9246 萬千瓦時。所生產(chǎn)的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由于價格低廉和性能可靠，還出口遠(yuǎn)銷到印尼，巴基斯坦，瑞典等23 個國家。但在巨大的產(chǎn)能數(shù)字背后，國內(nèi)小型風(fēng)力發(fā)電企業(yè)的

9、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)量差是另一個硬傷.國內(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個月之久;而且許多國產(chǎn)風(fēng)機(jī)在試運(yùn)行階段也都遇到了質(zhì)量問題,使工程難以正常運(yùn)轉(zhuǎn).國外零部件不符合國內(nèi)環(huán)境需求,價格也比國產(chǎn)同類產(chǎn)品高二到三成.國內(nèi)眾多的相關(guān)廠商在技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品升級上缺乏重視和投入，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)模和價格優(yōu)勢而缺乏技術(shù)含量和發(fā)展導(dǎo)向。因此，如何提高國內(nèi)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的技術(shù)含量，從而樹立我們自己民族的品牌是當(dāng)前擺在我們面前的一個重要問題。1.4 國內(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)

10、遇，在金融危機(jī)肆虐的不利環(huán)境中逆市上揚(yáng)，發(fā)展勢頭迅猛，截至2009年底，全國累計風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到25800兆瓦。中國風(fēng)力等新能源發(fā)電行業(yè)的發(fā)展前景十分廣闊，預(yù)計未來很長一段時間都將保持高速發(fā)展，同時盈利能力也將隨著技術(shù)的逐漸成熟穩(wěn)步提升。隨著中國風(fēng)電裝機(jī)的國產(chǎn)化和發(fā)電的規(guī)?；?，風(fēng)電成本可望再降。因此風(fēng)電開始成為越來越多投資者的逐金之地。風(fēng)電場建設(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)，市場前景看好。我國幅員遼闊，海岸線綿長，可開發(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家產(chǎn)業(yè)政策的推動下，我國風(fēng)電裝機(jī)容量迅速增長，風(fēng)電裝備制造業(yè)也快速發(fā)展，

11、產(chǎn)業(yè)體系已逐步形成。中國已經(jīng)成為世界風(fēng)能大國，正在向風(fēng)能強(qiáng)國轉(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

12、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、太陽能風(fēng)力透平、偏導(dǎo)器式。目前占市場主流的是水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，平時說的風(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)具有不用對風(fēng)向，無噪音，轉(zhuǎn)速低等優(yōu)點(diǎn)，但同時也存在起動風(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)

13、、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個葉片（大部分為23個葉片）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.但是總的說來，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，所有從葉片傳來的力，都將會通過輪轂傳遞到傳動系統(tǒng)，再傳到風(fēng)力機(jī)驅(qū)動的對象，同時輪轂也是控制葉片槳距（使葉片作俯仰轉(zhuǎn)動）的所在。輪轂要有足夠的強(qiáng)度，并力求結(jié)構(gòu)簡單。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俯仰轉(zhuǎn)動，這樣不但能簡化結(jié)構(gòu)，提高壽命，而

14、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)生磁場的形式不同，三相交流發(fā)電機(jī)有永磁式和勵磁式，它們所產(chǎn)生的三相交流電都要通過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，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)簡單、低速發(fā)電性能好等優(yōu)點(diǎn)。尤其是對周圍無線電設(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)輪和

15、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、脈動性，風(fēng)速時大時小，有時還會出現(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)速的增大而越來越高。這樣，葉片上產(chǎn)生的離心力會迅速加大，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，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)若要有一個穩(wěn)定的功率輸出，就必須設(shè)置調(diào)速機(jī)構(gòu)

16、。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，對于某一個風(fēng)輪，當(dāng)它垂直風(fēng)向時（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，所捕獲的風(fēng)能相對就少；當(dāng)風(fēng)輪與風(fēng)向平行時，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)對于小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)來說，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)

17、力發(fā)電機(jī)工作時，尾翼板始終順著風(fēng)向，也就是與風(fēng)向平行。這是由尾翼梁的長度和尾翼板的順風(fēng)面積決定的，當(dāng)風(fēng)向偏轉(zhuǎn)時尾翼板所受風(fēng)壓作用而產(chǎn)生的力矩足以使機(jī)頭轉(zhuǎn)動，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)輪臨時性停車（停止旋轉(zhuǎn)）。如遇到特大風(fēng)時可緊急使風(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)有計劃地停止轉(zhuǎn)動等，可通過手剎車機(jī)構(gòu)使風(fēng)輪剎車，或使風(fēng)輪偏轉(zhuǎn)與尾翼板平行。為了簡化結(jié)構(gòu)，有些小型風(fēng)

18、力發(fā)電機(jī)沒有設(shè)置手剎車機(jī)構(gòu)，但為實(shí)現(xiàn)臨時停車，大多在尾翼端部系一根尼龍繩擺動尾翼，使風(fēng)輪偏轉(zhuǎn)離開迎風(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。這時，塔架承受兩個載荷：一個是風(fēng)力發(fā)電機(jī)重力，向下壓在塔架上；一個是阻力，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)百瓦級的大多采用空心、立柱拉索式千瓦級的采用空心立柱式，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，同時還必須考慮成本。引起塔架破壞的

19、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)電場選址與傳統(tǒng)的發(fā)電廠選址時不同，風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量取決于風(fēng)電場位置及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的布置，風(fēng)電場選址是一個系統(tǒng)而復(fù)雜的問題。通常，風(fēng)電場選址包括宏觀選址和微觀選址。宏觀選址是從一個較大的地區(qū)（從幾十平方公里到幾十萬平方公里的范圍），對氣象條件（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，選擇一個風(fēng)能資源豐富、而且最有利用價值的小區(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)，使整個風(fēng)電場具有較好的

20、經(jīng)濟(jì)效益。一般，風(fēng)電場選址需要兩年時間，國內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)表明，由于風(fēng)電場選址的失誤造成發(fā)電量損失和增加維修費(fèi)用將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對場址進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查的費(fèi)用。因此，風(fēng)電場選址對于風(fēng)電場的建設(shè)是至關(guān)重要的。如何選擇小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的合適安裝場址是一個要考慮多方面因素的問題，不過一般來說，選址應(yīng)考慮的主要因素就是對重要的風(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?。槐M可能少的

21、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)計與制作2.2.1 葉片設(shè)計的空氣動力學(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)輪流動模型可簡化成一個單元流管；風(fēng)輪沒有錐角、傾角和偏角，這時風(fēng)輪可簡化成一個平面槳盤；風(fēng)輪葉片旋轉(zhuǎn)時沒有摩擦阻力；風(fēng)輪前未受擾動的氣流靜壓和風(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)

22、的最大值為：C p= 16/270.593。這就是著名的貝茲極限值，它說明風(fēng)力機(jī)從風(fēng)流場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)動能。有這個極限值可以確定無論何種類型的風(fēng)力機(jī)，其實(shí)際風(fēng)能利用率一定低于0.593。（2）通過渦流理論我們可以知道，對于有限長的葉片，在風(fēng)輪葉片的下游存在著尾跡渦流，它形成兩個主要的渦流區(qū)：一個在輪轂附近，另外一個在葉尖出。當(dāng)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)的時候，通過每個葉片尖部的氣流的軌跡為一螺旋線，因此，每個葉片的尾跡渦形成一螺旋形。在輪轂附近也存在同樣的情況，每個葉片都對輪轂渦流的形成產(chǎn)生一定的作用。此外，為了確定速度場，可將各葉片的作用以一邊界渦流代替。對

23、于空間某一給定點(diǎn)，其風(fēng)速可認(rèn)為是由非擾動的風(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渦流系統(tǒng)疊加的結(jié)果：中心渦，集中在轉(zhuǎn)軸上；每個葉片的邊界；每個葉片尖部形成的螺旋渦。（3）葉素理論將葉片看成由連續(xù)布置的若干多個葉片微段組成。而每一個葉片微段都可稱為葉素。我們先假設(shè)每個微段之間沒有干擾，那么葉素本身可以看成一個二元翼型。垂直軸風(fēng)輪的氣動性能理論沒有像水平軸風(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)測垂直軸風(fēng)輪氣動性能的模型是“單流管模型”，該理論假設(shè)風(fēng)輪被包含在一個流管中，當(dāng)流管通過風(fēng)輪時，風(fēng)輪上風(fēng)速處處相等，即風(fēng)輪掃掠的整個體積上，誘導(dǎo)速度均勻不變，根據(jù)動量

24、理論，風(fēng)輪上的阻力等于通過風(fēng)輪氣流的動量變化率，然后將流管中風(fēng)輪處風(fēng)速表示為未擾動風(fēng)速的函數(shù)。 在估算小載荷葉片的總體性能時，運(yùn)用單流管方法效果較好，但如果要考慮到通過風(fēng)輪的風(fēng)速變化以及來流剪切的影響時就不行了。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，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，在每一個流管內(nèi)運(yùn)用動量理論和貝茲理論推導(dǎo)出葉片的氣動性能關(guān)系式。再通過積分得出整個風(fēng)輪的氣動性能曲線。2.2.2 水平軸與垂直軸葉片設(shè)計方法的理論對比水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片設(shè)計目前普遍采用的是動量葉素理論

25、。但是由于葉素理論忽略了各葉素之間的流動干擾，同時在應(yīng)用葉素理論設(shè)計葉片時都忽略了翼型的阻力，這種簡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，這種簡化對葉片外形設(shè)計的影響較小，但是對風(fēng)輪的風(fēng)能利用率影響較大。同時，風(fēng)輪各葉片之間的干擾也十分強(qiáng)烈，整個流動非常復(fù)雜，如果僅僅依靠葉素理論是完全沒有辦法得出準(zhǔn)確結(jié)果的。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片設(shè)計以前也是按照水平軸的方法，依靠葉素理論來設(shè)計。由于垂直軸風(fēng)輪的流動比水平軸更加復(fù)雜，是典型的大分離非定常流動，不適合用葉素理論進(jìn)行分析、設(shè)計，這也是垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)長期得不到發(fā)展的一個重要原因。隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，計算流體力學(xué)得到了長足的進(jìn)步，從最

26、初的小擾動速勢方程，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。對于垂直軸風(fēng)輪的葉片，已經(jīng)可以用CFD方法來設(shè)計，這無疑要比葉素理論精確的多。而水平軸葉片的設(shè)計還沒有辦法應(yīng)用CFD方法來設(shè)計，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截面的扭角，弦長以及尖速比都不同，如果要用CFD模擬的話，就必須采用三維模型，這樣計算網(wǎng)格至少要100萬個，整個計算量就會大大增加。而垂直軸就完全不一樣（僅限于Darrieus式H型風(fēng)輪），葉片的每個截面都一樣，這樣就能簡化成二維情況，網(wǎng)格數(shù)大大下降，計算量也隨之下降，一般模擬一個工況只需要4個小時。從設(shè)計方法

27、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)計本次畢業(yè)設(shè)計課題題目為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)計了俯仰調(diào)速裝置，這樣在風(fēng)速改變時能夠在一定程度上保證功率的恒定。整個機(jī)組性能穩(wěn)定可靠，安裝維修方便。其啟動風(fēng)速較低為3m/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)的作用下帶動風(fēng)輪進(jìn)行轉(zhuǎn)動，但是由于這一轉(zhuǎn)速較

28、低不能用來帶動發(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)力較大時通過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)的選擇與計算3.3.1 設(shè)計前提條件根據(jù)調(diào)查取平均風(fēng)速10m/s 為設(shè)計風(fēng)速，啟動風(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。

29、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Ne（w）可由下式求出：Ne=12CpAV3 (3-1)式中：Cp 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(1)風(fēng)力機(jī)功率的計算發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率為400W，其中要經(jīng)過聯(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 Ne=12CpAV3 ，故風(fēng)

30、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，便可計算出風(fēng)輪直徑： D=2A=22.7173=1.86mD=2.4m，則R=1.2m。（4）風(fēng)輪轉(zhuǎn)速n 的計算及增速比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 i=n0n=500397.89=1.257 =Cp.i.k=0.360.9220.71=0.23NV=Ne=4000.236=1694.92w風(fēng)輪功率 N=Nv.CP=1694.920.36=610W。38第四章 主要工作部件的參數(shù)選擇與計算4.1 葉片裝置設(shè)計4.1.1 葉片剖面翼型葉片翼型基本上可

31、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，它的迎角在整個葉片上是一樣的，效率也不高，但結(jié)構(gòu)簡單，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，必須注意到翼型的升阻比。從理論上說，

32、升阻比L/D越大越好，但升阻比大到一定程度時，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)計決定采用美國經(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)計葉片翼型，其橫截面近似成流線型。4.1.2 葉片外形設(shè)計下面利用日本學(xué)者牛山泉等提出的圖解法設(shè)計螺旋槳式葉片的外形。根據(jù)前面計算已確定該方案為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，長度為m，并等分成若干份，現(xiàn)按十份等分，各個位置間距為0.12m，計算出各個位置上的周速比。以式計算如下：1位置: 2位置: 3位置: 4位置: 5位置: 6位置: 7位置: 8位置:

33、 9位置: 10位置: 第二步：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，可使此處的值略小一些，光滑過渡即可。第三步：計算各位置的翼型弦長各位置弦長與周速比的關(guān)系查可再生能源及其發(fā)電技術(shù)。對于3葉片風(fēng)輪計算如下：1位置： ，查得：，（插值） 2位置： ，

34、查得：，（插值） 3位置： ，查得：，（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：把各個位置的弦長連接起來便得到了葉片受風(fēng)平面展開形狀。再按各個位置上的攻角a 值，把這個平面形狀“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)計圖4.1.3 計算葉片的實(shí)際安裝角上面所求的對應(yīng)于不同的為葉片的相對迎風(fēng)角，葉片處的實(shí)際安裝角應(yīng)為相對迎風(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

35、從轉(zhuǎn)動中心至葉尖不同位置的半徑所對應(yīng)的葉片實(shí)際安裝角；（）處所對應(yīng)的葉片相對迎風(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； （m）Sy葉片面積； （m2）R風(fēng)輪轉(zhuǎn)動半徑。（m）綜合前面計算的弦長取 Lm 0.15m，已知R1.1m，則： 根據(jù)所選翼型查圖 44 取升阻比最佳值，再按升阻比最佳值在圖

36、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，不能變動葉片安裝角。變槳距葉片就是葉片用可轉(zhuǎn)動的軸安裝在輪轂上，輪轂上安裝的幾個葉片可同步轉(zhuǎn)動以改變?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。4.1.4 風(fēng)輪葉片在轉(zhuǎn)動中受力及風(fēng)輪軸受力分析葉片在

37、轉(zhuǎn)動的過程中受到空氣總動力 F 的作用，這個總動力可分解為葉片的升力FL 和對葉片的阻力FD ，葉片自身具有重量G 及質(zhì)量G/g，在轉(zhuǎn)動中產(chǎn)生離心力Fg ，這些力對葉片、風(fēng)輪軸均會產(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)計葉片時，不僅要對葉片結(jié)構(gòu)尺寸、翼型、安裝角進(jìn)行計算確定，還要對上述葉片在轉(zhuǎn)動中受到的力及彎矩進(jìn)行分析計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)動中心的距離；（m）g-重力加速度（玻璃鋼密度為：

38、1.4kg / ，估計單葉片重量G（假設(shè)葉片厚5mm，長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 對葉片縱梁的彎矩ML （亦是升力對風(fēng)輪軸的轉(zhuǎn)矩）為： （4-7）6） 阻力FD對葉片縱梁的彎矩MD 為： （4-8）7） 離心力對風(fēng)輪軸的彎矩:只要葉片安裝得對稱且各葉片重量相等，各葉片質(zhì)心到葉片轉(zhuǎn)動中心距 r 相等，則風(fēng)輪軸受到離心力彎矩為零。8) 風(fēng)輪葉片軸向推力計算的經(jīng)驗(yàn)公式在丹麥（Gedser）風(fēng)力機(jī)上測得的結(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

39、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，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，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)時所受到的阻力可由下面的經(jīng)驗(yàn)公式計算得出：（4-13）葉片運(yùn)轉(zhuǎn)時所受到的阻力矩： （4-14）式中：r-阻力作用中心至葉片轉(zhuǎn)動中

40、心的距離；（m）計算系數(shù)阻力對葉片縱梁的彎矩；（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)著葉片受力對葉片縱梁的彎矩和拉力，同時由于葉片縱梁不可能通過葉片翼型受力中心，所以葉片受力對葉片縱梁有個扭矩，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；（m）葉片縱梁中心至葉片后緣的弦長；（m）葉片翼型安裝角。（）4.2 調(diào)向裝置設(shè)計風(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，對于某一個風(fēng)輪，當(dāng)它垂直風(fēng)向時（正面迎風(fēng)）捕獲的風(fēng)

41、能就多；而當(dāng)它不是正面迎風(fēng)時，所捕獲的風(fēng)能相對就少；當(dāng)風(fēng)輪與風(fēng)向平行時，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)對于小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)來說，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，尾翼板始終順著風(fēng)向，也就是與風(fēng)向平行。這是由尾翼梁的長度和尾翼板的順風(fēng)面積決定的，當(dāng)風(fēng)向偏轉(zhuǎn)時尾翼板所受風(fēng)壓作用而產(chǎn)生的力矩足以使機(jī)頭轉(zhuǎn)動，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，但為了避開風(fēng)輪的尾

42、流區(qū)，也有把尾翼安裝在很高位置上。1）尾舵的長度和面積尾舵長度按下式取值: （4-16）設(shè)轉(zhuǎn)動著的風(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，對多葉片風(fēng)輪，取= 0.1A ，對 23 葉片風(fēng)輪，取= 0.04A，對本方案而言取 。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)過了老式、改進(jìn)式和新式。其中新式是最好的，它對風(fēng)向變化敏感、跟蹤快，翼展和弦長之比可取具體到本方案取。由前面計算可知，可求得：h=0.6m, b=0.3m4.3 調(diào)速裝置設(shè)計對于本次畢業(yè)設(shè)計仰俯調(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

43、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)，通過嚴(yán)格的設(shè)計和試驗(yàn)確定，不可隨意變動。當(dāng)風(fēng)速還沒有達(dá)到限速風(fēng)速時，風(fēng)輪將在尾翼的作用下處在正對風(fēng)向的位置，也就是工作的位置。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到或超過限速風(fēng)速時，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)一個角度，使之與尾翼（調(diào)向機(jī)構(gòu)）靠近。此時由于風(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，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)速或超過剎車風(fēng)速時，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

44、轉(zhuǎn)動，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實(shí)現(xiàn)的，也就是當(dāng)風(fēng)速減小到低于限速風(fēng)速時，彈簧或配重將拉著機(jī)頭回到原來的位置。 第五章 傳動系統(tǒng)設(shè)計與計算5.1 傳動特點(diǎn) 為了使傳動更加平穩(wěn)擬采用圓柱斜齒輪作為傳動主要零件，同時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)總體及動力系統(tǒng)布置本次設(shè)計決定采用“一字型”總體布置方案作為設(shè)計方案。（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)是對中性好，負(fù)載分布均勻；其缺點(diǎn)是占軸線長，可能導(dǎo)致主軸過短，主軸承載荷較大，

45、但對于小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)而言，過載的可能性很小。5.3 整機(jī)傳動參數(shù)設(shè)計發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率為400W，其中要經(jīng)過聯(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Ne=12CpAV3，故風(fēng)輪掃掠面積A為：求出風(fēng)輪掃掠面積A后，便可計算出風(fēng)輪直徑：D=2A=22.7173=1.86m 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 i=n0n=500397.89=1.257 =Cp.i.k=0.360.9220.71=0.23NV=Ne=4000.236=1694.92w風(fēng)輪功率 N=Nv.CP=1694.920.36=610W。 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)計計算使用:表5-1 總體動力參數(shù)第六章 部分零件的設(shè)計