風(fēng)力液動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)

1、前言風(fēng)能利用已有數(shù)千年的歷史，在蒸汽機(jī)發(fā)明以前，風(fēng)帆和風(fēng)車是人類生產(chǎn)和生活的重要?jiǎng)恿ρb置。埃及被認(rèn)為可能是最先利用風(fēng)能的國家，約在幾千年以前，他們就開始用風(fēng)帆來幫助行船。波斯和中國也很早開始利用風(fēng)能，主要使用垂直軸風(fēng)車。從現(xiàn)在的能源角度來說，對風(fēng)能的利用更具有了時(shí)代意義。首先風(fēng)能是一種干凈的、儲(chǔ)量極為豐富的可再生能源，它和存在于自然界的礦物燃料能源，如煤、石油、天然氣等不同，它不會(huì)隨著其本身的轉(zhuǎn)化和利用而減少，因此也可以說是一種取之不盡、用之不竭的能源；而煤、石油、天然氣等礦物燃料能源，其儲(chǔ)量將隨著利用時(shí)間的增長而日趨減少。礦物燃料在利用過程中會(huì)帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，如空氣中的等氣體的排放量

2、的增長導(dǎo)致了溫室效應(yīng)、酸雨等現(xiàn)象的產(chǎn)生。因此自20世紀(jì)70年代末以來，隨著世界各國對環(huán)境保護(hù)、能源短缺及節(jié)能等問題的日益關(guān)注，認(rèn)為大規(guī)模利用風(fēng)力發(fā)電是減少空氣污染、減少有害氣體（等）排放氣體的有效措施之一2。大自然的風(fēng)完全不用進(jìn)口，是地道的自產(chǎn)能源，多加利用可減低對進(jìn)口石油、煤炭等化石能源的依賴，促進(jìn)能源來源多元化，在國家安全上也有其戰(zhàn)略意義。在經(jīng)濟(jì)社會(huì)層面，風(fēng)力發(fā)電可制造工作機(jī)會(huì)，從零組件的生產(chǎn)、運(yùn)輸、組裝、維護(hù)等，皆為設(shè)置風(fēng)力發(fā)電機(jī)當(dāng)?shù)貛硐喈?dāng)?shù)木蜆I(yè)機(jī)會(huì)與新的產(chǎn)業(yè)。德國、丹麥、西班牙、英國、荷蘭、瑞典、印度加拿大等國在風(fēng)力利用技術(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

3、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)建立了評估風(fēng)力資源的測量及計(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)控制的單臺及多臺風(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3。因此，本文基于風(fēng)力機(jī)的無污染和資源豐富等各種優(yōu)點(diǎn)，通過對風(fēng)力液動(dòng)機(jī)風(fēng)輪部分槳葉、槳葉軸、復(fù)位彈簧等以及主軸、回轉(zhuǎn)體的設(shè)計(jì)，并通過選擇對應(yīng)的增速器、液壓泵、液壓馬達(dá)等液動(dòng)系統(tǒng)原件，以達(dá)到通過風(fēng)力液動(dòng)機(jī)的將風(fēng)能轉(zhuǎn)

4、化為其他機(jī)械能的目的。1 緒論 本章重點(diǎn)在于對風(fēng)動(dòng)機(jī)的基本特征進(jìn)行分析，研究風(fēng)能的特點(diǎn)及并對其產(chǎn)生進(jìn)行分析，研究對風(fēng)能利用的原理，進(jìn)一步說明對風(fēng)能利用的必要性，最后介紹世界風(fēng)動(dòng)機(jī)發(fā)展的特點(diǎn)。1.1 風(fēng)能的產(chǎn)生和特點(diǎn)由于太陽輻射造成地表面受熱不均引起大氣溫度、密度和壓力差別產(chǎn)生了風(fēng)。風(fēng)能是地球表面空氣從壓力高的地方向壓力低的地方移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)能，風(fēng)能資源是經(jīng)過測在量和質(zhì)上可供人類開發(fā)利用的風(fēng)能。風(fēng)能的大小用風(fēng)功率密度來度量，它與風(fēng)速的立方和空氣密度成正比2。太陽輻射的能量在地球表面約有2%轉(zhuǎn)化為風(fēng)能。根據(jù)荷蘭和美國對風(fēng)能資源的研究，考慮城鎮(zhèn)、森林、復(fù)雜地形、交通困難的山區(qū)及社會(huì)環(huán)境的制約，如景觀

5、和噪音影響等，取具有風(fēng)能資源土地面積的4%推算，可利用的風(fēng)能資源儲(chǔ)量估計(jì)約96億kW或18.7萬億kWh/a。另外，海岸線附近的淺海區(qū)域也有非常豐富的風(fēng)能資源，且平均風(fēng)速大、湍流小，僅歐盟國家沿岸的海上風(fēng)能資源估計(jì)約3萬億kWh/a，比歐盟12國目前的年用電量2萬億kWh還大，如按年滿功率發(fā)電2 500h計(jì)劃，則裝機(jī)容量可達(dá)12億kW。1.2 風(fēng)動(dòng)機(jī)對風(fēng)能的利用風(fēng)動(dòng)機(jī)并不能將所有流經(jīng)的風(fēng)力能源轉(zhuǎn)換成電力，理論上最高轉(zhuǎn)換效率約為59%，實(shí)際上大多數(shù)的葉片轉(zhuǎn)換風(fēng)能效率約介于3050%之間，經(jīng)過機(jī)電設(shè)備轉(zhuǎn)換成電力能或其他機(jī)械能后的總輸出效率則約介于2045%。鑒于水平軸式擁有較高機(jī)械效率，現(xiàn)代風(fēng)動(dòng)機(jī)

6、多為水平軸式。并且采用后背式輪轂設(shè)計(jì)，這樣可以省去尾翼3。風(fēng)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能輸出與風(fēng)的速度非常有關(guān)，葉片能自風(fēng)獲得之能量與風(fēng)速的三次方成正比，一般市場上風(fēng)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)風(fēng)速約介于2.54m/s，于風(fēng)速1215m/s時(shí)達(dá)到額定的輸出容量，風(fēng)速更高時(shí)風(fēng)動(dòng)機(jī)的控制機(jī)構(gòu)將電力輸出穩(wěn)定在額定容量左右，為避免過高的風(fēng)速損壞發(fā)電機(jī)，大多于風(fēng)速達(dá)2025m/s范圍內(nèi)停機(jī)。一般采用旋角節(jié)制或失速節(jié)制方式來調(diào)節(jié)葉片之氣動(dòng)性能及葉輪之輸出。除了風(fēng)速外，葉輪直徑?jīng)Q定了可獲取風(fēng)能的多少，約與葉輪直徑平方成正比，以目前商業(yè)化的中、大型風(fēng)動(dòng)機(jī)為例，容量600kW的機(jī)組其葉輪直徑約45m左右，1000kW的機(jī)組葉輪直徑約55m左右，

7、2000kW的機(jī)組葉輪直徑則約75m左右，依型號各異。葉片的數(shù)量也影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出，一般而言多葉片的風(fēng)車效率較低但機(jī)械力矩較高；少葉片型(13葉片)效率較高而力矩較低，其中又以2葉及3葉效率較高。此外，現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片多采用機(jī)翼型，以更有效的攝取風(fēng)能2。1.3 世界風(fēng)電技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)1）風(fēng)動(dòng)機(jī)單機(jī)大型化風(fēng)動(dòng)機(jī)單機(jī)容量不斷增加是風(fēng)電技術(shù)的顯著特點(diǎn)之一。商業(yè)風(fēng)動(dòng)機(jī)平均單機(jī)容量從1982年為55kw到2002年約為1100kw，20年增加了近20倍。隨著技術(shù)的逐漸成熟早年多樣化的設(shè)計(jì)理念也趨向統(tǒng)一。單機(jī)容量大，有利于降低每千瓦的制造成本；而且大型機(jī)組采用更高的塔架，有利于捕獲風(fēng)能，50m高度

8、捕獲的風(fēng)能要比30m高度處多20%。目前，商業(yè)化機(jī)組的單機(jī)容量已達(dá)3.6MW。2）變速恒頻機(jī)組將成為主流機(jī)型目前，世界各地風(fēng)電場的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，絕大多數(shù)為恒速運(yùn)行機(jī)組。隨著控制技術(shù)的發(fā)展和變速恒頻機(jī)組的應(yīng)用，風(fēng)力機(jī)開始改恒速運(yùn)行為變速運(yùn)行，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速變化，在低于額定風(fēng)俗的相當(dāng)大范圍內(nèi)保持最佳葉尖速比已獲得最大風(fēng)能。3）重量更輕、結(jié)構(gòu)更具柔性隨著風(fēng)動(dòng)機(jī)葉片的增長，其單位功率的重量更輕、結(jié)構(gòu)更柔性。葉片材料由玻璃纖維增強(qiáng)樹脂發(fā)展為強(qiáng)度高、質(zhì)量輕的碳纖維。同時(shí)，針對風(fēng)動(dòng)機(jī)的空氣動(dòng)力環(huán)境，風(fēng)動(dòng)機(jī)專用新翼型也得到廣泛應(yīng)用，大大改善葉片的氣動(dòng)性能。4）海上風(fēng)力發(fā)電迅速發(fā)展由于海上風(fēng)力資源比陸地上好，風(fēng)

9、速比沿岸路上約高25%，且海面粗糙度小，海上風(fēng)場湍流強(qiáng)度小，具有穩(wěn)定的主導(dǎo)風(fēng)向，減少機(jī)組疲勞載荷，延長使用壽命3。2風(fēng)力液動(dòng)機(jī)風(fēng)輪的設(shè)計(jì)風(fēng)輪機(jī)是一種葉片式機(jī)械，風(fēng)輪機(jī)的槳葉與機(jī)翼類似，可用機(jī)翼升力理論描述。風(fēng)輪機(jī)的風(fēng)能轉(zhuǎn)換有效性特性，用風(fēng)能高速特性曲線來描述，風(fēng)能利用系數(shù)相當(dāng)于風(fēng)輪機(jī)的效率，葉尖風(fēng)速比相當(dāng)于風(fēng)輪機(jī)的速比，是風(fēng)力機(jī)最重要的參數(shù)2。2.1 基礎(chǔ)理論2.1.1 風(fēng)場的風(fēng)速資料風(fēng)場的風(fēng)速資料是設(shè)計(jì)風(fēng)輪機(jī)最基本的資料。風(fēng)場的實(shí)際風(fēng)速是隨時(shí)間不斷變化的量，因此風(fēng)速一般用瞬時(shí)風(fēng)速和平均風(fēng)速來描述。瞬時(shí)風(fēng)速是短時(shí)間發(fā)生的實(shí)際風(fēng)速，也稱有效風(fēng)速，平均風(fēng)速是一段較長時(shí)間內(nèi)瞬時(shí)風(fēng)速的平均值3。表2-

10、1 蒲福風(fēng)力等級表Table 2 -1 Bofu wind scale風(fēng)力等級名稱相當(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)Calm0.00.20靜、煙直上1軟風(fēng)Light air0.31.51煙能表示風(fēng)向，樹葉略有搖動(dòng)2輕風(fēng)Light breeze1.63.32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)Gentle breeze3.45.44樹葉及小枝搖動(dòng)不息，旗子展開，高的草搖動(dòng)不息4和風(fēng)Moderate breeze5.57.97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)Fresh breeze8.010.79有葉的小樹搖擺，內(nèi)

11、陸的水面有小波，高的草波浪起伏明顯6強(qiáng)風(fēng)Strong breeze10.813.812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)Near gale13.917.116大樹搖動(dòng)，大樹枝彎下來，迎風(fēng)步行感覺不變8大風(fēng)Gale17.220.720可折毀小樹枝，人迎風(fēng)前行感覺阻力甚大9烈風(fēng)Strong gale20.824.423草房遭受破壞，屋瓦被掀起，大樹枝可折斷10狂風(fēng)Storm24.528.426樹木可被吹倒，一般建筑物遭破壞11暴風(fēng)Violent storm28.532.631大樹可被吹倒，一般建筑物遭嚴(yán)重破壞12颶風(fēng)Hurricane32.633陸上少見，其摧毀力極大某地

12、一年內(nèi)發(fā)生同一風(fēng)速的小時(shí)數(shù)與全年小時(shí)數(shù)（8760h）的比稱為該風(fēng)速的風(fēng)速頻率，它是風(fēng)能資源和風(fēng)能電站研究報(bào)告的基本數(shù)據(jù)。風(fēng)速與地形、地勢、高度、建筑物等密切相關(guān)，風(fēng)能槳葉高度處的風(fēng)速才是風(fēng)輪設(shè)計(jì)風(fēng)速，風(fēng)的變化是隨機(jī)的，任意地點(diǎn)的風(fēng)向、風(fēng)速和持續(xù)的時(shí)間是變化的。因此，設(shè)計(jì)風(fēng)輪機(jī)電站還要有風(fēng)速隨高度變化的資料2。2.1.2風(fēng)能、風(fēng)的能量密度風(fēng)是空氣，空氣可視為理想氣體，滿足狀態(tài)方程 （2-1）式中 大氣壓，； v 空氣比容， ； R 普適氣體恒量，1mol任何氣體 J/mol=0.082Latm/mol； T 華氏溫度，K。根據(jù)空氣狀態(tài)方程可計(jì)算風(fēng)場的空氣密度。空氣密度與風(fēng)的能量密度、風(fēng)輪機(jī)功率成

13、正比，是風(fēng)力發(fā)電場計(jì)算的重要參數(shù)3。由狀態(tài)方程（2-1），可求得空氣比容，以及密度 （2-2） 例如大氣溫度為15、大氣壓力為1ata（1ata=1.033 ）的空氣密度為2.2 風(fēng)輪槳葉選材及設(shè)計(jì)水平軸風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪一般由13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。葉片選用實(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，以防雨水和塵土對木材的侵蝕2。2.2.1 槳葉材料的選用根據(jù)需要，槳葉材料的選用落葉松，產(chǎn)地東北，。表2-1 木材參數(shù)Tab.2-1 Table of the parameter of lumber順紋抗壓強(qiáng)度順紋抗拉強(qiáng)度強(qiáng)度

14、極限彈性模數(shù)順紋抗剪52.2122.699.3126徑向弦向8.87.02.2.2 槳葉整體設(shè)計(jì)1）掃掠半徑任何種類風(fēng)力機(jī)產(chǎn)生的功率可用下式表示：風(fēng)輪機(jī)功率 P= （2-3）風(fēng)輪半徑 （2-4）取葉尖速比 （2-5）風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)速 n= （2-6）式中 P輸出功率（指額定工況下輸出的電功率）（W）；P=25KW（給定值）空氣密度（一般取大氣標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）（kg/）; =1.25 kg/（給定值） 設(shè)計(jì)的風(fēng)速（風(fēng)輪中心高度處）（m/s）; =10m/s（給定值） A風(fēng)輪掃掠面積 ;風(fēng)能利用系數(shù)；0.45 （給定值）n風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)速；n=50r/min （給定值）u葉尖每分鐘轉(zhuǎn)過的距離，m。2）半徑分配根據(jù)實(shí)

15、際需要，以及考慮槳葉軸的擺放，圓盤輪轂半徑取0.6m，圓盤輪轂與槳葉間距取0.1m則槳葉長度槳葉初步擬定為長方體，則槳葉的體積為V=4.80.240.06=0.069則槳葉的質(zhì)量為 M2.3 槳葉軸設(shè)計(jì)考慮風(fēng)對槳葉的作用，對槳葉軸同時(shí)產(chǎn)生彎矩和扭矩，槳葉軸在槳葉1/3處進(jìn)行連接，對槳葉軸進(jìn)行設(shè)計(jì)3。1）風(fēng)對槳葉軸的彎矩M （2-7）式中 F風(fēng)對槳葉施加的對槳葉軸產(chǎn)生彎曲的力，N風(fēng)的密度，風(fēng)速取最大值20m/s槳葉面積，。 （2-8）式中 H彎曲力的力臂長度，m 槳葉長度的一半，m 槳葉末端到第一個(gè)軸承座的距離，m。2）槳葉軸扭矩計(jì)算： （2-9）式中 F風(fēng)對槳葉施加的對槳葉軸產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)的力，N

16、h扭轉(zhuǎn)力的力臂長度，m 槳葉軸寬度的1/3，m 槳葉軸寬度的1/3的一半，m。 圖 2-1 槳葉軸聯(lián)接部分 Fig.2-1 The link part of oar shaft3）槳葉軸危險(xiǎn)截面軸頸的計(jì)算考慮風(fēng)能對槳葉施加的對槳葉軸產(chǎn)生的彎矩和扭矩，槳葉軸的危險(xiǎn)截面軸頸應(yīng)為圓盤輪轂上第一個(gè)軸承座的中間處，其 （2-10） （2-11） （2-12）式中 計(jì)算彎矩 根據(jù)轉(zhuǎn)矩所產(chǎn)生應(yīng)力的性質(zhì)而定的應(yīng)力校正系數(shù)。 脈動(dòng)變化的轉(zhuǎn)矩， 許用彎曲應(yīng)力， 脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力， 對稱循環(huán)應(yīng)力，。 危險(xiǎn)截面軸頸d取60mm4）則根據(jù)設(shè)計(jì)要求槳葉軸軸從0左至右安裝零部件：槳葉軸復(fù)位斜板、槳葉軸支撐軸承座、軸套、軸向固定

17、螺母、墊片、槳葉軸支撐軸承座、光軸、加強(qiáng)鈑金、槳葉夾槽2。 圖 2-2 槳葉軸Fig.2-2 The oar shaft則槳葉軸的體積為V0.0013492.4 槳葉軸末端擋板的復(fù)位彈簧設(shè)計(jì)2.4.1 風(fēng)動(dòng)機(jī)的功率調(diào)節(jié)功率調(diào)節(jié)是風(fēng)力機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)之一。風(fēng)力機(jī)在超過額定風(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

18、與輪轂是剛性連接，葉片的槳距角不變。當(dāng)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)速增加，攻角相應(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。因此，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

19、，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)可對轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，并網(wǎng)后可對功率進(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)

20、對陣風(fēng)的響應(yīng)速度足夠快，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)的功率相對可以較小3。 本文采用變槳距角調(diào)節(jié)的方式來調(diào)節(jié)風(fēng)力液動(dòng)機(jī)的功率，通過在槳葉軸末端安裝復(fù)位彈簧，達(dá)到變槳距角的目的。2.4.2槳葉復(fù)位壓縮彈簧選取和計(jì)算1）當(dāng)6級風(fēng)時(shí)V12m/s；此時(shí)槳葉所受力 （2-13）式中 T1根槳葉軸所受的扭矩。 （2-14）式中 彈簧最

21、小工作載荷，N L彈簧擋板的水平距離，m。 圖 2-3 槳葉復(fù)位彈簧工作示意圖Fig.2-3 The working sketch map of the replacement spring of blade2）當(dāng)7級風(fēng)時(shí)V16m/s時(shí)，此時(shí)槳葉所受力F總=式中 彈簧最大工作載荷 N3）彈簧的工作行程h （2-15） h=51.961=52mm4）初算彈簧剛度 （2-16）5）工作極限載荷因是類載荷；故2553.6N 查表選2602N表2-2 彈簧有關(guān)參數(shù)Tab.2-2 Table of the parameter of springDD10mm85mm2602N16.16mm161N6）有效

22、圈數(shù)n ，按表取標(biāo)準(zhǔn)值n7.5 （2-17）總?cè)?shù)n+2=9.57）彈簧剛度 N/mm （2-18）8）工作極限載荷下的變形量 mm （2-19）9）節(jié)距t mm （2-20）10）自由高度 nt+1.5d=7.525.5+1.510=206.25 mm （2-21）取標(biāo)準(zhǔn)值11）彈簧外徑 D+d=85+10=95mm （2-22）12）彈簧內(nèi)徑D-d85-1075 mm （2-23）13）螺旋角arctan （2-24）14）展開長度L mm （2-25）15）最小載荷時(shí)高度 mm （2-26）14）最大載荷時(shí)的高度 mm （2-27）15）極限載荷時(shí)的高度 = mm （2-28）16）實(shí)際

23、工作行程h h=-=143.18-91.15=52.031 （2-29）17）工作區(qū)范圍 （2-30）18）高徑比b b （2-31）b2.6不進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算 圖 2-4 彈簧Fig.2-4 The spring 該彈簧的技術(shù)要求：1.總?cè)?shù)9.52.旋向?yàn)橛倚?.展開長度L2547mm4.硬度HRC45502.5 軸承座螺栓的選用2.5.1 螺栓組分布槳葉軸軸承座與圓盤輪轂相聯(lián)結(jié)，起到連接槳葉軸與圓盤輪轂的作用，螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用四周均勻分布的結(jié)構(gòu)，螺栓數(shù)z=4，對稱布置1。2.5.2 螺栓的受力分析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=A=1.254.

24、80.24=498.8N （2-32）式中 空氣密度（一般取大氣標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）（kg/），=1.25 kg/（給定值） A 槳葉的面積， 槳葉與輪轂的夾角 V極限風(fēng)速，取20m/s。橫向力 R= （2-33）式中 離心力，N 槳葉重力，N 槳葉軸重力，N。圖2-5 軸承座 Fig.2-5 The bearing seat槳葉重力 g= （2-34）式中 槳葉材料選用東北落葉松，氣干密度為594kg 槳葉體積，。 槳葉軸重力 （2-35） =105.9N式中 剛的密度， 槳葉軸的體積，。 離心力 =+=3481.6N+105.8N=3587.4N （2-36）式中 槳葉的質(zhì)量，kg 槳葉軸的質(zhì)量，k

25、g槳葉中心到主軸中心線的距離，m 槳葉軸中心到主軸中心線的距離，m。 R=3857.4N+410.6N+105.9N=4103.9N翻轉(zhuǎn)力矩 M= FL=1.25= 1276.969=1276969 (2-37)式中 L槳葉中心到第一個(gè)軸承座中心的距離，m F槳葉受風(fēng)對軸承座翻轉(zhuǎn)方向的力，N。2）在軸向力F的作用下，各螺栓所受的工作拉力為 = （2-38）式中 軸向力，N z軸承座螺栓數(shù)，z=4。3）在翻轉(zhuǎn)力矩的作用下，前面兩螺栓受加載作用，而后面兩螺栓受到減載作用，故前面兩個(gè)螺栓受力較大，所受的載荷為 （2-39）式中 翻轉(zhuǎn)力矩， 螺栓中心到軸承座中心的最大距離，mm 螺栓中心到軸承座中心的

26、距離，mm根據(jù)以上分析可見前面的螺栓所受的軸向工作拉力為 （2-40）4)在橫向力R的作用下，底板鏈接接合面可能產(chǎn)生滑移，根據(jù)底板接合面不滑移條件，并考慮軸向力F對預(yù)緊力的影響，則各螺栓所需要的預(yù)緊力為 （2-41）查得聯(lián)結(jié)接合面間的摩擦系數(shù)f=0.35，查得=0.2，取可靠性系數(shù)=1.2則各螺栓所需要的預(yù)緊力為 （2-42）=3617.4N5）螺栓所受的總拉力Q 5061.2N （2-43）2.5.3 確定螺栓直徑螺栓的性能等級為6.6級，查得，S=5螺栓的許用應(yīng)力 （2-44）螺栓危險(xiǎn)剖面的直徑為按GB196-81，選用M12的螺栓，d=12mm2.6 風(fēng)輪迎風(fēng)技術(shù)2.6.1 風(fēng)輪機(jī)的出力

27、與風(fēng)速1）風(fēng)輪機(jī)的出力與風(fēng)速立方成正比 P= （2-45）式中 輸出功率（指額定工況下輸出的電功率）（W）；P=25KW（給定值）空氣密度（一般取大氣標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）（kg/）; =1.25 kg/（給定值） 設(shè)計(jì)的風(fēng)速（風(fēng)輪中心高度處）（m/s）; =10m/s（給定值）風(fēng)能利用系數(shù)；0.45 （給定值）葉尖速比；風(fēng)輪掃掠半徑，m。2）轉(zhuǎn)速與風(fēng)速一次方成正比 （2-46）因此，風(fēng)速變化將引起出力和轉(zhuǎn)速的變化。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2。 風(fēng)輪迎風(fēng)裝置風(fēng)輪迎

28、風(fēng)裝置有兩種方法：尾舵法和舵輪法，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，斜向風(fēng)作用于主軸上的扭力矩，尾舵輪扭力矩3。1） 尾舵法與機(jī)頭質(zhì)量、支持軸承有關(guān)，決定于風(fēng)斜角、距離l，尾舵力矩由下式近似計(jì)算 （2-47） 式中 尾舵升力、阻力合力系數(shù)由實(shí)驗(yàn)曲線查得；尾舵面積，； 風(fēng)輪的圓周速率，m/s；K風(fēng)速損失系數(shù)約0.75；L尾舵距離，m。機(jī)頭轉(zhuǎn)動(dòng)條件 （2-48）尾舵面積 （2-49）式中 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)對準(zhǔn)風(fēng)向。2） 舵輪法舵輪法是用自動(dòng)測風(fēng)裝置測定風(fēng)向，按風(fēng)向偏差信號控制同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)輪，此

29、方法也可保證風(fēng)輪機(jī)槳葉永遠(yuǎn)對準(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)槳葉對準(zhǔn)風(fēng)向2。 風(fēng)能利用的關(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)場湍流模型，早期風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)采用簡化風(fēng)場模型，對風(fēng)

30、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)除了對機(jī)組進(jìn)行并網(wǎng)、脫網(wǎng)和調(diào)向控制外，還要對機(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2。3 風(fēng)力液動(dòng)機(jī)主軸的設(shè)計(jì)3.1主軸參數(shù)計(jì)算1）軸頸估算mm （3-1）式中 P額定功率，取25 kw（給定值） n額定轉(zhuǎn)速，取50r/min（給定值） A主軸設(shè)計(jì)參數(shù)，取115。因?yàn)檩S段上有一個(gè)鍵槽，軸頸應(yīng)增大3%

31、5%，故估取主軸 d120mm則主軸轉(zhuǎn)矩為 T9.55 （3-2）2）主軸鍵的選擇 根據(jù)主軸軸頸，選取主軸鍵型為的普通B型鍵其主要參數(shù)為bh=3218; t=11; k=; L=90; d=120; (mm)其中，b鍵寬，mm； h鍵高，mm； L鍵工作長度，mm； t鍵槽深，mm； k鍵的工作高度，mm； d主軸軸頸，mm。對其進(jìn)行校核 （3-3）式中 許用擠壓應(yīng)力，取輕微沖擊；T主軸轉(zhuǎn)矩，T=； 該鍵合理3.2 軸段軸頸分布主軸從左至右裝配的零部件分別為：彈簧擋板調(diào)節(jié)螺母、彈簧上擋板、壓縮彈簧、彈簧下?lián)醢?、圓盤定位螺母、帶輪轂圓盤、支撐軸承座3。所以將其軸段軸頸分布設(shè)計(jì)如下 圖 3-1 主

32、軸Fig.3-1 The spindle3.2.1主軸校核1） 圓盤、槳葉和槳葉軸重力對主軸的彎矩圓盤 （3-4） （3-5）式中 B圓盤厚度；B=10mm 鋼的密度；=7850槳葉 G槳葉=V槳葉g= （3-6） 式中 槳葉材料選用東北落葉松，氣干密度為594kg槳葉軸G槳葉軸=V槳葉軸鋼g= （3-7） =105.9N( G槳葉軸+G槳葉)+G圓盤=N式中 總重力，N。圖3-2 主軸的聯(lián)結(jié)Fig 3-2 The link of the spindle則彎矩M=h=4577.940.155=709.58=709580 （3-8）式中 h圓盤到主軸軸承座第一個(gè)軸承的末端的距離，mm。2）扭矩T

33、 （3-9）式中 P額定功率，取25 kw（給定值） n額定轉(zhuǎn)速，取50r/min（給定值）3）合成校核= （3-10）式中 計(jì)算彎矩， 根據(jù)轉(zhuǎn)矩所產(chǎn)生應(yīng)力的性質(zhì)而定的應(yīng)力校正系數(shù)。 脈動(dòng)變化的轉(zhuǎn)矩，因?yàn)橹鬏S上有鍵槽 （3-11）式中 抗彎截面模量，b鍵寬，mm； t鍵槽深，mm； d主軸軸頸，mm。 （3-12） 式中 許用彎曲應(yīng)力， 脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力， 對稱循環(huán)應(yīng)力， 彎曲應(yīng)力， d=120mm，主軸軸頸設(shè)計(jì)合理4 風(fēng)力液動(dòng)機(jī)液動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1 風(fēng)力液動(dòng)機(jī)其主要工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)風(fēng)力液動(dòng)機(jī)其主要工作原理是風(fēng)能通過槳葉的轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過增速器的放大，傳遞至液壓泵，再通過液壓系統(tǒng)傳遞至液壓馬達(dá)，以達(dá)到

34、輸出機(jī)械能的目的，其優(yōu)點(diǎn)是功率穩(wěn)定，液壓馬達(dá)可接發(fā)電機(jī)或直接用于其他設(shè)備等；缺點(diǎn)是在液動(dòng)系統(tǒng)中存在能量損失，溫度對液壓系統(tǒng)有一定影響等2。4.2 聯(lián)軸器的選擇 彈性柱銷聯(lián)軸器的特點(diǎn) 由于風(fēng)力液動(dòng)機(jī)在工作時(shí)，主軸會(huì)產(chǎn)生偏移，因此采用彈性連軸器。 彈性柱銷聯(lián)軸器制造容易，耐久性好，安裝維護(hù)方便，傳遞轉(zhuǎn)矩大。為防止脫銷，柱銷兩端用螺栓固定了擋板。適用于軸向位移大，正、反轉(zhuǎn)或啟動(dòng)頻繁傳動(dòng)5。4.2.2 彈性柱銷聯(lián)軸器的選擇 主軸末端軸頸為110mm，選擇HL7型彈性柱銷聯(lián)軸器，其主要參數(shù)為表4-1 聯(lián)軸器參數(shù)Tab.4-1 Table of the parameter of coupling公稱轉(zhuǎn)矩許

35、用轉(zhuǎn)速（鋼）質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量630022409841.14.3 增速器的選擇 增速器的原理與減速器相同，只是將其的輸出與輸入調(diào)換，根據(jù)要求本設(shè)計(jì)采用NGW型行星齒輪減速器6。4.3.1 行星齒輪減速器的使用范圍和特點(diǎn) 1）適用范圍 NGW型行星齒輪減速器主要用于冶金、礦山、起重運(yùn)輸?shù)葯C(jī)械設(shè)備減速。其工作條件為：工作環(huán)境溫度為；高速軸最高轉(zhuǎn)速不超過1500；齒輪圓周速度不超過10；可正反兩方向運(yùn)轉(zhuǎn)。2）主要特點(diǎn)a.體積小、重量輕。相同條件下，比普通漸開線圓柱齒輪的重量輕1/2以上，1/2到1/3。b.傳動(dòng)效率高。c.適應(yīng)性強(qiáng)，傳動(dòng)功率范圍大。 d.運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲小。使用壽命達(dá)10年以上。 行星齒輪減

36、速器的選擇 根據(jù)主軸軸頸、選用的聯(lián)軸器、傳動(dòng)比及輸入功率等選取NGW61型行星齒輪減速器，其主要參數(shù)為表4-2 減速器主要參數(shù)Tab.4-2 The main parameter of retarder公稱傳動(dòng)比I轉(zhuǎn)速主動(dòng)軸允許輸入功率重量m47501272854.4 液壓原件的選擇圖 4-1 液動(dòng)系統(tǒng)Fig.4-1 the systerm of hydraulic pressure 液壓泵由于液動(dòng)系統(tǒng)采用開式結(jié)構(gòu)，液壓泵在托架上，風(fēng)速不恒定，工作油溫等諸多因素，液壓泵采用CBAa型齒輪泵8。CBAa型齒輪泵采用中部封閉式結(jié)構(gòu)，軸向浮動(dòng)補(bǔ)償，具有輸出壓力高、抗沖擊、噪聲地、效率高、工作可靠等特

37、點(diǎn)。廣泛用于裝載機(jī)、推土機(jī)、起重機(jī)、叉車、農(nóng)機(jī)、壓力機(jī)等各種機(jī)械的液壓系統(tǒng)中?？梢匀我饨M合成二聯(lián)或多聯(lián)泵。根據(jù)額定風(fēng)力液動(dòng)機(jī)的額定功率25kW，并考慮能量損失，選擇額定驅(qū)動(dòng)功率25.2kW的CBAa0020型齒輪泵。表4-3 液壓泵主要參數(shù)Tab.4-4 The main parameter of hydraulic pump理論排量額定壓力最高轉(zhuǎn)速工作油溫工作油液20.132528L-HM4668抗磨液壓油 液壓馬達(dá)由于液動(dòng)系統(tǒng)采用CBAa0020型齒輪泵、開式結(jié)構(gòu)，液壓馬達(dá)在地上，風(fēng)速不恒定，工作油溫等諸多因素，液壓馬達(dá)采用CBK型齒輪馬達(dá)8。CBK型齒輪馬達(dá)采用了承載能力高的DU軸承、高

38、強(qiáng)度鋁合金殼體結(jié)構(gòu)。具有壓力高、轉(zhuǎn)速范圍大、排量規(guī)格多、工作可靠、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、礦山機(jī)械、農(nóng)林機(jī)械、起重運(yùn)輸機(jī)械等液壓系統(tǒng)中。根據(jù)風(fēng)力液動(dòng)機(jī)的額定功率25kW，額定壓力25等選擇CBK1020型齒輪泵，其主要參數(shù)為表4-5 液壓馬達(dá)主要參數(shù)Tab.4-4 The main parameter of hydraulic motor排量額定壓力最高壓力容積效率質(zhì)量19.9252837.1 液壓附件1）蓄能器根據(jù)液壓泵的額定壓力、工作條件等選擇NXQ型囊式蓄能器，其主要作用是蓄存能量、吸收脈動(dòng)和緩和沖擊，它具有體積小、重量輕、反應(yīng)靈敏等優(yōu)點(diǎn)。2）溢流閥選用YF型溢流閥，其主要作用

39、是控制系統(tǒng)壓力，保護(hù)泵和油路系統(tǒng)安全及保持系統(tǒng)壓力恒定。3）過濾器選用WU型網(wǎng)式過濾器，安裝在液壓泵吸油口處，用以保護(hù)液壓泵，避免吸入較大的機(jī)械雜質(zhì)。該過濾器具有結(jié)構(gòu)簡單、通油能力大、阻力小、易清洗等特點(diǎn)8。5回轉(zhuǎn)體和附件的設(shè)計(jì)5.1 回轉(zhuǎn)體的設(shè)計(jì) 圖5-2回轉(zhuǎn)體裝配圖Figure5-2 rotating assembly回轉(zhuǎn)體由：回轉(zhuǎn)軸底盤、加強(qiáng)鈑金、回轉(zhuǎn)軸軸承軸肩、回轉(zhuǎn)軸推力軸承軸段、回轉(zhuǎn)軸危險(xiǎn)軸段、滑動(dòng)軸承注油口、回轉(zhuǎn)軸軸向定位段、安裝滑環(huán)軸段、軸向定位螺母、軸向定位擋板、回轉(zhuǎn)體上聯(lián)接板、銅套、無縫鋼管、推力軸承等部分組成2。其中回轉(zhuǎn)軸的左右擺動(dòng)問題通過滑動(dòng)軸承來解決它能很好的解決由于頂

40、部重心偏向前而引起對軸的彎矩，加強(qiáng)了回轉(zhuǎn)軸的抗彎強(qiáng)度。回轉(zhuǎn)軸擋板可以在安裝過程中防止回轉(zhuǎn)軸脫落下滑，回轉(zhuǎn)軸中心鉆出的通孔此處為發(fā)電機(jī)輸電線路。因回轉(zhuǎn)軸固定在塔架上當(dāng)風(fēng)向改變對風(fēng)時(shí)套筒上方連接的所有部件隨著套筒一起轉(zhuǎn)動(dòng)銅套與套筒為過盈配合，銅套與回轉(zhuǎn)軸之間用潤滑油潤滑所以輸電線路不會(huì)纏到一起。5.2剎車裝置的設(shè)計(jì)由于機(jī)械維修以及意外情況的發(fā)生需要對風(fēng)輪機(jī)進(jìn)行剎車，所我們在增速器高速軸側(cè)加裝一輪轂并在輪轂外安置剎車裝置通過拉拽鋼絲繩帶動(dòng)剎車帶使風(fēng)輪轉(zhuǎn)速降低直至停止。剎車帶的復(fù)位由彈簧套筒內(nèi)的彈簧來保證停止剎車后剎車皮與輪轂不在接觸3。圖6-1剎車裝置裝配圖Figure 6-1 brake asse

41、mbly剎車機(jī)構(gòu)常用于安全系統(tǒng)，用在靜止或正常運(yùn)行時(shí)，剎車裝置一般有三種剎車方式：1）、電磁剎車（電動(dòng)式）；2）、機(jī)械剎車；3）、混合式剎車。形式不同，必須有很高的可靠性，使風(fēng)輪快速回到靜止位置。本設(shè)計(jì)中的剎車裝置主要由：1）彈簧筒聯(lián)接頭、2）彈簧筒聯(lián)接板、3）彈簧筒、4）復(fù)位彈簧、5）彈簧套筒蓋等零件組成。5.3托架的基本結(jié)構(gòu)托架是放置輪盤、主軸、增速器、發(fā)電機(jī)以及回轉(zhuǎn)體、滑環(huán)和剎車裝置等附件的。它分兩層上層為支撐輪盤、主軸、增速器、剎車裝置和發(fā)電機(jī)。下托板與回轉(zhuǎn)體上端面聯(lián)接，中間放置滑環(huán)和滑輪組件3?；喗M件是把剎車裝置的鋼絲繩纏繞在滑輪上改變其方向令鋼絲繩與托板不能接觸。 結(jié)論對風(fēng)力液動(dòng)

42、機(jī)的研究和設(shè)計(jì)，可以得出以下結(jié)論：1）在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面，改進(jìn)設(shè)計(jì)、避免或減少由于風(fēng)的波動(dòng)引起的有害機(jī)械負(fù)荷，減少部件所受的應(yīng)力，從而減輕有關(guān)部件及機(jī)組整體的質(zhì)量，進(jìn)一步降低成本。改進(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu)的另一個(gè)動(dòng)向是采用新型整體式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，集主傳動(dòng)軸、齒輪箱和偏航系統(tǒng)為一體。這樣就減少了零部件數(shù)目，同時(shí)增強(qiáng)了傳動(dòng)系統(tǒng)的剛性和強(qiáng)度，降低了安裝、維護(hù)和保養(yǎng)的費(fèi)用2）自然風(fēng)的速度和方向是隨機(jī)變化的，風(fēng)能具有不穩(wěn)定性特點(diǎn)，如何使風(fēng)力機(jī)的輸出功率穩(wěn)定，是風(fēng)力機(jī)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)電品質(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)電機(jī)組采用的是電力電子

43、裝置，當(dāng)它將電能輸送給電網(wǎng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生變化的電力諧波，并使功率因素惡化。因此，為了滿足在變轉(zhuǎn)速控制過程中良好的動(dòng)態(tài)特性，并能使發(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：a.在發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)上產(chǎn)生盡可能低的諧波電流；b.具有單位功率因素或可控的功率因素；c.使發(fā)電機(jī)輸出電壓適應(yīng)電網(wǎng)電壓的變化；d向電網(wǎng)輸出穩(wěn)定的功率；e.發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩可控。3）可以開發(fā)新的空氣動(dòng)力控制裝置。如葉片上的副翼，它能夠簡單、有效地限制轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，比機(jī)械剎車更可靠，并且費(fèi)用低。4）槳葉的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有待改善，在有條件的情況下應(yīng)模擬實(shí)際受風(fēng)工作狀態(tài)下的最佳角度以及弧度，材料的選擇根據(jù)市場等方面

44、的因數(shù)適當(dāng)考慮選用納米材料，可減輕槳葉重量，增強(qiáng)其強(qiáng)度。參考文獻(xiàn)1 吳治堅(jiān)新能源和可在生能源的利用M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.12 王承煦，張?jiān)达L(fēng)力發(fā)電北京：中國電力出版社，2002，83 王承煦風(fēng)力發(fā)電實(shí)用技術(shù)M北京：金盾出版社，19954 徐灝機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（1）M 第2版北京：機(jī)械工業(yè)出版社20005 徐灝機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（2）M 第2版北京：機(jī)械工業(yè)出版社20006 徐灝機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（3）M 第2版北京：機(jī)械工業(yè)出版社20007 李柱國.機(jī)械設(shè)計(jì)與理論 （2）第2版.北京：科學(xué)出版社.20048 官忠范.液壓傳動(dòng)系統(tǒng) 第3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.1996，69 成大先 .機(jī)械設(shè)計(jì)手冊

45、 單行本.北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2004，410 孟憲源現(xiàn)代機(jī)構(gòu)手冊M第1版北京：機(jī)械工業(yè)出版社1994，611 Chen JL， Hajela PA rule based approach to optimization design modelingJComputer and Structure198912 Akagi S， FujitakBuilding and expert system for engineering design based on the object_ Oriented representation conceptJASME TransJMechdesign，19

46、9013 1 Dejan Schreiber Applied Designs Turbines And New Approaches PCIMof Variable20023：202-2070附錄A 譯文微電子機(jī)械系統(tǒng)在機(jī)械工程的課程發(fā)展1.引言微電子機(jī)械系統(tǒng)( MEMS )在機(jī)械工程與應(yīng)用力學(xué)部門的課程發(fā)展是密歇根大學(xué)的一個(gè)課程結(jié)構(gòu)，兼顧學(xué)習(xí)機(jī)電工程課程和機(jī)械工程系的學(xué)生并建議課程從本科學(xué)習(xí)和博士水平的學(xué)生中進(jìn)行。顯然，從學(xué)生的反應(yīng)看，他們所感興趣的課程，在新興技術(shù)方面，如基于MEMS 更多課程和在MEMS的面積應(yīng)大量開展。 MEMS的未來課程發(fā)展是一個(gè)新的MEMS課程，這也是本科層次的學(xué)生

47、在工程學(xué)院學(xué)習(xí)的課程。微電子機(jī)械系統(tǒng)( MEMS )是一個(gè)新興的領(lǐng)域，它利用IC (集成電路)，或精密機(jī)械加工制造微型傳感器。 研究者在電氣工程中開創(chuàng)了這個(gè)方面的研究的歷史還可以追溯到70年代初。近年來，MEMS的研究還側(cè)重于機(jī)械問題，如固體力學(xué)，流體力學(xué)，熱學(xué)，動(dòng)力系統(tǒng)和微觀尺度的控制。作為一個(gè)結(jié)果，更多的機(jī)械工程師，曾參與在MEMS研究過。 機(jī)械工程師為MEMS的運(yùn)動(dòng)做的研究，是符合要求的21世紀(jì)工程師的研究方向。這些措施包括很多方面的知識：強(qiáng)大的基本知識，例如在數(shù)學(xué)，物理和工程科學(xué)和手把手的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)。 快速增長的MEMS也對研究者提出了很大的挑戰(zhàn)，尤其在教育方面。 以前，課程MEMS的發(fā)展已在電器工程方面及課程發(fā)展方面提前了很多，但在機(jī)械工程方面已經(jīng)落后。 但是，是什么性質(zhì)的微機(jī)電系統(tǒng)，需要整合不