垂直軸風機風力提水系統(tǒng)說明書-需電力帶動水泵

1、項目開發(fā)說明書 基于垂直軸風力提水機開發(fā)綠洲科技目錄第一章 緒論-2 1.1我國的風能資源及利用 -2 1.2國內(nèi)外風能利用現(xiàn)狀 -4 1.3我國風力提水現(xiàn)狀 -5 1.4風力提水機的應用前景 -61.5關于風力提水機 -7第二章總體設計 -172.1風力提水機簡圖 -172.2總體方案 -19第三章設計計算 -203.1水泵 -203.2風輪 -213.3齒輪變速箱 -283.4軸 -35 3.4系統(tǒng)的尺寸 -37- 1 -綠洲科技第一章緒論第一節(jié)我國的風能資源及利用1、風能資源太陽光照在地球上，由于輻射能量不均，地球表面吸收熱量不同，便產(chǎn)生了各處氣溫的差異，冷熱空氣形成對流，這就是風。風能

2、作為太陽能的一種，只要太陽不滅，它取之不盡，用之不竭。估計風能全世界儲備約10 億千瓦。能源是現(xiàn)代社會和經(jīng)濟發(fā)展的基礎，遠期能源面臨工業(yè)礦物資源枯竭的問題，近期能源面臨環(huán)境污染的壓力。我國電力部門統(tǒng)計2002 年電力缺口將過5 千萬度電。而中國現(xiàn)有九億人口生活在農(nóng)區(qū)和邊遠山區(qū)，其中，約有 6.5 千萬人口沒有用上電，并面臨飲水困難，因此改善能源結構，利用可再生能源，減少環(huán)境污染，提高人民生活質量，成為本世紀聯(lián)合國全球能源與發(fā)展中的核心問題。風能是目前最有開發(fā)利用前景和技術最成熟的一種新的可再生能源。風能利用的主要方式是風力發(fā)電，風力提水及風力帆助航等。我國有豐富的風能資源，風能總儲量約32.2

3、6 億千瓦，實際可開發(fā)風能儲量2.53 億千瓦，風能利用有很大的潛力。雖然相對常規(guī)能源來說，風能的能量密度較低，但從人類的發(fā)展戰(zhàn)略及技術逐步成熟的角度看，風能對中國經(jīng)濟、社會、環(huán)境將起重大作用。2、我國風能分區(qū)我國適宜風能提水的區(qū)域遼闊，發(fā)展風力提水是彌補當前農(nóng)村、牧區(qū)能源不足的有效途徑。就北方而言，內(nèi)蒙、青海、甘肅、新疆北部河谷地帶，風能資源豐富，地下水也豐富，是我國的抽取地下水為主的較佳風力區(qū)。按照中國能源部門的技術測試，我國風力可分部為以下三個區(qū)域：1、風能區(qū)： 一年內(nèi)風速超過3m/s 的以上超過半年； 6m/s 以上超過節(jié)2200 小時。如內(nèi)蒙的二連地區(qū)，錫盟北部等。2、風能較佳區(qū)：一

4、年以內(nèi)風速超過3m/s 以上在4000 小時； 6m/s 以上多于是1500 小時。如烏盟北部，錫盟，赤峰北部，烏蘭浩特等。- 2 -綠洲科技3、能可用區(qū)：一年內(nèi)風速超過3m/s 的時間為3000 小時； 6m/s 以上為 3000 小時的地區(qū)。以上三類地區(qū)占到全國的總面積 1/3?？梢?，內(nèi)蒙西部的大部分地區(qū)，年平均風速都能超過 46m/s，320m/s的風速累計 40005000 小時，這里正是內(nèi)蒙的干旱草原，這里人口分散，難通電網(wǎng)，利用風力提水機組為牧民或牲畜提供飲水用水或小范圍內(nèi)的草場灌溉，高產(chǎn)飼草料基地灌溉不失為可行辦法。3、風能的利用風能的應用越來越廣泛，在我國主要有以下幾個用途：1

5、）風力發(fā)電2）風力提水3）風力發(fā)熱- 3 -綠洲科技第二節(jié)國內(nèi)外風能利用概況近代，在國內(nèi)，長期以來，人們以風電電價高于一般電價為由，一直忽略風電作為清潔能源對能源短缺和保護環(huán)境的意義，忽視了風電作為一項高新技術的巨大產(chǎn)業(yè)前景，更忽視了對促進邊遠地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展所能帶來的巨大作用。在政策上，一是缺乏風電發(fā)展目標和可實行的戰(zhàn)略規(guī)劃；二是缺乏有效的經(jīng)濟激勵政策和強有力的體制保障；三是缺乏鼓勵風機國產(chǎn)化的政策措施；四是缺乏有效的投資體制；五是中國電網(wǎng)公司壟斷性很強，缺乏政府指導下的風電采購政策，民營企業(yè)投資的“風電上網(wǎng)”還存在體制性障礙；六是缺乏強有力的宣傳，公眾對可再生資源的認識不足。其次，在技術上，一

6、是目前還沒有中國風力資源的全面監(jiān)測分析報告，大規(guī)模商業(yè)化風力發(fā)電缺乏科學性風場評估的可行性論證支持；二是風力資源發(fā)電時段比較集中，存在風電的不穩(wěn)定性對電網(wǎng)的沖擊，解決電力峰谷巨大落差還是難題；三是中國風力資源主要集中在內(nèi)蒙古、西北地區(qū)，以及沿海等地區(qū)，存在風電和電網(wǎng)的連接以及儲能問題， 大量風電輸送到電力需求企業(yè)面臨困難；四是季風氣候對風力發(fā)電上存在影響：五是我國風機設備制造水平較低，已經(jīng)成為國際主流機型的兆瓦級機組在我國尚處于研制階段，大型風力機只能依賴進口或與外商合作生產(chǎn)。第三節(jié)我國風力提水現(xiàn)狀風力提水是風能開發(fā)利用的一項主要而基本的內(nèi)容, 無論過去、 現(xiàn)在還是將來 , 風力提水在農(nóng)業(yè)灌溉

7、和人畜飲水等方面都不失為一項簡單、可靠、實用而有效的應用技術。 隨著科學技術的不斷發(fā)展 , 風力提水技術也必將得到不斷的發(fā)展完善。低揚程大流量提水機因揚程太低( 一般小于 3m), 其使用范圍受到限制。 中揚程大流量風力提水機主要是用于中西部的農(nóng)業(yè)灌溉, 因當?shù)氐慕?jīng)濟條件所限 , 進- 4 -綠洲科技展步履艱難 , 有待國家的進一步扶持。高揚程小流量低速風輪拉桿泵型, 在成本及可靠性方面幾乎一直是不可替代的。目前我國生產(chǎn)運行中的風力提水機約3000 余臺 , 主要分布在東南沿海制鹽, 江蘇、河北農(nóng)田灌排, 陜北人畜飲水及小型草場灌溉等。1、在我國許多區(qū)域由于能源短缺和架設電網(wǎng)難以實現(xiàn)等原因,

8、成了限制灌溉面積擴大的一個重要因素。利用我國豐富的風能資源, 廣泛利用風力提水灌溉是我國中低產(chǎn)田改造的一條重要捷徑2、風力提水在牧區(qū)水利建設中的重要性和必要性。牧區(qū)幅員遼闊 , 且居住分散 , 電網(wǎng)覆蓋的區(qū)域有限, 灌溉動力只能靠內(nèi)燃機, 這就加大了提水成本,這種提水方式經(jīng)濟效益低, 難以在牧區(qū)推廣應用。利用這些地區(qū)豐富的風能資源 (80%地區(qū)年平均有效風能密度為4002480kWh/m2a) 進行提水灌溉 ,是發(fā)展農(nóng)牧業(yè)經(jīng)濟和改善生態(tài)環(huán)境的一條重要途徑。3、利用風能進行沙漠綠化工程建設。采用經(jīng)濟實用的風力提水機來進行灌溉保障能源的穩(wěn)定供給 , 滿足沙漠治理生物工程建設、 牧業(yè)生產(chǎn)、 人畜供水

9、條件。第六節(jié)風力提水機的應用前景1、人畜飲水我國內(nèi)蒙、甘肅、新疆等邊遠牧區(qū)，由于干旱缺雨，人畜飲水是個十分困難的問題。用風力提水機組抽取地下水在解決人畜飲水方面取得了成功。80 年代末在錫盟進行的示范試驗表明，用風力提水一年四季可以有水供應，與用柴油機組為動力提水相比，每頭牲畜的年均飲水費用可降低一半。由于飲水用提水機流量揚程較低，故風車造價也不高，結合國家項目，在牧民普及推廣將會很容易。適用機型SCI 系列， FT 500 系列， FD4 等機型。2、 節(jié)水灌溉中揚程中流量的風力提水機可配套微滴灌系統(tǒng)，為天然草場灌溉可實現(xiàn)無成本運行。適用為SA 系列、 FT 300、 FT 500、FDG

10、系列及SSA 1 型等- 5 -綠洲科技機型。3、風力提水治沙種草內(nèi)蒙萬象集團針對多倫縣地下水和地表水資源不足，風力資源豐富的特點，采用風力提水技術大力開發(fā)風力資源，有效地促進沙區(qū)生態(tài)環(huán)境的建設。該技術與燃料相比，有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢，與電力提水相比，具有投資小，機動性靈活性強，覆蓋面廣的特點。通過機械可向沙地、荒漠腹地實施植被建設，接力式引水滴灌。凡是地上地下可利用的水，縱向幾百米，橫向幾十公里的生態(tài)建設區(qū)都可以實現(xiàn)工業(yè)化供水。國家退耕還林連續(xù)補助八年，每年折合 1280 元，而風力提水只需 500 800 元。在西部 109 萬平方公里的沙地、荒漠邊緣的綠洲邊緣區(qū)，國家主要對策是劃定圍封保護區(qū)

11、，并在綠洲外建立綜合防護林。為防止沙漠對綠洲的吞噬，對沙地荒漠腹地運用風力提水提供拉力式的開發(fā)，對生態(tài)建設及開發(fā)是可行的。4.風力排水水分是作物生活必須的物質條件。 但土壤中水分太多就會與作物生長的另一個重要因素 土壤透氣性發(fā)生矛盾。同時對土壤本身的性質也帶來不良影響。利用風力提水機就可以及時不斷的排除土壤中多余有害的水，使地下水位降低到一定的深度，并使一定深度土層的土壤水分達到作物適宜生長的狀況。風力排水將有效得解決土壤除澇防滯災害，大面積的鹽堿地將有望得以改良。第七節(jié)關于風力提水機1、風力提水機的組成風力提水機一般由風力機和配套水泵兩大部分組成。水泵可以根據(jù)實際需要選擇合適的泵，也可以自行

12、設計。因此風力機和水泵的設計是本次設計的兩個主要部分。- 6 -綠洲科技（ 2）水泵提水原理當風輪在風力的作用下轉動起來后，動力經(jīng)過傳動箱帶動風力機拉桿向上運動，與拉桿相連的泵桿和上活塞也隨之向上移動。此時上活塞的閥門被關閉，上下活塞之間形成具有一定真空度的空腔。由于壓力差的作用，下活寒的閥門被打開，井水通過護網(wǎng)進入空腔。當風輪繼續(xù)轉動，帶動風力機拉桿向下運動時，泵桿和上活塞也隨著進入下行程，上下活塞之間的空腔容積減少。這時存水的壓力下，下活塞閉門被關閉，上酒塞的閥門被打開，空腔里的水就通過上活塞的閥門進入泵管。如此循環(huán)不息，泵管里的水越來越多，最后充滿泵管并從泵管出口流入儲水箱供人們使用。-

13、 7 -綠洲科技第二章總體設計第一節(jié)風力提水機圖這次設計的風力提水機主要由風輪、齒輪箱和水泵構成。風輪為垂直軸H型風機，主要作用是接受風能；齒輪箱的作用是調(diào)節(jié)風輪軸輸出的轉速及轉向實現(xiàn)水泵的工作。- 8 -綠洲科技- 9 -綠洲科技第二節(jié)總體方案1、風力機風力機有水平軸和垂直軸之分，現(xiàn)對兩者進行如下對比：水平軸風力機垂直軸風力機風 向 控小型用風向舵 ;大型需專用任何風向均可運行， 無需對風裝制機械方式來控制置葉 片 控需要控制葉片不需要旋翼控制制傳 動 裝在塔架上在地面上不受重量及體積的限置 及 發(fā)制電機塔 影 效有無應起 動 方無需另加起動器達里厄型需另設電力或風力裝式置 , 其它型號不需

14、要由以上對比可以看出，垂直軸還是有明顯的優(yōu)點，所以本次風力機設計選用垂直軸。2、齒輪箱1）、傳動方案：方案：風力機直接通過聯(lián)軸器接在圓錐齒輪變速器上，通過曲軸機構帶動活塞拉桿泵。該方案的優(yōu)點是設計、加工制造簡單容易；2）、減速器內(nèi)部工作方式：同軸式直尺嚙合。3）、減速器的總傳動比為 0.75 ；4）、軸承類型：圓錐滾子軸承。-10-綠洲科技（ 5）、聯(lián)軸器類型：YL6 系列3、水泵本次設計的風力提水機為解決草原用水問題設計的高揚程小流量型，根據(jù)給定的揚程、流量等條件計算出所需水泵的尺寸進行自行設計即可。第三章設計計算第一節(jié)水泵水泵的種類很多，有離心泵、射流泵、活塞泵、軸流泵以及混流泵等等?？紤]到活塞泵的設計結構比較簡單，而且在水泵設計最主要的流量和揚程兩個參數(shù)中，只有流量與泵本身的尺寸有關系，不論水泵的揚程是多少，水泵每次排出的水都是一定的；揚程與水泵本身沒有關系，只要原動機能提供足夠的功率，而活塞又有足夠的強度，活塞就可以把水排出。第二節(jié)風輪第三節(jié)齒輪變速箱一 、總體設計變速箱的輸入轉速為30r/min ，輸出轉速為 40r/min ，i= 40=1.33 ，故30-11-綠洲科技可采用一級變速，結構簡圖