小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組動(dòng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組動(dòng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要當(dāng)前，全球都面臨著能源枯竭、環(huán)境惡化、氣溫升高等問題，日益增長的能源需求、能源平安問題受到世界各國廣泛關(guān)注。風(fēng)能是一種可再生能源，它資源豐富，是一種永久性的本地資源，可為人類提供長期穩(wěn)定的能源供給；她平安、清潔，沒有燃料風(fēng)險(xiǎn)，更不會(huì)在使用中破壞環(huán)境。為此，世界各國都在加快風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究，以緩解越來越重的能源與環(huán)境壓力，中國也不例外。本文對(duì)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)動(dòng)力結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要研究如下：(1)進(jìn)行小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的總體功能需求分析，進(jìn)行整體方案設(shè)計(jì)，力求實(shí)現(xiàn)機(jī)與電的結(jié)合。(2)進(jìn)行機(jī)器的機(jī)械裝配圖設(shè)計(jì)，功能完備后，然后進(jìn)行機(jī)械零件的詳盡設(shè)計(jì)。(3)根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片設(shè)計(jì)理論及實(shí)際風(fēng)能情況，設(shè)計(jì)出適宜的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，并利用CAD軟件建立葉片的模型。關(guān)鍵詞：小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)；葉片；變向器目錄摘要 ………….ⅠTOC\o"1-3"\h\u第1章緒論11.1課題背景11.2國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電的開展現(xiàn)狀及其趨勢(shì)2小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)開展概況3本課題的研究內(nèi)容4第2章垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)組局部零部件的設(shè)計(jì)62.1風(fēng)力機(jī)的根本原理62.2小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)局部零部件的設(shè)計(jì)82.2.1葉片82.2.2軸轂112.2.3架子112.2.4支撐架122.2.5風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)中標(biāo)準(zhǔn)零部件的選型122.2.6變向器132.3本章小結(jié)14第3章垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常工作的條件153.1小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝地點(diǎn)選擇15垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)制動(dòng)器的設(shè)計(jì)153.3蓄電池和選型15蓄電池的種類及工作根本原理153.3.2蓄電池選型163.4本章小結(jié)16結(jié)論17參考文獻(xiàn)18致謝19緒論課題背景隨著環(huán)保的呼聲日益高漲和不可再生能源的過度消耗，風(fēng)能、生物能等多種可再生資源被日益重視。風(fēng)力發(fā)電是目前利用風(fēng)能的重要形式，在多種可再生能源利用技術(shù)中比擬成熟。風(fēng)力發(fā)電有其自身獨(dú)特的優(yōu)越性，越來越多的國家和地區(qū)都投入到風(fēng)力發(fā)電的研究和風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的建設(shè)中來。主要表達(dá)在以下六個(gè)方面：(1)風(fēng)能儲(chǔ)量豐富。據(jù)世界氣象組織統(tǒng)計(jì)分析說明，地球上近地層的風(fēng)能總量約為13000億千瓦。如有1%被有效利用，就可滿足人類對(duì)能源的要求。(2)風(fēng)能是一種潔凈的可再生自然能源。不存在燃煤、燃油的環(huán)境污染問題，不會(huì)引起溫室效應(yīng)，不存在核電放射性廢料對(duì)人類的威脅。(3)風(fēng)力發(fā)電場裝機(jī)規(guī)模靈活，建設(shè)周期短。既可單臺(tái)安裝，又可多臺(tái)安裝，互不干擾；建設(shè)一般規(guī)模的風(fēng)力發(fā)電場，從根底建設(shè)、安裝到投產(chǎn)，只需半年至一年時(shí)間，而火電、油電、核電約需3~10年的時(shí)吲[1]。(4)風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性日益提高。和火電相比，不存在建廠房、運(yùn)輸、除灰等問題；和水電相比，不存在筑壩、淹地、移民等問題。發(fā)電后除折舊費(fèi)和維護(hù)費(fèi)外，不消耗燃料，無三廢處理問題。其本錢接近火電，低于油電、核電，從綜合經(jīng)濟(jì)效益看，具有較強(qiáng)的競爭力。(5)風(fēng)力發(fā)電在新能源發(fā)電中技術(shù)最為成熟。商品化機(jī)組單機(jī)容量達(dá)2000千瓦，故障率己下降至5%以內(nèi)[2]，是一種平安、可靠的能源利用形式。預(yù)計(jì)在本世紀(jì)，兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)將占主導(dǎo)地位。(6)風(fēng)力發(fā)電機(jī)分散安裝，占地面積少。監(jiān)控系統(tǒng)與塔架合為一體，加上上海大學(xué)碩士學(xué)位論文箱式變壓器其建筑面積約為風(fēng)電場總面積的1%[3]，其余廣闊土地仍可供農(nóng)、林、牧使用。[4]。從宏觀上看，我國具備大規(guī)模開展風(fēng)力發(fā)電的自然條件。到2004年底，我國風(fēng)力發(fā)電累計(jì)裝機(jī)總?cè)萘康竭_(dá)76.4萬千瓦，而到2006年底累計(jì)裝機(jī)總?cè)萘康竭_(dá)260.4萬千瓦。2004年至2006年每年新增裝機(jī)容量增速均超過100%。國家發(fā)改委規(guī)劃2023年并網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)將到達(dá)400萬千瓦，2023年到達(dá)3000萬千瓦[5]圖1-1。圖1-1我國風(fēng)力發(fā)電機(jī)的容量可見我國風(fēng)力發(fā)電作為電力行業(yè)一個(gè)新的方面軍，是具有很大潛力和很強(qiáng)的生命力的，必將成為未來能源結(jié)構(gòu)中一個(gè)舉足輕重的重要組成局部。特別是對(duì)沿海島嶼，交通不便的遙遠(yuǎn)山區(qū)，地廣人稀的草原牧場，以及遠(yuǎn)離電網(wǎng)和近期電網(wǎng)還難以到達(dá)的農(nóng)村、邊疆，作為解決生長和生活能源的一種可靠途徑，有著十分重要的意義。國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電的開展現(xiàn)狀及其趨勢(shì)隨著能源緊缺及化石燃料對(duì)環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，開發(fā)新型能源成為各國經(jīng)濟(jì)開展的關(guān)鍵，目前可再生能源有太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮艿?。風(fēng)能發(fā)電是目前為止技術(shù)最為成熟，歷史最為悠久的發(fā)電方式，是具有大規(guī)模開展?jié)摿Φ目稍偕茉?，有可能成為重要的替代能源。?3世紀(jì)起，水平軸風(fēng)車產(chǎn)業(yè)就成為了農(nóng)村經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的主要局部，而利用風(fēng)力發(fā)電的歷史可以追溯到19世紀(jì)晚期，美國的Brush研制了第一臺(tái)12kW的直流風(fēng)力機(jī)。Golding(1955)、Shepherd和Dionne(1994)記錄了早期的風(fēng)力機(jī)開展史。1931年，蘇聯(lián)制造了一臺(tái)100KW、直徑30m的Balaclava(巴拉克拉法帽)風(fēng)力機(jī)；19世紀(jì)50年代早期，英國制造了一臺(tái)100KW、直徑24m的AndreaEnfield(安德魯-恩菲)風(fēng)力機(jī)。1956年，丹麥建造了一臺(tái)200KW、直徑24m的Geyser(蓋瑟)風(fēng)力機(jī)，1963年法國電力工業(yè)試驗(yàn)了一臺(tái)功率1.1MW、直徑35m的風(fēng)力機(jī)。在德國，Hutch(胡特)于19世紀(jì)50年代和60年代建立了一些新型的風(fēng)力機(jī)。由于石油價(jià)格突然上漲，美國開始建造一系列示范風(fēng)力機(jī)組，如1975年的功率100KW、直徑38m的Mod-0風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和1987年的功率2.5MW、直徑97.5m的Mod-5B風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。目前世界上最大的風(fēng)力發(fā)電機(jī)是德國制造的E-126，高達(dá)120m，風(fēng)輪直徑126m，每個(gè)葉片長達(dá)61.4m，每片重18t，裝機(jī)功率到達(dá)5MW[6]，如圖1-2所示。圖1-2Emerson的E-126型風(fēng)力發(fā)電機(jī)我國風(fēng)能資源豐富，根據(jù)第三次風(fēng)能普查結(jié)果，我國技術(shù)可開發(fā)的陸地面積約為24×104km2。考慮到風(fēng)電場中風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的實(shí)際布置能力，按照5MW/km2計(jì)算，陸上技術(shù)可開發(fā)量為120×104MW。目前我國風(fēng)能資源開發(fā)利用的重點(diǎn)區(qū)域有內(nèi)蒙古自治區(qū)、遼寧省、河北省、吉林省、甘肅省、新疆維吾爾自治區(qū)、江蘇省等，其中內(nèi)蒙古自治區(qū)技術(shù)可開發(fā)量約為50×104MW，居全國之首[7]如圖1-3所示。圖1-3全年平均風(fēng)能密度分布小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)開展概況垂直軸風(fēng)力機(jī)(VerticalAxisWindTurbine或VAWT)的風(fēng)輪軸與風(fēng)向垂直，風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)與風(fēng)向無關(guān)，但是由于其啟動(dòng)風(fēng)速較高且功率不穩(wěn)定，其開展并不像水平軸風(fēng)力機(jī)那么迅速。隨著計(jì)算科學(xué)的飛速開展，垂直軸風(fēng)力機(jī)的優(yōu)異空氣動(dòng)力性能(尤其是達(dá)里厄風(fēng)力機(jī))漸漸為世人所認(rèn)識(shí)，近年來廣泛受到各國研究人員的關(guān)注。國外較大的風(fēng)力發(fā)電公司有加拿大的CleanfiledEnergy公司，其主導(dǎo)產(chǎn)品是一種額定功率為3.5kW的升力型葉輪風(fēng)力發(fā)電機(jī)，整套系統(tǒng)由玻璃鋼纖維和鋼材組成，約重181.4kg，葉輪高3m，輪輻直徑2.5m。2006年，中國垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)驗(yàn)基地在內(nèi)蒙古化德縣啟動(dòng)運(yùn)行，目前50kW小樣機(jī)組已投入運(yùn)行開始發(fā)電，如圖1-4所示。[8]2007年，西峽瑞發(fā)水電設(shè)備公司和哈爾濱發(fā)電設(shè)備研究中心聯(lián)合開發(fā)設(shè)計(jì)的1.5MW垂直軸永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)研制成功，并在張家口風(fēng)電場安裝運(yùn)行。圖1-450kW垂直軸風(fēng)力機(jī)本課題的研究內(nèi)容本課題研制的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要定位于它可為用戶的照明、彩色電視機(jī)、音響設(shè)備、洗衣機(jī)、電冰箱、組合收錄機(jī)、航標(biāo)燈等電器提供穩(wěn)定可靠的電源?？傮w要求是在滿足功能要求的前提下，使用簡單，外型明快，可靠性強(qiáng)，低本錢。從能量轉(zhuǎn)換的角度看，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由兩大局部組成。其一是風(fēng)力機(jī)，它的功能是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；其二是發(fā)電機(jī)，它的功能是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)出的電能直接并到電網(wǎng)上，向電網(wǎng)饋電，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)出的電能用儲(chǔ)能設(shè)備儲(chǔ)存起來，需要時(shí)再提供給負(fù)載其簡要的系統(tǒng)圖如圖1-5。本課題的研究內(nèi)容包括：(1)進(jìn)行小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的總體功能需求分析，進(jìn)行整體方案設(shè)計(jì)，力求實(shí)現(xiàn)機(jī)與電的結(jié)合；(2)進(jìn)行機(jī)器的機(jī)械裝配圖設(shè)計(jì)，功能完備后，然后進(jìn)行機(jī)械零件的詳盡設(shè)計(jì)；(3)根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片設(shè)計(jì)理論及實(shí)際風(fēng)能情況，設(shè)計(jì)出適宜的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，并利用CAD軟件建立葉片的模型。風(fēng)力機(jī)風(fēng)力機(jī)發(fā)電機(jī)風(fēng)儲(chǔ)能設(shè)備〔個(gè)體〕負(fù)載圖1-5風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)方框圖垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)組局部零部件的設(shè)計(jì)通過資料顯示水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研究，水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)已有大量資料可用來進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，而垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研究卻沒有較大進(jìn)展，雖然垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)有很多缺點(diǎn)，但其優(yōu)點(diǎn)是水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)所不能替代的，該技術(shù)采用空氣洞力學(xué)原理，針對(duì)垂直軸旋轉(zhuǎn)的風(fēng)洞模擬，葉片選用了飛機(jī)翼形形狀，在風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，它不會(huì)受到因變形而改變效率等；它用垂直直線4-5個(gè)葉片組成，由4角形或5角形形狀的輪轂固定、連接葉片的連桿組成的風(fēng)輪，由風(fēng)輪帶動(dòng)稀土永磁發(fā)電機(jī)發(fā)電送往控制器進(jìn)行控制，輸配負(fù)載所用的電能。所以在本章將介紹本課題研究的內(nèi)容，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的局部零部件的設(shè)計(jì)。該小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電原理為：在風(fēng)的吹動(dòng)下，風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)起來，使空氣動(dòng)力能轉(zhuǎn)變成了機(jī)械能。從而使永磁三相發(fā)電機(jī)發(fā)出三相交流電。風(fēng)速的不斷變化、忽大忽小，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電流和電壓也隨著變化。發(fā)出的電經(jīng)過控制器的整流，由交流電變成了具有一定電壓的直流電，并向蓄電池進(jìn)行充電。從蓄電池組輸出的直流電，通過逆變器后變成了220伏的交流電，供給個(gè)體農(nóng)業(yè)用戶的家用電器。應(yīng)用范圍：體農(nóng)業(yè)用戶的電視機(jī)；收音機(jī)；電風(fēng)扇；洗衣機(jī)。該新型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)為：結(jié)構(gòu)簡單；易維護(hù)；運(yùn)行平穩(wěn)平安；抗強(qiáng)風(fēng)能力強(qiáng)；操作簡單；價(jià)格低廉。風(fēng)力機(jī)的根本原理空氣的流動(dòng)就是風(fēng)。風(fēng)是由于地球自轉(zhuǎn)及緯度溫差等原因致使空氣流動(dòng)形成的。風(fēng)能在這里指的是風(fēng)的動(dòng)能。關(guān)于風(fēng)力機(jī)的理論有幾種。如貝茨理論，薩比寧理論，葛勞渥理論，斯特法尼亞克理論，許特爾理論等。本節(jié)主要介紹貝茨理論。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。貝獲理論的建立，是假定風(fēng)輪是“理想〞的，全部接受風(fēng)能(沒有輪鼓)，葉片無限多，對(duì)空氣流沒有阻力?？諝饬魇沁B續(xù)的，不可壓縮的，葉片掃掠面上的氣流是均勻的，氣流速度的方向不管在葉片前或流經(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)際通過風(fēng)輪的風(fēng)速，v2是葉片掃掠后的風(fēng)速，通過風(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，那么必v2＜v1，s2＞s1。如圖2-l所示。圖2-1貝茨(Betz)理論計(jì)算簡圖于是：風(fēng)作用在葉片上的力由歐拉定理求得(2-1)式中ρ--空氣當(dāng)時(shí)的密度。風(fēng)輪所接受的功率為(2-2)經(jīng)過風(fēng)輪葉片的風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化(2-3)式中ρ--空氣質(zhì)量。風(fēng)作用在風(fēng)輪葉片上的力F和風(fēng)輪輸出的功率N分別為(2-4)(2-5)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，得另其等于0，求解方程，得求得P，稱為貝茨功率系數(shù)，有而正是風(fēng)速為v1的風(fēng)能T，故(2-6)CP=0.593說明風(fēng)吹在葉片上，葉片上所能獲得的最大功率為風(fēng)吹過葉片掃掠面積s的風(fēng)能的59.3％。貝茨理論說明，理想的風(fēng)能對(duì)風(fēng)輪葉片做功的最高效率是59.3％。通常風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪葉片接受風(fēng)能的效率達(dá)不到59.3％，一般設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)葉片的數(shù)量、葉片翼型、功率等情況，取0.25—0.45。小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)局部零部件的設(shè)計(jì)在貝茨(Betz)根本理論的根底上，通過實(shí)踐設(shè)計(jì)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的局部零部件[10]。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)不受風(fēng)向限制，不用調(diào)向，發(fā)電機(jī)、增速器、聯(lián)軸器、離合器、制動(dòng)器等可直接安裝在地面上，具有結(jié)構(gòu)簡單，維修方便等優(yōu)點(diǎn)，致使一些國家不遺余力地研究。下面介紹本課題中垂直軸小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的局部零部件的設(shè)計(jì)。葉片(1)風(fēng)輪功率確實(shí)定風(fēng)輪輸出功率的最大值(2-7)式中Ne--最大輸出功率，w或；S--葉片掃掠面積，m2；v--風(fēng)速，。(2)葉片掃掠面積S(2-8)還可以表達(dá)為(2-9)式中R--葉片掃掠的最大半徑，mH--風(fēng)輪高度之半，m。(3)風(fēng)輪半徑R確實(shí)定(2-10)(4)尖速比λ確實(shí)定(2-11)(5)葉片各處的尖速比(2-12)式中--距轉(zhuǎn)動(dòng)中心不同半徑的尖速比；--葉片至轉(zhuǎn)動(dòng)中心不同位置的半徑，m；R--葉片最大轉(zhuǎn)動(dòng)半徑，m。(6)葉片弦長L根據(jù)加拿大涅太華的J．Templin(J·騰普林)試驗(yàn)結(jié)果葉片弦長可由下式給出(2-13)式中L--葉片弦長，m；K--葉片數(shù)。(7)葉片距轉(zhuǎn)動(dòng)中心不同位置的半徑的弦長L1(2-14)式中L1--葉片距轉(zhuǎn)動(dòng)中心不同半徑的弦長，m；ri--葉片距轉(zhuǎn)動(dòng)中心不同位置的半徑，m；k--葉片數(shù)。(8)增速比確實(shí)定(2-15)式中--發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，；n--風(fēng)輪額定轉(zhuǎn)速數(shù)，。(9)葉片設(shè)計(jì)計(jì)算本課題所設(shè)計(jì)的葉片如圖2-2a)葉片左視圖b)葉片的主視圖所示。其總長為1000，總寬為355，最大使用風(fēng)速為20由此得葉片掃掠面積S=1000×355=0.355風(fēng)輪輸出功率的最大值符合設(shè)計(jì)要求。圖2-2a)葉片左視圖圖2-2b)葉片的主視圖(10)葉片的材料 葉片材料采用的是鑄造鋁合金(ZL104)。Al-Si系鑄造鋁合金的鑄造性能好，密度小，重量輕，具有良好的耐蝕性，耐熱性和焊接性能，可通過熱處理來強(qiáng)化，最后外表拋光處理。所以選鋁合金材料軸轂輪轂是風(fēng)力發(fā)電機(jī)中連接主軸和葉片的關(guān)鍵部件，承當(dāng)?shù)挚癸L(fēng)載、傳遞轉(zhuǎn)矩的作用，對(duì)輪轂進(jìn)行精確的強(qiáng)度分析尤為重要。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片一般有5葉片對(duì)稱安裝在輪轂上構(gòu)成，兩葉片的夾角為72°。下面是對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)輪轂的設(shè)計(jì)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和所查資料設(shè)計(jì)出垂直軸小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的軸轂局部，如圖(2-3)所示，數(shù)據(jù)如下圖。圖2-3軸轂架子由于本設(shè)計(jì)中葉片和軸轂之間需要連接為了將軸轂和葉片連接起來，設(shè)計(jì)了其連接件--架子，其材料為Q235，加工方法是鑄造后加工孔。設(shè)計(jì)方案和數(shù)據(jù)如圖(2-4)所示。圖2-4架子支撐架出于平安和穩(wěn)定考慮為了支撐風(fēng)力機(jī)，設(shè)計(jì)了支撐架，有效地分散了風(fēng)力機(jī)的重量，承當(dāng)了局部軸向力，支撐架的低端與地面接觸，用地腳螺栓連接，起支撐作用。如圖2-5所示。圖2-5支撐架風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)中標(biāo)準(zhǔn)零部件的選型(1)風(fēng)力機(jī)軸承的選型垂直軸小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝的是推力調(diào)心滾子軸承。設(shè)計(jì)時(shí)，必須合理選擇軸承的潤滑方式和潤滑路徑。加工支撐架上的油路時(shí)，往往要打假設(shè)干工藝孔才行，最后用密封堵頭封閉這些工藝孔，防止漏油。對(duì)于雙列軸承，箱體的油孔應(yīng)對(duì)準(zhǔn)雙列軸承中間的入油孔，使油液能夠準(zhǔn)確流入軸承的內(nèi)部。有入油孔就必然對(duì)應(yīng)有出油孔，入油孔開設(shè)在方便安裝的地方。潤滑方式有：油液循環(huán)潤滑、脂潤滑、油霧潤滑、噴射潤滑等。其中油脂潤滑(如高級(jí)鋰基脂)是目前最常用的方式。油脂封入量通常為軸承空間容積的10％，如果填得太滿會(huì)加劇軸承發(fā)熱。對(duì)于油液循環(huán)潤滑，一般用于中等轉(zhuǎn)速的主軸上，多用于后支承上，設(shè)計(jì)時(shí)注意油路布局合理，既暢通、方便，又不影響其它結(jié)構(gòu)件的剛度。設(shè)計(jì)時(shí)，選擇合理的密封方式。(2)風(fēng)力機(jī)主軸上鍵的選型根據(jù)結(jié)構(gòu)需求主軸與軸轂的之間通過鍵來傳遞扭矩，在這里采用的是楔鍵連接，其尺寸為28*16*180。(3)風(fēng)力機(jī)軸轂上銷的選型根據(jù)結(jié)構(gòu)需求用銷來固定軸轂與軸的相對(duì)位置，采用的是開尾錐銷，其尺寸為16*200。變向器由于本課題所設(shè)計(jì)的垂直軸小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)力機(jī)隨風(fēng)轉(zhuǎn)動(dòng)后，其扭矩是豎直傳遞的，所以需設(shè)計(jì)一裝置使其轉(zhuǎn)化成水平傳遞的才能滿足設(shè)計(jì)要求，所以設(shè)計(jì)了一變向器來改變其方向。結(jié)構(gòu)如圖2-6所示。圖2-6變向器的主視圖錐齒輪的設(shè)計(jì)變向器的作用只是將垂直的輸出量轉(zhuǎn)化成水平輸出，無需變速，所以其錐齒輪的齒數(shù)比為1：1，在以下的計(jì)算中只列出其中一個(gè)錐齒輪的數(shù)據(jù)，另一個(gè)錐齒輪數(shù)據(jù)與其相同。其數(shù)據(jù)如下表2-1表2-1錐齒輪齒輪比u=1大端分度圓直徑de1=200mm齒數(shù)Z1=Z2=30大端模數(shù)me1=de1/Z1分錐角δ1=45°外錐距Re=de1/2sinδ1齒寬b1=φR齒寬系數(shù)φR平均分度圓直徑dm1=de1R)=170中錐距R平均模數(shù)Mm=me1R切向變位系數(shù)Xt=0徑向變位系數(shù)Xε=0.46〔1-cosδ2/ucosδ1〕=0齒頂高h(yuǎn)a1=me〔1+x1〕=6-67齒根高h(yuǎn)f1=me〔1+c＊-x1齒根角θf1=arctan(hf1/Re)=3.24°齒距角θa1=θf2=θf1頂錐角δa1=δ1+δf2=48.24°根錐角δf1=δ1-θf1=41.76°齒頂圓直徑da1=de1+2ha1cosδ1冠頂距Ak1=de2/2-ha1sinaδ1大端分度圓齒厚S1=me〔π/2+2x1tanα+xt1〕端面當(dāng)量齒數(shù)Zv1=z1/cosδ1為了防止變向器周圍環(huán)境中的灰塵、水氣、酸氣、和其他雜質(zhì)浸入軸承內(nèi)，同時(shí)防止箱內(nèi)潤滑油外漏，在軸伸出端蓋的局部，應(yīng)設(shè)置密封裝置。在多數(shù)情況下，應(yīng)使用橡膠密封圈。本章小結(jié)本章主要對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)零部件的設(shè)計(jì)及風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)中標(biāo)準(zhǔn)零部件的選型。(1)分析了個(gè)體農(nóng)業(yè)戶對(duì)對(duì)電的利用，確定了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率；(2)通過對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的了解，設(shè)計(jì)出了葉片；軸轂；變向器；架子以及支撐架；(3)通過對(duì)葉片的設(shè)計(jì)，確定了鍵的大小。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常工作的條件小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝地點(diǎn)選擇小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝機(jī)地點(diǎn)對(duì)于發(fā)電量以及平安運(yùn)行是非常重要的，以下介紹供參考：風(fēng)機(jī)的塔架盡可能的高，因?yàn)殡x地面越高，風(fēng)速越大，氣流更平穩(wěn)。在平坦的地區(qū)，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)的推薦安裝高度不低于8m。樹木及各類建筑對(duì)氣流會(huì)形成障礙，氣流在這些障礙的前方與前方均會(huì)形成一個(gè)滯緩而紊亂的紊流區(qū)域，應(yīng)該防止將風(fēng)機(jī)裝在這類區(qū)域內(nèi)。塔架高度至少要比100m內(nèi)的最高障礙物高出2m。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)制動(dòng)器的設(shè)計(jì)一般微型和小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)不設(shè)制動(dòng)器，中大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)大局部的制功器采用液壓或電磁制動(dòng)器，也有備用手制動(dòng)器的。為了使風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、重量輕，一般將聯(lián)軸器與制動(dòng)器設(shè)計(jì)在一起，并且置于增速器與發(fā)電機(jī)之間的高速軸部位，很少有布置在低速軸位置的，因?yàn)榈退佥S的制動(dòng)力矩大。我國制功器已有標(biāo)準(zhǔn)并且有商品可供給。但我國制定制動(dòng)器標(biāo)準(zhǔn)時(shí)沒有考慮風(fēng)力發(fā)電機(jī)，主要適合于通用機(jī)械、起重機(jī)械等制動(dòng)用，制動(dòng)器通常既大又重。風(fēng)力發(fā)電機(jī)用制動(dòng)器應(yīng)具有重量輕、制動(dòng)力矩大、經(jīng)久耐用、制動(dòng)可靠等特點(diǎn)。蓄電池和選型蓄電池的種類及工作根本原理電化學(xué)電池是一種把氧化復(fù)原反響所釋放出來的能量直接轉(zhuǎn)變成低電壓直流電能的裝置，蓄電池分為酸性電池和堿性電池兩大類，酸性電池也稱鉛酸電池，其電解質(zhì)為硫酸，負(fù)極為，正極為。鉛酸蓄電池廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，電池價(jià)格廉價(jià)，為鎘鎳蓄電池的1/6；高倍率放電性能良好，可用于引擎啟動(dòng)，多用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)；電池電壓在使用蓄電池中最高，可到達(dá)2.2V且易于浮充使用，沒有“記憶〞效應(yīng)。鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)我們采用鉛酸蓄電池來作為儲(chǔ)能原件[11]。蓄電池選型沈陽松下蓄電池生產(chǎn)的LC-P12100ST型蓄電池滿足我們的設(shè)計(jì)要求，根本參數(shù)如表5-1所示。表2-1蓄電池參數(shù)松下蓄電池100AH電池類型閥控密閉鉛酸蓄電池使用產(chǎn)品UPS容量100AH電壓12V其他特征407×173×210本章小結(jié)本章主要介紹風(fēng)力發(fā)電機(jī)的安裝地點(diǎn)和蓄電池的選擇及發(fā)電機(jī)的工作原理。(1)確定了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的安裝地點(diǎn)；(2)分析了蓄電池的工作原理，確定了蓄電池的型號(hào)。結(jié)論本文對(duì)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)局部零部件的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究和探討，針對(duì)垂直軸小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片；軸轂；變向器支撐架、等重要部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。其主要內(nèi)容如下：(1)分析了個(gè)體農(nóng)業(yè)戶對(duì)對(duì)電的利用，確定了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率和設(shè)計(jì)方案；(2)根據(jù)現(xiàn)有理論和條件要求設(shè)計(jì)出了適宜的葉片，并利用CAD軟件建立葉片的模型，葉片是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)也是難點(diǎn)，它直接影響所設(shè)計(jì)的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作效率；(3)根據(jù)垂直軸的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出了軸轂；支撐架；變向器等零部件，風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)中標(biāo)準(zhǔn)零部件的選型并利用CAD軟件建立了模型；(4)根據(jù)用戶的需求，設(shè)計(jì)出了風(fēng)力發(fā)