風力壓縮空氣蓄能裝置總體設計

中文題目：風力壓縮空氣蓄能裝置總體設計外文題目：OVERALLDESIGNOFWINDSTORAGEDEVICE畢業(yè)設計（論文）共77頁（其中：外文文獻及譯文14頁）圖紙共4張完成日期2015年6月答辯日期2015年6月摘要風能為無污染的再生能源，我國的風力資源豐富。因而在我國風力發(fā)電機作為最常見的運用。由于風力時有時無，風向和風力也不斷的變化，因而風力機一般都配有電力存儲裝置，將產生的電能存儲起來，從而加強了風力發(fā)電機的穩(wěn)定性。但是風力發(fā)電機的工作過程能量發(fā)生了多次的轉換，因而也產生了大量的能量損失，從而影響了風力發(fā)電機的效率，本設計研究風力壓縮空氣儲能裝置來攫取并儲存風能。風能帶動風車直接轉動，風車連接空氣壓縮機，攫取風能以后轉化為動能來直接帶動壓縮機壓縮空氣，使產生的高壓氣體儲存于儲存裝置，使動能轉換為壓縮位能。并設計了配套的風機葉片、增速器、剎車裝置、調向裝置和調速裝置。關鍵詞；風能；空氣壓縮機；風動力AbstractWindispollution-freerenewablesourcesofenergy,andisrichinwindresourcesinourcountry,especiallyinthenortheast.Thuswindturbinesasoneofthemostcommonuseinourcountry.Becausewhenthewind,thewindandthewindisconstantlychanging,andwindturbineisequippedwithapowerstoragedevicecommonly,willproducetheelectricenergystored,tostrengthenthestabilityofwindturbines.Buttheworkingprocessofthewindturbineenergyconversionhaveoccurredmanytimes,andthereforeproducedalargeamountofenergyloss,whichaffectstheefficiencyofwindturbines,thisdesignstudywind-poweredcompressed-airenergystoragedevicetograbandstorewindpower.Windturndirectdrivewindmill,windmillconnectedaircompressors,grabafterwindenergyintokineticenergytodrivethecompressorcompressedairdirectly,makethehighpressuregasstoredinthestoragedevice,thekineticenergyisconvertedtocompressthepotentialenergystoredinthestoragedevice.Anddesignformacompletesetofaccelerator,brake,transferredtothedeviceandcontroldevice.Keywords:Windpower;Aircompressor;Thewindpower目錄TOC\o"1-3"\h\u46411.緒論 ③玻璃鋼葉片所謂玻璃鋼就是環(huán)氧樹脂，不飽和樹脂等塑料摻入長度不同的玻璃纖維或碳纖維而做成的增強塑料。增強塑料強度高、重量輕、耐老化，表面可再纏玻璃纖維及涂環(huán)氧樹脂，其他部分填充泡沫塑料。玻璃纖維的質量還可以通過表面改性、上漿和涂覆加以改進。LM玻璃纖維公司致力于開發(fā)長達54m的全玻璃葉片，其單位kwh成本較低。2)葉片材料選擇原則材料應有足夠的強度和壽命，疲勞強度要高，靜強度要適當。必須有良好的可成形性和可加工性。密度低，硬度適中，重量輕。材料來源充足，運輸方便，成本低。3)選擇本次設計葉片材料本次設計選取木質葉片。在我國東北地區(qū)，尤其是小型風力機的設計中，葉片往往采用以木材為芯，外包若干層玻璃鋼。木材選用產于內蒙古東北部及黑龍江等地的樟木。樟木質地堅硬，許用應力比較大，還減少了破壞丟棄后的污染。外包的玻璃鋼層采用無堿玻璃纖維，其抗拉強度為3120Mpa，介電數(shù)較低，抗疲勞強度高，尺寸穩(wěn)定性好，化學穩(wěn)定性好，耐候性好。無堿玻璃纖維的一系列優(yōu)異性能使它成為近代工業(yè)應用廣泛的增強材料。本章小結：本章確定了風力機的具體形式和葉片數(shù)、翼型等基本參數(shù)。并通過圖解法發(fā)生得出了葉片的半徑、傾角、攻角、弦長的安裝參數(shù)。選擇了葉片的材料和葉片內部的構造。

4風力機主軸的結構設計4.1主軸相關參數(shù)計算1)選擇主軸材料選用45鋼正火處理，強度極限，許用彎曲應力。表4-1常用軸材料的A0值Table4-1commonlyusedshaftmaterialA0value軸的材料Q235A,20354540Cr，35SiMn[τT]12—2020—3030—4040—52A0160—135135—118118—107107—982)按扭轉強度估算軸的直徑 (4-1)則取軸的直徑為整數(shù)，取主軸d=50mm式中：d——主軸軸頸，mm；P——風輪機輸入功率，kw；n——風輪機額定轉速，r/min;A——主軸參數(shù)，查表取A=110；3)主軸鍵的選擇主軸鍵的擠壓應力校核公式； (4-2)取[σp]=120,N/mm2選取平鍵b×h=28×16;t=10mm,k=h/2=8mm;l=38mm,d=75mm;σp=2T/dkl=46.5<[σp]所以該鍵合理。式中：[σp]——許用擠壓應力，MPa；K——鍵與軸槽的接觸高度，mm，k=h/2；H——鍵高，mm；L——鍵的工作長度，mm；4.2軸段校核圓盤作用在主軸上的力由下類公式求出；主軸所受轉矩： (4-3)式中：T——軸傳遞的轉矩，N.mm；P——軸傳遞的功率，kw；n——軸的額定轉速，r/min；T=9.55×103×=0.583×106N.mmV= （4-4） （4-5）式中：V——圓盤體積，m3；m——圓盤質量，kg；計算作用在主軸上的力查表求得；m葉片；m葉軸m總=3×（m葉片+m葉軸）+m=96.19kgF=mg=961.9N式中：m總——三葉片風輪和圓盤整體重量，kg；F——作用在主軸上的總力，N；對主軸的彎曲強度校核如下：M=961.9×h=47575N.mm按彎扭合成強度驗算： （4-6）11.4〈55 式中：Mca——計算彎矩；α——根據(jù)轉矩所產生應力的性質而定的應力校正系數(shù)；M——主軸彎矩；表4-2應力校正系數(shù)Table4-2stresscorrectionfactor轉矩類型不變化轉矩脈動變化轉矩頻繁正反變化轉矩應力校正系數(shù)0.30.61表4-3軸的許用彎曲應力Table4-3axisallowablebendingstress材料σB[σB]+1[σB]0[σB]-1碳素鋼40013070405001707545600200955570023011065所以選取d=50mm的主軸最小軸頸校核強度滿足要求。主軸從左到右裝配的零部件分別為；1）彈簧擋板調節(jié)螺母2）彈簧上擋板3）壓縮彈簧4）彈簧下?lián)醢?）圓盤定位螺母6）帶輪轂圓盤7）支撐軸承座。見圖4-1。圖4-1主軸裝配圖Figure4-1spindleassemblydrawing本章小結：本章通過扭轉力距經驗公式求出主軸的最小軸徑，并驗算最小軸徑符合強度要求。并完成了主軸的零件裝配。

5傳動機構設計傳動裝置是大多數(shù)機器的主要組成部分。傳動件及傳動裝置設計是否合理、制造和裝配質量是否符合要求，將成為決定產品質量的關鍵。傳動可以分為機械傳動、流體傳動和電傳動三類。而機械傳動按其工作原理分為嚙合傳動與摩擦傳動，具體分為鏈傳動、帶傳動、齒輪傳動、蝸桿傳動四類。根據(jù)風力機傳動特點和工作環(huán)境要求，一般均選擇齒輪傳動。齒輪傳動是機械傳動中最重要、應用最廣泛的一種傳動形式。其主要優(yōu)點是：具有瞬時傳動比恒定、可靠性高、壽命長、結構緊湊。齒輪傳動分為開式、半開式和閉式三種傳動方式。由于風力發(fā)電機工作環(huán)境惡劣，一般采用閉式傳動以滿足潤滑要求。增速器是指安裝在原動機與工作機之問獨立的閉式傳動裝置，用于增加轉速應相應減小轉矩。增速器是風力機組的重要組成部分，它承擔了調速、改變運動形式、動力和運動的傳遞和分配等功能。5.1風力發(fā)電機增速器的選擇由于槳葉輪的轉速較小，因此需要借助增速器來帶動空壓機，增速器的原理與減速器相同，只是將其的輸出與輸入調換，根據(jù)設計要求，本次設計功率小，扭矩小的特點選用ZLY漸開線圓柱齒輪減速器。5.2使用范圍和特點1)適用范圍ZLY型漸開線圓柱齒輪減速器分單級、兩級、三級三個系列。主要適用于冶金、礦山、運輸、水泥、建筑、化工、紡織、輕工等行業(yè)。高速軸轉速不大于1500r/min，齒輪的圓周速度不大于20m/s；工作環(huán)境的溫度范圍-40到45。低于0時，啟動前潤滑油應預熱。2)主要特點a.體積小、重量輕。b.傳動效率高c.適應性強，傳動功率范圍大。d.運轉平穩(wěn)，噪聲小。使用壽命達10年以上。5.3增速器的承載能力和選擇方法增速器的承載能力受機械強度和熱平衡許用功率兩方面的限制。因此，增速器的選用必須通過兩個功率表。增速器的功率P1和熱功率PC1，PC2列于下表。減速器的工況系數(shù)KA列于表。減速器的載荷分類列于表。熱功率系數(shù)f1f2f3列于表。增速器安全系數(shù)SA見表。首先按增速器機械強度許用公稱功率P1選用，如果增速器的實用輸入轉速與承載能力表中的三檔轉速之某一檔轉速相對誤差不超過4%，可按該功率下的公稱功率選用相當規(guī)格的減速器；如果轉速的相對誤差超過4%，則按照實際轉速折算減速器的公稱轉速選用。然后校核熱平衡許用功率。原動機每日工作小時輕微沖擊載荷U中等沖擊載荷M強沖擊載荷H原動機每日工作小時輕微沖擊載荷U中等沖擊載荷M強沖擊載荷H電動機汽輪機水力機≤30.811.54-6缸活塞發(fā)動機≤311.251.75>3-1011.251.75>3-101.251.52>101.251.52>101.51.752.25表5-1增速器工況系數(shù)KATable5-1reduceroperatingmodecoefficientofKA表5-SEQ表格\*ARABIC2增速器安全系數(shù)SATable5-2reducersafetycoefficientofSA重要性與安全要求一般設備，減速器失效僅引起單機停產且易更換設備重要設備，減速器失效引起機組、生產線或全廠停產高度安全要求，減速器失效引起設備，人身事故SA1.1—1.31.3—1.51.5—1.7風力機為中等沖擊，每日工作小時數(shù)大于10h，所以KA=1.5,風力機為一般設備得KA=1.2P2m=P2KASA=10kw×1.5×1.2=18kw （5-1）要求按i=10及n=1000r/min，查表選用ZLY125增速器。第二部，校核熱功率P2t能否通過。要計入系數(shù)f1、f2、f3，應滿足：P2t=P2f1f2f3≤Pc1 （5-2）查表得：f1=1.31f2=1（每日24小時連續(xù)工作）f3=1.05（P2/P1）=1.05×10/24=0.4375P2t=P2f1f2f3=5.7≤24所以符合5.4傳動方案的確定風力機齒輪增速器箱的種類很多，按照傳統(tǒng)類型可分為圓柱齒輪速器箱箱、行星齒輪速器箱以及它們互相組合起來的齒輪速器箱；按照傳動的級數(shù)可分為單級和多級齒輪箱；按照傳動的布置形式又可分為展開式、分流式和同軸式以及混合式等。常用齒輪箱形式及其特點和應用見表5-4。表5-4常用風力機組增速箱的形式和應用Table5-4commonlyusedwindturbineandapplicationintheformofgrowthinthebox傳遞形式傳動簡圖推薦傳動比特點及應用兩級圓柱齒輪傳動展開式結構簡單，但齒輪箱對于軸承的位置不對稱，因此要求軸有較大剛度。高速級齒輪布置在原理轉矩輸入端，這樣，軸在轉矩作用下產生的扭轉變形可部分抵消，以減緩沿齒寬載荷分布不均現(xiàn)象，用于載荷比較平緩場合。高速級一般做成斜齒，低速級可做成直齒分流式結構復雜，但由于齒輪箱對于軸承對稱布置，與展開式相比載荷沿齒寬分布均勻、軸承受載較均勻，中間軸危險截面上的轉矩只相當于軸所傳遞轉矩的一半，適用于變載荷的場合。高速級一般用斜齒，低速級可用直齒或人字齒同軸式減速器橫向尺寸較小，兩對齒輪浸入油中深度大致相同，但軸向尺寸和重量較大，且中間軸較長、剛度差，使沿齒寬載荷分布不均勻，高速軸的承載能力難于充分利用同軸分流式每對嚙合齒輪僅傳遞全部載荷的一半，輸入軸和輸出軸只承受轉矩，中間軸只受全部載荷的一半，故與傳遞同樣功率的其他減速器相比，軸頸尺寸可以縮小11kw增速箱由于功率小，小轉矩的特點，通常采用功率展開式傳動。5.5增速器基本設計要求及設計步驟增速器齒輪箱的主要設計要求如表5-5所示。表5-5原始設計要求Table5-5originaldesignrequirements名稱參數(shù)額定功率11kW增速比5輸出轉速900-1000r/min輸入轉速180r/min分度圓壓力角20°模數(shù)3增速器設計步驟：1)根據(jù)傳動裝置的使用要求及工作特點確定傳動形式為二級圓柱齒輪減速器。2)確定展開式傳動方案。3)根據(jù)選定的電機的輸入速度和經過減速機構減速后的輸出速度，確定出這個減速機構的傳動比范圍。輸入轉度：180r/min增速機構增速后的輸出速度：1000r/min當設計展開式兩級圓柱齒輪減速器時。當兩級相對的材料相同，齒寬系數(shù)相同時，令齒面接觸強度大致相同，傳動比可按下式分配：式中：——高速機傳動比i——減速器傳動比 （5-3）5.6增速器各傳動部件的材料及力學性能由于風力機組具有工作環(huán)境惡劣、受力情況復雜等特點。因此，與一般傳動機構相比，除了要滿足機械強度條件外，還應滿足極端溫差條件下的一些機械特性，如低溫抗脆性、低膨脹收縮率等。對于傳動部件而言，一般情況下不采用分體式結構或者焊接結構，齒輪毛坯盡可能采用輪輻輪緣整體鍛件形式以提高承載能力。齒輪采用優(yōu)質合金鋼鍛造制取毛坯己獲得良好的力學特性。表3-9列出本文所設計的增速器各傳動部件的材料及力學性能。表5-6各傳動部件材料及力學性能Table5-6materialsandmechanicalpropertiesofthetransmissionparts傳動件材料牌號熱處理種類機械性能硬度第一級大齒輪45調質53026515-621740-50第一級小齒輪ZG42SiMn正火588373163-21745-53第二級大齒輪45調質530265156-21740-50第二級小齒輪45調質530265156-21740-505.7第一級漸開線圓柱齒輪設計根據(jù)直齒輪接觸強度估算一級傳動的中心距： （5-4）式中：a——中心距；u——齒數(shù)比，2.5；K——載荷系數(shù)，一般可取K=1.2-2——小齒輪傳遞的額定轉矩；σhp——許用接觸應力；Фa———齒寬系數(shù)，0.4；a≥122.5，取a=152.5mm1)模數(shù)m在減速器中，m通常?。?.007—0.02）a。載荷穩(wěn)定，中心距a大于軟齒面按較小值，沖擊載荷或過載過大，中心距a小及硬齒面取較大值。對于開式傳動，m=0.02a左右。對于傳遞動力的傳動模數(shù)m應不小于2mm。根據(jù)上述經驗公式估算出模數(shù)m后，要取為標準值，見下表。表5-7標準模數(shù)表Table5-7standardmoduletable第一系列11.251.522.53第二系列1.752.252.7m=0.02a=3.04優(yōu)先選用第一系列，括號內數(shù)值盡可能不用。m=32)齒數(shù)的計算當中心距一定時，齒數(shù)越多，則重合度增大，改善了傳動的平穩(wěn)性。同時齒數(shù)多則模數(shù)小，齒頂圓直徑小，可讓滑動比減小，因此磨損小，膠合的危險也小。但是齒數(shù)增多則模數(shù)減少彎曲程度降低。通常z1≥18~30，閉式傳動，HB≤350，過載不大應該取較大值；HB≥350，過載大，應該取較小值。一般減速器z1+z2=100~200.d1=2a/(1+u)=87mm （5-5）d2=2(a-d1)=218mm因為z1=29≥18，z1+z2=73+29=102≤200。所以該設計符合要求。3)齒寬齒寬系數(shù)Φ，齒寬系數(shù)取得越大，可使中心距及直徑d減少；但是齒寬越大，載荷延齒寬分布不均勻的現(xiàn)象越嚴重。一般Φ=0.1—1.2，閉式傳動常用Φ=0.3—0.6，通常減速器取0.3.在設計減速器時，Φ的標準值為：0.2，0.25，0.3，0.4，0.5，0.6，0.8，1.0，1.2.本次由于是閉式傳動，Φ=0.3B=0.3×152.5=47mm具體參數(shù)如表5-8。表5-8第一級平行軸直齒輪參數(shù)Table5-8first-levelparallelshaftspurgearparameters齒數(shù)模數(shù)變位系數(shù)齒頂圓齒根圓分度圓螺旋角第一級直齒輪一73302252112180°直齒輪二29309580870°5.8第二級漸開線圓柱齒輪設計計算方法同一級齒輪，具體參數(shù)如表5-9。表5-9第二級平行軸直齒輪參數(shù)Table5-92parallelshaftspurgearparameters齒數(shù)模數(shù)變位系數(shù)齒頂圓齒根圓分度圓螺旋角第二級直齒輪一57301781631720°直齒輪二29309484860°本章小結：本章選擇了減速器的基本類型，確定了減速器的減速比以及傳動方式。具體的設計了二級減速器的兩級傳動。計算出了齒輪的直徑、寬度和中心距等具體參數(shù)。

6液力耦合器的選擇液力耦合器是利用液體的動能而進行能量傳遞的一種液力傳動裝置，它以液體油作為工作介質，通過泵輪和渦輪將機械能和液體的動能相互轉化，從而連接原動機與工作機械實現(xiàn)動力的傳遞。液力耦合器是以液體為工作介質的一種非剛性聯(lián)軸器。6.1液力耦合器特點液力耦合器是一種柔性的傳動裝置，與普通的機械傳動裝置相比，具有很多獨特之處:能消除沖擊和振動;輸出轉速低于輸入轉速，兩軸的轉速差隨載荷的增大而增加;過載保護性能和起動性能好，載荷過大而停轉時輸入軸仍可轉動，不致造成動力機的損壞;當載荷減小時，輸出軸轉速增加直到接近于輸入軸的轉速，使傳遞扭矩趨于零。液力偶合器的傳動效率等于輸出軸轉速與輸入軸轉速之比。一般液力偶合器正常工況的轉速比在0.95以上時可獲得較高的效率。液力偶合器的特性因工作腔與泵輪、渦輪的形狀不同而有差異。它一般靠殼體自然散熱，不需要外部冷卻的供油系統(tǒng)。如將液力偶合器的油放空，偶合器就處于脫開狀態(tài)，能起離合器的作用。但是液力耦合器也存在效率較低、高效范圍較窄等缺點。6.2液力耦合器安裝方式液力耦合器的輸入軸與變速器高速軸聯(lián)在一起，隨電動機的轉動而轉動，是液力耦合器的主動部分。渦輪和輸出軸鏈接在一起，是液力耦合器的從動部分，與負載鏈接在一起，即連接空壓機。6.3液力耦合器的選擇1)假如所選用的液力耦合器的額定工況效率為?=0.97，那么風力機輸出的功率Pds，也是液力耦合器傳遞的功率PB為：PB=Pd=P （6-1）2)按表選QAY—420A1型限矩型液力耦合器，由查表得當n=970r/min時，傳遞功率PB=10~17kw，過載系數(shù)T=2~2.5。表6-1液力耦合器技術參數(shù)Table6-1hydrauliccouplertechnologyparameters型號輸入轉速r/min傳遞功率范圍kw過載系數(shù)效率QAY-360A29705.5~7.52~2.50.98~0.95QAY-360A2147017~302~2.50.98~0.95YOX42010005~152~2.50.96YOX420150020~502~2.50.96QAY—420A197010~172~2.50.98~0.95QAY—420A1147040~652~2.50.98~0.95本章小結：本章通過增速器高速軸的轉速和轉軸的功率，選取了液力偶合器的型號。并確定了液力偶合器的工作方式和工作原理。

7空壓機的選取7.1空壓機基本類型選擇常見的空壓機的類型有活塞式空壓機、滑片式空壓機和螺桿式空壓機?；钊娇諌簷C中活塞的往復運動是由原動力機帶動曲柄轉動，通過連桿帶動滑塊在滑道里移動，這樣活塞桿帶動活塞做直線往復運動?；钊娇諌簷C產生熱量大，工作效率低，多采用二級活塞式空壓機。滑片式空壓機的轉子帶動徑向槽里的滑片在離心力的作用下，沿汽缸內壁做回旋運動?；綁嚎s機由于滑片和氣缸內壁由較大的摩擦，能量損失較大，效率低。螺桿式空壓機雖然轉子型線復雜，制作成本較高，但體積小、重量輕，零件小。適合安裝于本次設計。7.2排氣壓力選擇選擇空氣壓縮機應考慮排氣壓力的高低和排氣量的大小。一般用途空氣動力用壓縮機排氣壓力為0.8MPa。目前社會上有一中排氣壓力為0.6MPa的空氣壓縮機，從使用角度看是不合理的，因為對風動力工具而言它的壓力余量太小了，輸氣舉例稍微遠一些就不能使用。從設計的角度看這種壓縮機為一級壓縮，壓比太大，容易引起排氣溫度過高，造成氣缸積碳，導致事故發(fā)生。因此綜合上述考慮選擇0.8MPa排氣壓力的空氣壓縮機。7.3空氣壓縮機型號的選擇因為轉速為n=900r/min，額定功率為p=11kw，排氣量為0.8MPa，空氣壓縮機類型為螺桿式空氣壓縮機，所以選型EAS-15螺桿式空氣壓縮機。本章小結：本章通過高速軸轉速和額定功率選擇螺桿式空壓機，所選擇型號為EAS-15螺桿式空氣壓縮機。

8風力發(fā)電機的其他元件的設計8.1剎車系統(tǒng)設計風力機的剎車系統(tǒng)裝置用來保證風力機在維修或大風期間以及停機后風輪處于制動狀態(tài)并鎖定，而不致盲目轉動。鎖定裝置是將已經制動到靜止的風輪固定住或防止機艙轉動的裝置。當剎車裝置作用時能保證風輪安全達到靜止狀態(tài)。8.1.1剎車系統(tǒng)硬件設計在風力機的系統(tǒng)的基礎上，分別在低速軸和高速軸上加一套剎閘，同時各加一套轉速傳感器。轉速傳感器選擇霍爾感應式傳感器，該傳感器靈敏度高，感應轉速范圍大，所以采用這種轉速傳感器。同時對剎車制動液壓系統(tǒng)做改進，加裝電磁閥及液壓控制閥。低速軸上的剎車閥只起輔助剎車作用，尺寸和剎車力矩都不需要很大，由于低速軸上的剎車閘起輔助作用，高速軸的剎車閘剎車就不會對齒輪箱造成太大的慣性沖擊，減少齒輪箱的損壞，延長了齒輪箱的壽命，同時也縮短了剎車時間。圖8-1風力剎車系統(tǒng)示意圖Figure8-1windpowerbrakesystemschematicdiagram8.1.2系統(tǒng)功能的設計剎車系統(tǒng)以高速軸的轉速差為反饋值形成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。在風力機剎車系統(tǒng)中利用高速軸與低速軸的速度差值，如果這一速度差值在一定的范圍內，那么它就不會對齒輪箱照成太大的沖擊。剎車控制機構采用單片機來實現(xiàn)采樣，信號送入單片機，經過單片機內部程序的判斷控制通過高低俗軸上的液壓控制閥的通斷，從而控制高低速軸上剎車閘的工作。圖8-2閉式風力機剎車系統(tǒng)示意圖Figure8-2closedwindturbinebrakingsystemschematicdiagram8.1.3手動剎車設計由于機械維修以及意外情況的發(fā)生需要對風輪機進行剎車，所我們在增速器高速軸側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剎車帶使風輪轉速降低直至止。圖8-3剎車裝置裝配圖Figure8-3brakeassembly剎車帶的復位由彈簧套筒內的彈簧來保證停止剎車后剎車皮與輪轂不在接觸。本設計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)復位彈簧、5)彈簧套筒蓋等零件組成。8.2托架的基本結構托架是放置輪盤、主軸、增速器、空壓機以及回轉體、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。下托板與回轉體上端面聯(lián)接，中間放置滑環(huán)和滑輪組件。滑輪組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。8.3調向機構的選擇8.3.1常用的調向機構1)尾舵調向尾舵調向結構簡單、調向可靠、容易制造、成本低，常為微，小風力機所采用。設計尾舵應保證尾舵在風向偏離風輪30o角之內調向，使風輪對準風向。風向是變化的，尾舵調向應該柔和而不應該頻繁轉頭。2)下風向調速下風向風力機調向不需要任何跳向裝置而自行調向，但風向不斷變化易使風輪不斷搖擺，因此需要加裝阻尼器，以減輕風輪的左右搖擺。所謂阻尼器就是隨風轉動的機艙下面的轉盤上設置兩對或三對對稱的橡膠或尼龍摩擦塊，摩擦塊由可調彈簧壓在轉盤的彈簧上，摩擦塊支座固定在塔架上。3)側風輪調向側風輪調向就是就是在機艙后設置一個或兩個低速風輪，側風輪與主風輪軸線垂直或成一定角度，側風輪直接帶動蝸桿驅動安裝在塔架上的渦輪，側風輪及所帶動的蝸桿安裝在與機艙一起轉動的轉盤上。當風向偏離主風輪一個角度后，側風輪迎風面增大，開始轉動，帶動蝸桿驅動渦輪。因為蝸桿固定在塔架上。所以蝸桿帶動渦輪轉動并帶動機艙轉動，遮影安裝在機艙上的風輪對準風向，達到調向的目的。8.3.2調向機構選擇調向機構就是風輪正常運轉時一直使風輪對準風向的機構。風力機的調向機構有很多種。因為本次設計為小型風動力空氣壓縮機，所以選用尾舵調向。尾舵調向可靠，易于制造，成本低，多為小型風力機所彩采用。而下風向調速和側風輪調速多為大型風力機使用。圖8-4尾舵調速簡圖Figure8-4sternruddercontroldiagram8.3.3尾舵形狀的選擇尾舵也稱尾翼，是常見的一種對風裝置，微、小型風力機普遍用它。尾舵有三種基本形式如圖左是老式，圖中為改進式，圖右為新式，它的翼展與弦長比為2~5，對風向變化反應敏感，跟蹤性好。因此選擇第三種形式。圖8-5尾舵形狀圖Figure8-5sternrudderfigureshape8.4塔架設計8.4.1塔架形式選取本次設計選用木質塔架。微小型風力機可以木質塔架，為增加溫度。為增加穩(wěn)度可設計為上窄下寬的形式并采用拉線。木質塔架質量輕，柔性好，而且塔架廢棄后也不會污染環(huán)境，是天然的環(huán)保材料。8.4.2塔架高度的確定通常情況下，歲高度增加風速不斷增大，塔架越高，風力發(fā)電機單位面積所捕捉的風能就越多，地面渦流對風輪的影響也越小，但技術要求，吊裝難度及造價也相應的提高。所以風力機的塔架高度的選取要綜合考慮當?shù)丨h(huán)境、技術與經濟等因素。一般來將，塔架的最低高度H由下式決定H=R+h+L （8-1）式中：R——風輪半徑，5m；h——最近障礙物距離風力機高度；L——障礙物最高點到風輪掃過面最低點的距離，一般?。?.5-2m）；H=R+h+L=5+2+18=25m8.5調速機構的選擇風能是一種不穩(wěn)定能源，風速的隨機性很大，所以風力發(fā)電機風輪葉片隨著風速的變化其轉速也在不斷的變化，風輪轉速的變化會使風力機的輸出功率不斷變化。為了使風力發(fā)電機的輸出功率穩(wěn)定在一定的范圍內，就必須使風輪的轉速穩(wěn)定在一定的范圍內，因此需要調速裝置。調速裝置風力發(fā)電機設計的額定風速以上開始其調速作用，當風速小于額定風速時不起調速作用。由于本次設計為小型風力機，所以選用離心飛球變槳調速裝置。微，小型風力機常采用結構簡單的離心飛球變槳調速裝置。當風速在額定風速以內時飛球的離心力與彈簧的初壓力相平衡，調速機構不起調速的作用，當風速超過額定風速時，風輪的轉速也相應的超過額定轉速。由于風輪轉速加快，飛球離心力變大并克服彈簧的初壓力向外張快經連桿傳遞帶動大圓錐齒輪轉動，而與大圓錐齒輪嚙合的小圓錐齒輪也轉動，小圓錐齒輪的轉動改變了葉片的安裝角。圖8-6離心飛球變槳調速裝置Figure8-6isanalyzed.studyingcentrifugalballspeedregulatingdevice本章小結：本章設計選取了風力機的輔助工作機構。設計了塔架的結構和高度。選取了尾舵調向機構，離心飛輪變槳調速機構。

9風力機回轉體結構設計9.1初步估計回轉體危險軸頸的大小1）為回轉體，由于回轉體位于整體裝置的重心偏移處，所以槳葉、槳葉軸、圓盤、增速器和托架對回轉體會產生正向彎矩，空壓機對回轉體產生負向彎矩。圖9-1回轉體受力簡圖Figure9-1theaxisymmetricalstressdiagram=652mm；=96.19.kg；N.m=256mm；＝300kg；＝20mm；＝150kg；＝376mm；＝200kg；M4=75.2 （9-1）由于軸在強度上滿足下式： （9-2）計算軸的直徑時，式可寫成d>24 （9-3）本設計中d取50mm所以完全符合強度要求。式中——六片槳葉、槳葉軸與圓盤整體自重到回轉體中心線的距離，mm；——增速箱重心到回轉體中心線的距離mm；——托架重心到回轉體中心線的距離，mm；——空壓機重心到回轉體中心線的距離，mm；——六片槳葉、槳葉軸與圓盤整體自重kg；——增速箱重量，kg；——托架重量，kg；——發(fā)電機重量，kg；——圓盤背面受風施加給回轉體的彎矩，N；──合成彎矩，；9.2結構設計回轉體由：回轉軸底盤、加強鈑金、回轉軸軸承軸肩、回轉軸推力軸承軸段、回轉軸危險軸段、滑動軸承注油口、回轉軸軸向定位段、安裝滑環(huán)軸段、軸向定位螺母、軸向定位擋板、回轉體上聯(lián)接板、銅套、無縫鋼管、推力軸承等部分組成。其中回轉軸的左右擺動問題通過滑動軸承來解決它能很好的解決由于頂部重心偏向前而引起對軸的彎矩，加強了回轉軸的抗彎強度?；剞D軸擋板可以在安裝過程中防止回轉軸脫落下滑，回轉軸中心鉆出通孔此處為空壓機管道線路。因回轉軸固定在塔架上當風向改變對風時套筒上方連接的所有部件隨著套筒一起轉動銅套與套筒為過盈配合，銅套與回轉軸之間用潤滑油潤滑所以輸電線路不會纏一起。圖9-2回轉體裝配圖Figure9-2ofrotorsassemblydrawing本章小結：本章利用彎曲強度校核公式求出了回轉體最小軸直徑，并設計了回轉體的結構和裝配零件。

10壓縮空氣設備選型壓縮空氣系統(tǒng)通常由壓縮空氣產生和處理兩部分組成。壓縮空氣產生是指空氣壓縮機提供所需的壓縮空氣流量。壓縮空氣的處理是指主管道空氣過濾、后冷卻器、油水分離器、儲氣罐、空氣干燥器對空氣的處理。當大氣中的空氣進入空壓機進口時，空氣中的灰塵、雜質也一并進入空壓機內。因此需要在空壓機進口處安裝主管道空氣過濾器，盡可能減少、避免空壓機中的壓縮氣缸受到不當?shù)哪p。經空氣壓縮機壓縮后的空氣可達140~180℃，并伴有一定量的水分、油分，必須對空壓機壓縮后的氣體進行冷卻、油水分離、過濾、干燥等處理。圖10-1壓縮空氣設備圖Figure10-1thecompressedairequipment1———空氣過濾器；2———空氣壓縮機；3———后冷卻器；4———油水分離器5，8———儲氣罐；6———空氣干燥器；7———空氣精過濾器本章小結：選取了空壓機的配套的后冷卻器、油水分離器、空氣干燥器等配套裝置。

11結論本文進行了風力壓縮空氣儲能裝置的總體設計。運用圖解法求出了葉型的基本參數(shù)，設計了二級傳動圓柱增速器，選取了液力耦合器和空氣壓縮機站。并對其的基本工作原理和適用范圍有了初步的了解和掌握。本次設計相對比以往風能蓄能方式提高系統(tǒng)的效率，減少了中間的過程。本次設計產生的壓縮氣體初步達到氣動工具的動力來源的標準。證明風力壓縮機在未來可以投入生產和實踐。目前風力壓縮機所產生的輸出流量不如電動壓縮機。如果能在葉片的材料和外形，葉輪和壓縮機的連接及風址的選擇等方面進行進一步的改進，則風力壓縮機在外來的發(fā)展會更加具有前景。

致謝緊張而又有序的畢業(yè)設計就要結束了?；叵胝撐膶懽鞯娜杖找挂?，心中充滿了無限的感激之情。在這一個學期的設計過程中，師建國老師對我的設計提供了非常大的幫助，在這里深深的感謝您！從課題選擇、方案論證到具體設計和畫圖，無不凝聚著師老師的心血和汗水。而且對我設計中的錯誤進行細心的指出和修改，耐心的為我講解工作原理，在百忙之中修改我的設計初稿，在這里再次的感謝您！本設計的完成也凝聚了本專業(yè)其他老師和同學的辛勤汗水，是他們無私的幫助和支持，才使我的畢業(yè)論文工作順利完成，在此向大家表示由衷的謝意。

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．公司資助的研究計劃¨。。中指出，直徑為120m風輪葉片部分使用碳纖維可有效減少總體自重達38％，設計本錢減少14％。但碳纖維價格昂貴，極大地限制其在風機葉片上的使用?，F(xiàn)今碳纖維產業(yè)仍以發(fā)展輕質、良好結構和熱性質佳等附加值大的航空應用材料為主。但很多研究員卻大膽預言碳纖維的應用將會逐步增加。風能的本錢效益將取決于碳纖維的使用方式，未來若要大量取代玻璃纖維，必須低價才具有競爭力。3風輪葉片發(fā)展趨勢3.1葉片造型的發(fā)展前面提到風機葉片專用翼型已成系列，但還存在很大改進空問。采用柔性葉片也是一個發(fā)展方向，利用新型材料進行設計，從而改進空氣動力和葉片受力狀態(tài)，增加可靠性和對風能捕捉量。在開發(fā)新的葉片外形上也進行大量嘗試，Enercon公司對33m葉片進行空氣動力實驗，經過精確的測定，葉片的實際氣動效率為56％，比按照Betz計算的最大氣動效率低約3—4％。為此，該公司對大型葉片外形型面和結構都進行了必要的改進，包括為抑制天生擾流和旋渦在葉片端部安裝“小翼”，如圖5所示；為改善和進步渦輪發(fā)電機主艙四周的捕風能力，對葉片根莖進行重新改進，縮小葉片的外形截面，增加葉徑長度；對葉片頂部和根部之間的型面進行優(yōu)化設計。在此基礎上，Enercon公司開發(fā)出旋轉直徑71131的2MW風力發(fā)電機組，改進后葉片根部的捕風能力得以進步。Enercon公司在4．5MW風力發(fā)電機設計中繼續(xù)采用此項技術，旋轉直徑為112m的葉片端部仍安裝有傾斜“小翼”，使得葉片單片的運行噪音小于3個葉片(旋轉直徑為66m)運行時產生的噪音。3.2葉片材料的進展風機機組正朝著大型化發(fā)展，葉片長度越來越長，捕捉的風能越來越多。風場經營者和能源公司都看好大葉片，因此Enercon公司的6MW機組應運而生，GE公司的7MW機組研發(fā)緊鑼密鼓，而英國正在研制IOMW的巨型風力機¨。如此大功率風機配套的葉片將是超規(guī)模的。目前普遍采用的玻纖增強聚脂樹脂、玻纖增強環(huán)氧樹脂將無法滿足要求。所以必須開發(fā)更為先進的材料，具備輕質、高強以及剛性好的性能。碳纖維的使用已成必然，但一般以碳／?；祀s的形式出現(xiàn)。3TEX開發(fā)了一種三維混雜結構，如圖6所示。這種結構具備高強度、高剛度特性，同時該結構能使樹脂灌注速度加快，縮短工作時間。且這種結構較厚，減少了展層層數(shù)，節(jié)約勞動力，降低了生產本錢。實際結果表明，使用這種混雜纖維形式比全玻璃鋼葉片減輕質量約為10％左右。在未來的十幾年里，有大量的葉片將會退役，退役后葉片的處理將是我們所面臨的一個非常棘手的題目。目前使用的復合材料葉片屬于熱固性復合材料，很難自然降解。廢棄物處理一般采用填埋或者燃燒等方法處理，基木上不再重新利用，易對環(huán)境造成影響，為此，人們開始積極研究開發(fā)“綠色葉片”一熱塑性復合材料葉片l121。愛爾蘭Gaoth風能公司與日木三菱重工及美國Cyclics公司正在探討如何共同研制低本錢熱塑性復合材料葉片。根占有關資料介紹，與環(huán)氧樹脂／玻璃纖維復合材料大型葉片相比較，若采用熱塑性復合材料葉片，每臺大型風力發(fā)電機所用的葉片重量可降低10％，抗沖擊性能大幅度進步，制造本錢至少降低l／4，制造周期至少降低l／3，而且可完全回收和再利用。安全快捷地制造“綠色”的復合材料葉片正期待著復合材料葉片制造商往實現(xiàn)，Gaoth公司及其合作伙伴就是實現(xiàn)這一目標的先驅。3.3葉片設計新的研發(fā)理念現(xiàn)在大型葉片的結構基本為蒙皮加主梁的形式，主梁為預先成型，然后粘接到葉片蒙皮。國外有設計公司提出葉片整體成型概念，意在打破蒙皮主梁的結構形式。丹麥LM公司提出了“FutureBlade”的概念，且已在其54m和61．5m巨型葉片上使用了這種設計概念。LM公司研發(fā)部經理FrankV．Nielsen以為未來葉片設計的關鍵已從效率最大化轉移到能量本錢(COE)最優(yōu)化，葉片將會更加細長，這種設計技術將會降低葉片載荷，葉片質量分布更加優(yōu)化，材料本錢將會降低，產品質量將更加得到保證。2008年三月，美國Knight&Carver的風電葉片公司成功開發(fā)了一種新型葉片STARBlade¨。這種具有創(chuàng)新性的葉片不同于當前使用的盡大部分葉片，是專門針對低風速區(qū)域設計的。這種葉片葉尖采用“柔性”設計理念進行設計，在外形上與傳統(tǒng)葉片后緣線性變化不同，逐漸向后緣彎曲，降低了葉片風壓和風機的驅動扭矩，并最大限度捕捉所有可用風速范圍內的風能，包括邊沿的低風速區(qū)域，比傳統(tǒng)的葉片捕風能力進步了5～10％。第一片該種葉片已經進行了靜力測試，年內還將生產第二片。國內中材科技風電葉片股份有限公司研制的1．5MWsinoma40．2m葉片已經成功下線，并在今年7月份通過了靜力測試。該葉片采用新的“柔性、預彎”設計技術，針對國內風況設計，葉尖部分向上風向彎曲，葉片細長，柔性好，其整機載荷低于同類37．5m1．5MW葉片。4結語風電將在全球范圍繼續(xù)高速發(fā)展，國內、國外風電市場巨大，中國的目標是累計裝機容量在2010年達到500萬kW，2020達到年3000萬kW，這個目標將會提前實現(xiàn)，國內葉片市場將供不應求。按目前國內引進技術比較普遍的1．5MW葉片來計算，2006—2010年，需要葉片數(shù)為7000片左右，而2010—2020年之間，所需葉片數(shù)將為50000片，國內葉片市場巨大。葉片設計技術的發(fā)展將會為我們提供更加高效，低本錢，高可靠性的葉片，國內葉片設計技術相對落后，目前MW級別上，葉片設計技術基本依靠進口，但該局面有看在未來的幾年內逐步得到改觀，完全依靠國內氣力設計的葉片不久的將來會在國內風電場上空運轉。

附錄BLargeturbinebladedesigntechnologyofthecurrentsituationandtrendofdevelopmentAbstract:thearticleintroducesthecurrentwindpowerbladeshapedesign,structuredesignandmaterialtechnology,andanalyzethebladeintheaspectofairfoil,structuredesignandmaterialsandthedevelopmenttrendofthenewdesignconcept.1introductionEnergyistheimpulsionofhumansocialdevelopmentandeconomicgrowth.Isgivenprioritytowithfossilfuelenergystructure,resourcesnotonlydifficulttosupport,butalsototheenvironmenthaveserioustopic,especiallygreenhousegasemissionsmaderightballweatherchangewillbringaseriesofecologicalandenvironmentalquestions.Tosolvethedifficultwayoutliesinthedevelopmentofcleanrenewableenergy.Atpresentinrenewableenergy,inadditiontothewaterandelectricity,windpowerismosttradedevelopmentcondition.Windasenvironmentallyfriendlyrenewableenergy,itsdevelopmentandutilizationcannotonlyeasetheworldenergycrisis,butalsohastheconventionalfossilenergycannotbecomparedtotheupperhand,suchassustainabledevelopment,thereisnoresourcedepletiontopic,donotemitcarbondioxideandothergreenhousegasesandotherharmfulsubstances,etc.Earthwindenergyresourcesareveryabundant,accountsfortheinvestigation,accordingtotheresultsoftheglobalwindenergyreservesisabout2.74x10mw,whichcanbeeconomicdevelopmentandutilizationofwindenergyfor2x10mw,thancanbelargeramountofhydropowerdevelopmentandutilizationof1o.Astheconventionalfossilenergydepletionandthedeteriorationofecologicalenvironment,representedbywindpowerdevelopmentandutilizationofrenewableenergytotheattentionofthegovernments,afterrecentmorethan20yearsofdevelopment,especiallyinrecentyears,thewindpowerindustryhasincreasinglybecomeafast-growingemergingindustry.Inthepasttenyears,theglobalwindenergyindustryrapidgrowthattherateofabout30%ayear,andthistrendwillcontinue.Bytheendof2006,theglobalwindpowertotalinstalledcapacityofmorethan74gw.Therapiddevelopmentofglobalwindpowerindustrytodrivetherapiddevelopmentofthewindturbinesandtheupstreamindustrychain,thebladeisoneofthekeycomponentsofwindturbines,itsperformanceisgoodornotdirectlyaffectthewindenergyutilizationefficiencyofwindturbinesandunitload,toagreatextent,determinestheoverallperformanceoftheunitandtheefficiencyofwindpowerdevelopmentandutilization.Atthesametime,theleafisthecorecomponentoffan,itscapitalisabout20%ofthetotalcapitalwindturbines[1].Asaresult,theworld'slargemainfanmanufacturerattachesgreatimportancetothedesignandproductionofblade,andkeeptheindependentdesignandproductioncapacityassoonaspossible.2turbinebladedesignTurbinebladeoptimizationdesigntomeetcertaindesigngoals,someofthemevenconflicting¨:yearmaximumoutputpower;Maximumpowerlimitoutput;Vibrationtominimizeandavoidresonance;Materialconsumptionminimization;Ensurethebladestructureoflocalandglobalstability;Leafbladestructuresatisfiestherequirementofappropriatestrengthandstiffnessrequirements.Bladedesigncanbedividedintopneumaticdesignandstructuredesignofthetwobigstage,includingpneumaticdesignrequirementstomeetthefirsttwogoals,structuredesignrequirementstomeetafterfourgoals.Usuallythesetwophasesisnotindependent,butaniterativeprocess,thebladethicknessmustbeinplacetoensurethatcanaccommodateenoughweb,progressbladestiffness.2.1theappearancedesignBladeaerodynamicdesignmainlyshapeoptimizationdesign,thisisacrucialstepinthedesignofblade.Shapeoptimizationdesignofvaneairfoildesignqualitydirectlydecidedtoefficiencyofthefan,undertheconditionofwindturbine,activityofthelowReynoldsnumber,leafbladeusuallyrunintheconditionoflowspeed,highliftcoefficient,bladebetweendisturbancecausedactivityisverycomplicated.Forcomplexactivitystateofbladeshapeandleafbyleaftypeindifferentorientation,thedistributionofleafbladedesignbecomesveryimportant.Atpresentthedesigntechnologyofthel