風(fēng)力壓縮空氣蓄能裝置總體設(shè)計(jì)

中文題目：風(fēng)力壓縮空氣蓄能裝置總體設(shè)計(jì)外文題目：OVERALLDESIGNOFWINDSTORAGEDEVICE畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共77頁(yè)（其中：外文文獻(xiàn)及譯文14頁(yè)）圖紙共4張完成日期2015年6月答辯日期2015年6月摘要風(fēng)能為無(wú)污染的再生能源，我國(guó)的風(fēng)力資源豐富。因而在我國(guó)風(fēng)力發(fā)電機(jī)作為最常見(jiàn)的運(yùn)用。由于風(fēng)力時(shí)有時(shí)無(wú)，風(fēng)向和風(fēng)力也不斷的變化，因而風(fēng)力機(jī)一般都配有電力存儲(chǔ)裝置，將產(chǎn)生的電能存儲(chǔ)起來(lái)，從而加強(qiáng)了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定性。但是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作過(guò)程能量發(fā)生了多次的轉(zhuǎn)換，因而也產(chǎn)生了大量的能量損失，從而影響了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的效率，本設(shè)計(jì)研究風(fēng)力壓縮空氣儲(chǔ)能裝置來(lái)攫取并儲(chǔ)存風(fēng)能。風(fēng)能帶動(dòng)風(fēng)車直接轉(zhuǎn)動(dòng)，風(fēng)車連接空氣壓縮機(jī)，攫取風(fēng)能以后轉(zhuǎn)化為動(dòng)能來(lái)直接帶動(dòng)壓縮機(jī)壓縮空氣，使產(chǎn)生的高壓氣體儲(chǔ)存于儲(chǔ)存裝置，使動(dòng)能轉(zhuǎn)換為壓縮位能。并設(shè)計(jì)了配套的風(fēng)機(jī)葉片、增速器、剎車裝置、調(diào)向裝置和調(diào)速裝置。關(guān)鍵詞；風(fēng)能；空氣壓縮機(jī)；風(fēng)動(dòng)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(shù)脂，不飽和樹(shù)脂等塑料摻入長(zhǎng)度不同的玻璃纖維或碳纖維而做成的增強(qiáng)塑料。增強(qiáng)塑料強(qiáng)度高、重量輕、耐老化，表面可再纏玻璃纖維及涂環(huán)氧樹(shù)脂，其他部分填充泡沫塑料。玻璃纖維的質(zhì)量還可以通過(guò)表面改性、上漿和涂覆加以改進(jìn)。LM玻璃纖維公司致力于開(kāi)發(fā)長(zhǎng)達(dá)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(yīng)有足夠的強(qiáng)度和壽命，疲勞強(qiáng)度要高，靜強(qiáng)度要適當(dāng)。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(lái)源充足，運(yùn)輸方便，成本低。3)選擇本次設(shè)計(jì)葉片材料本次設(shè)計(jì)選取木質(zhì)葉片。在我國(guó)東北地區(qū)，尤其是小型風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)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(chǎn)于內(nèi)蒙古東北部及黑龍江等地的樟木。樟木質(zhì)地堅(jiān)硬，許用應(yīng)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(wú)堿玻璃纖維，其抗拉強(qiáng)度為3120Mpa，介電數(shù)較低，抗疲勞強(qiáng)度高，尺寸穩(wěn)定性好，化學(xué)穩(wěn)定性好，耐候性好。無(wú)堿玻璃纖維的一系列優(yōu)異性能使它成為近代工業(yè)應(yīng)用廣泛的增強(qiáng)材料。本章小結(jié)：本章確定了風(fēng)力機(jī)的具體形式和葉片數(shù)、翼型等基本參數(shù)。并通過(guò)圖解法發(fā)生得出了葉片的半徑、傾角、攻角、弦長(zhǎng)的安裝參數(shù)。選擇了葉片的材料和葉片內(nèi)部的構(gòu)造。

4風(fēng)力機(jī)主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1主軸相關(guān)參數(shù)計(jì)算1)選擇主軸材料選用45鋼正火處理，強(qiáng)度極限，許用彎曲應(yīng)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(zhuǎn)強(qiáng)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(fēng)輪機(jī)輸入功率，kw；n——風(fēng)輪機(jī)額定轉(zhuǎn)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(yīng)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(yīng)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(zhǎng)度，mm；4.2軸段校核圓盤(pán)作用在主軸上的力由下類公式求出；主軸所受轉(zhuǎn)矩： (4-3)式中：T——軸傳遞的轉(zhuǎn)矩，N.mm；P——軸傳遞的功率，kw；n——軸的額定轉(zhuǎn)速，r/min；T=9.55×103×=0.583×106N.mmV= （4-4） （4-5）式中：V——圓盤(pán)體積，m3；m——圓盤(pán)質(zhì)量，kg；計(jì)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(fēng)輪和圓盤(pán)整體重量，kg；F——作用在主軸上的總力，N；對(duì)主軸的彎曲強(qiáng)度校核如下：M=961.9×h=47575N.mm按彎扭合成強(qiáng)度驗(yàn)算： （4-6）11.4〈55 式中：Mca——計(jì)算彎矩；α——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)；M——主軸彎矩；表4-2應(yīng)力校正系數(shù)Table4-2stresscorrectionfactor轉(zhuǎn)矩類型不變化轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)變化轉(zhuǎn)矩頻繁正反變化轉(zhuǎn)矩應(yīng)力校正系數(shù)0.30.61表4-3軸的許用彎曲應(yīng)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(qiáng)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(diào)節(jié)螺母2）彈簧上擋板3）壓縮彈簧4）彈簧下?lián)醢?）圓盤(pán)定位螺母6）帶輪轂圓盤(pán)7）支撐軸承座。見(jiàn)圖4-1。圖4-1主軸裝配圖Figure4-1spindleassemblydrawing本章小結(jié)：本章通過(guò)扭轉(zhuǎn)力距經(jīng)驗(yàn)公式求出主軸的最小軸徑，并驗(yàn)算最小軸徑符合強(qiáng)度要求。并完成了主軸的零件裝配。

5傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置是大多數(shù)機(jī)器的主要組成部分。傳動(dòng)件及傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)是否合理、制造和裝配質(zhì)量是否符合要求，將成為決定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。傳動(dòng)可以分為機(jī)械傳動(dòng)、流體傳動(dòng)和電傳動(dòng)三類。而機(jī)械傳動(dòng)按其工作原理分為嚙合傳動(dòng)與摩擦傳動(dòng)，具體分為鏈傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)四類。根據(jù)風(fēng)力機(jī)傳動(dòng)特點(diǎn)和工作環(huán)境要求，一般均選擇齒輪傳動(dòng)。齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中最重要、應(yīng)用最廣泛的一種傳動(dòng)形式。其主要優(yōu)點(diǎn)是：具有瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定、可靠性高、壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)緊湊。齒輪傳動(dòng)分為開(kāi)式、半開(kāi)式和閉式三種傳動(dòng)方式。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作環(huán)境惡劣，一般采用閉式傳動(dòng)以滿足潤(rùn)滑要求。增速器是指安裝在原動(dòng)機(jī)與工作機(jī)之問(wèn)獨(dú)立的閉式傳動(dòng)裝置，用于增加轉(zhuǎn)速應(yīng)相應(yīng)減小轉(zhuǎn)矩。增速器是風(fēng)力機(jī)組的重要組成部分，它承擔(dān)了調(diào)速、改變運(yùn)動(dòng)形式、動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的傳遞和分配等功能。5.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)增速器的選擇由于槳葉輪的轉(zhuǎn)速較小，因此需要借助增速器來(lái)帶動(dòng)空壓機(jī)，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)設(shè)計(jì)要求，本次設(shè)計(jì)功率小，扭矩小的特點(diǎn)選用ZLY漸開(kāi)線圓柱齒輪減速器。5.2使用范圍和特點(diǎn)1)適用范圍ZLY型漸開(kāi)線圓柱齒輪減速器分單級(jí)、兩級(jí)、三級(jí)三個(gè)系列。主要適用于冶金、礦山、運(yùn)輸、水泥、建筑、化工、紡織、輕工等行業(yè)。高速軸轉(zhuǎn)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(shí)，啟動(dòng)前潤(rùn)滑油應(yīng)預(yù)熱。2)主要特點(diǎn)a.體積小、重量輕。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。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(jī)械強(qiáng)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(guò)兩個(gè)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(jiàn)表。首先按增速器機(jī)械強(qiáng)度許用公稱功率P1選用，如果增速器的實(shí)用輸入轉(zhuǎn)速與承載能力表中的三檔轉(zhuǎn)速之某一檔轉(zhuǎn)速相對(duì)誤差不超過(guò)4%，可按該功率下的公稱功率選用相當(dāng)規(guī)格的減速器；如果轉(zhuǎn)速的相對(duì)誤差超過(guò)4%，則按照實(shí)際轉(zhuǎn)速折算減速器的公稱轉(zhuǎn)速選用。然后校核熱平衡許用功率。原動(dòng)機(jī)每日工作小時(shí)輕微沖擊載荷U中等沖擊載荷M強(qiáng)沖擊載荷H原動(dòng)機(jī)每日工作小時(shí)輕微沖擊載荷U中等沖擊載荷M強(qiáng)沖擊載荷H電動(dòng)機(jī)汽輪機(jī)水力機(jī)≤30.811.54-6缸活塞發(fā)動(dòng)機(jī)≤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(shè)備，減速器失效僅引起單機(jī)停產(chǎn)且易更換設(shè)備重要設(shè)備，減速器失效引起機(jī)組、生產(chǎn)線或全廠停產(chǎn)高度安全要求，減速器失效引起設(shè)備，人身事故SA1.1—1.31.3—1.51.5—1.7風(fēng)力機(jī)為中等沖擊，每日工作小時(shí)數(shù)大于10h，所以KA=1.5,風(fēng)力機(jī)為一般設(shè)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(guò)。要計(jì)入系數(shù)f1、f2、f3，應(yīng)滿足：P2t=P2f1f2f3≤Pc1 （5-2）查表得：f1=1.31f2=1（每日24小時(shí)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(dòng)方案的確定風(fēng)力機(jī)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(lái)的齒輪速器箱；按照傳動(dòng)的級(jí)數(shù)可分為單級(jí)和多級(jí)齒輪箱；按照傳動(dòng)的布置形式又可分為展開(kāi)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(diǎn)和應(yīng)用見(jiàn)表5-4。表5-4常用風(fēng)力機(jī)組增速箱的形式和應(yīng)用Table5-4commonlyusedwindturbineandapplicationintheformofgrowthinthebox傳遞形式傳動(dòng)簡(jiǎn)圖推薦傳動(dòng)比特點(diǎn)及應(yīng)用兩級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)展開(kāi)式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但齒輪箱對(duì)于軸承的位置不對(duì)稱，因此要求軸有較大剛度。高速級(jí)齒輪布置在原理轉(zhuǎn)矩輸入端，這樣，軸在轉(zhuǎn)矩作用下產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)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(chǎng)合。高速級(jí)一般做成斜齒，低速級(jí)可做成直齒分流式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但由于齒輪箱對(duì)于軸承對(duì)稱布置，與展開(kāi)式相比載荷沿齒寬分布均勻、軸承受載較均勻，中間軸危險(xiǎn)截面上的轉(zhuǎn)矩只相當(dāng)于軸所傳遞轉(zhuǎn)矩的一半，適用于變載荷的場(chǎng)合。高速級(jí)一般用斜齒，低速級(jí)可用直齒或人字齒同軸式減速器橫向尺寸較小，兩對(duì)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(zhǎng)、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(duì)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(zhuǎn)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(zhuǎn)矩的特點(diǎn)，通常采用功率展開(kāi)式傳動(dòng)。5.5增速器基本設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)步驟增速器齒輪箱的主要設(shè)計(jì)要求如表5-5所示。表5-5原始設(shè)計(jì)要求Table5-5originaldesignrequirements名稱參數(shù)額定功率11kW增速比5輸出轉(zhuǎn)速900-1000r/min輸入轉(zhuǎn)速180r/min分度圓壓力角20°模數(shù)3增速器設(shè)計(jì)步驟：1)根據(jù)傳動(dòng)裝置的使用要求及工作特點(diǎn)確定傳動(dòng)形式為二級(jí)圓柱齒輪減速器。2)確定展開(kāi)式傳動(dòng)方案。3)根據(jù)選定的電機(jī)的輸入速度和經(jīng)過(guò)減速機(jī)構(gòu)減速后的輸出速度，確定出這個(gè)減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比范圍。輸入轉(zhuǎn)度：180r/min增速機(jī)構(gòu)增速后的輸出速度：1000r/min當(dāng)設(shè)計(jì)展開(kāi)式兩級(jí)圓柱齒輪減速器時(shí)。當(dāng)兩級(jí)相對(duì)的材料相同，齒寬系數(shù)相同時(shí)，令齒面接觸強(qiáng)度大致相同，傳動(dòng)比可按下式分配：式中：——高速機(jī)傳動(dòng)比i——減速器傳動(dòng)比 （5-3）5.6增速器各傳動(dòng)部件的材料及力學(xué)性能由于風(fēng)力機(jī)組具有工作環(huán)境惡劣、受力情況復(fù)雜等特點(diǎn)。因此，與一般傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相比，除了要滿足機(jī)械強(qiáng)度條件外，還應(yīng)滿足極端溫差條件下的一些機(jī)械特性，如低溫抗脆性、低膨脹收縮率等。對(duì)于傳動(dòng)部件而言，一般情況下不采用分體式結(jié)構(gòu)或者焊接結(jié)構(gòu)，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(zhì)合金鋼鍛造制取毛坯己獲得良好的力學(xué)特性。表3-9列出本文所設(shè)計(jì)的增速器各傳動(dòng)部件的材料及力學(xué)性能。表5-6各傳動(dòng)部件材料及力學(xué)性能Table5-6materialsandmechanicalpropertiesofthetransmissionparts傳動(dòng)件材料牌號(hào)熱處理種類機(jī)械性能硬度第一級(jí)大齒輪45調(diào)質(zhì)53026515-621740-50第一級(jí)小齒輪ZG42SiMn正火588373163-21745-53第二級(jí)大齒輪45調(diào)質(zhì)530265156-21740-50第二級(jí)小齒輪45調(diào)質(zhì)530265156-21740-505.7第一級(jí)漸開(kāi)線圓柱齒輪設(shè)計(jì)根據(jù)直齒輪接觸強(qiáng)度估算一級(jí)傳動(dòng)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(zhuǎn)矩；σhp——許用接觸應(yīng)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通常取（0.007—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(guò)載過(guò)大，中心距a小及硬齒面取較大值。對(duì)于開(kāi)式傳動(dòng)，m=0.02a左右。對(duì)于傳遞動(dòng)力的傳動(dòng)模數(shù)m應(yīng)不小于2mm。根據(jù)上述經(jīng)驗(yàn)公式估算出模數(shù)m后，要取為標(biāo)準(zhǔn)值，見(jiàn)下表。表5-7標(biāo)準(zhǔn)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(hào)內(nèi)數(shù)值盡可能不用。m=32)齒數(shù)的計(jì)算當(dāng)中心距一定時(shí)，齒數(shù)越多，則重合度增大，改善了傳動(dòng)的平穩(wěn)性。同時(shí)齒數(shù)多則模數(shù)小，齒頂圓直徑小，可讓滑動(dòng)比減小，因此磨損小，膠合的危險(xiǎn)也小。但是齒數(shù)增多則模數(shù)減少?gòu)澢潭冉档?。通常z1≥18~30，閉式傳動(dòng)，HB≤350，過(guò)載不大應(yīng)該取較大值；HB≥350，過(guò)載大，應(yīng)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?yàn)閦1=29≥18，z1+z2=73+29=102≤200。所以該設(shè)計(jì)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(yán)重。一般Φ=0.1—1.2，閉式傳動(dòng)常用Φ=0.3—0.6，通常減速器取0.3.在設(shè)計(jì)減速器時(shí)，Φ的標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)，Φ=0.3B=0.3×152.5=47mm具體參數(shù)如表5-8。表5-8第一級(jí)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(jí)直齒輪一73302252112180°直齒輪二29309580870°5.8第二級(jí)漸開(kāi)線圓柱齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算方法同一級(jí)齒輪，具體參數(shù)如表5-9。表5-9第二級(jí)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(jí)直齒輪一57301781631720°直齒輪二29309484860°本章小結(jié)：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(dòng)方式。具體的設(shè)計(jì)了二級(jí)減速器的兩級(jí)傳動(dòng)。計(jì)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(dòng)能而進(jìn)行能量傳遞的一種液力傳動(dòng)裝置，它以液體油作為工作介質(zhì)，通過(guò)泵輪和渦輪將機(jī)械能和液體的動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化，從而連接原動(dòng)機(jī)與工作機(jī)械實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的傳遞。液力耦合器是以液體為工作介質(zhì)的一種非剛性聯(lián)軸器。6.1液力耦合器特點(diǎn)液力耦合器是一種柔性的傳動(dòng)裝置，與普通的機(jī)械傳動(dòng)裝置相比，具有很多獨(dú)特之處:能消除沖擊和振動(dòng);輸出轉(zhuǎn)速低于輸入轉(zhuǎn)速，兩軸的轉(zhuǎn)速差隨載荷的增大而增加;過(guò)載保護(hù)性能和起動(dòng)性能好，載荷過(guò)大而停轉(zhuǎn)時(shí)輸入軸仍可轉(zhuǎn)動(dòng)，不致造成動(dòng)力機(jī)的損壞;當(dāng)載荷減小時(shí)，輸出軸轉(zhuǎn)速增加直到接近于輸入軸的轉(zhuǎn)速，使傳遞扭矩趨于零。液力偶合器的傳動(dòng)效率等于輸出軸轉(zhuǎn)速與輸入軸轉(zhuǎn)速之比。一般液力偶合器正常工況的轉(zhuǎn)速比在0.95以上時(shí)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(kāi)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(diǎn)。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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，是液力耦合器的主動(dòng)部分。渦輪和輸出軸鏈接在一起，是液力耦合器的從動(dòng)部分，與負(fù)載鏈接在一起，即連接空壓機(jī)。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(fēng)力機(jī)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(dāng)n=970r/min時(shí)，傳遞功率PB=10~17kw，過(guò)載系數(shù)T=2~2.5。表6-1液力耦合器技術(shù)參數(shù)Table6-1hydrauliccouplertechnologyparameters型號(hào)輸入轉(zhuǎn)速r/min傳遞功率范圍kw過(guò)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(jié)：本章通過(guò)增速器高速軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)軸的功率，選取了液力偶合器的型號(hào)。并確定了液力偶合器的工作方式和工作原理。

7空壓機(jī)的選取7.1空壓機(jī)基本類型選擇常見(jiàn)的空壓機(jī)的類型有活塞式空壓機(jī)、滑片式空壓機(jī)和螺桿式空壓機(jī)?；钊娇諌簷C(jī)中活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)是由原動(dòng)力機(jī)帶動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)連桿帶動(dòng)滑塊在滑道里移動(dòng)，這樣活塞桿帶動(dòng)活塞做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)?；钊娇諌簷C(jī)產(chǎn)生熱量大，工作效率低，多采用二級(jí)活塞式空壓機(jī)。滑片式空壓機(jī)的轉(zhuǎn)子帶動(dòng)徑向槽里的滑片在離心力的作用下，沿汽缸內(nèi)壁做回旋運(yùn)動(dòng)?；綁嚎s機(jī)由于滑片和氣缸內(nèi)壁由較大的摩擦，能量損失較大，效率低。螺桿式空壓機(jī)雖然轉(zhuǎn)子型線復(fù)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(shè)計(jì)。7.2排氣壓力選擇選擇空氣壓縮機(jī)應(yīng)考慮排氣壓力的高低和排氣量的大小。一般用途空氣動(dòng)力用壓縮機(jī)排氣壓力為0.8MPa。目前社會(huì)上有一中排氣壓力為0.6MPa的空氣壓縮機(jī)，從使用角度看是不合理的，因?yàn)閷?duì)風(fēng)動(dòng)力工具而言它的壓力余量太小了，輸氣舉例稍微遠(yuǎn)一些就不能使用。從設(shè)計(jì)的角度看這種壓縮機(jī)為一級(jí)壓縮，壓比太大，容易引起排氣溫度過(guò)高，造成氣缸積碳，導(dǎo)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(jī)。7.3空氣壓縮機(jī)型號(hào)的選擇因?yàn)檗D(zhuǎn)速為n=900r/min，額定功率為p=11kw，排氣量為0.8MPa，空氣壓縮機(jī)類型為螺桿式空氣壓縮機(jī)，所以選型EAS-15螺桿式空氣壓縮機(jī)。本章小結(jié)：本章通過(guò)高速軸轉(zhuǎn)速和額定功率選擇螺桿式空壓機(jī)，所選擇型號(hào)為EAS-15螺桿式空氣壓縮機(jī)。

8風(fēng)力發(fā)電機(jī)的其他元件的設(shè)計(jì)8.1剎車系統(tǒng)設(shè)計(jì)風(fēng)力機(jī)的剎車系統(tǒng)裝置用來(lái)保證風(fēng)力機(jī)在維修或大風(fēng)期間以及停機(jī)后風(fēng)輪處于制動(dòng)狀態(tài)并鎖定，而不致盲目轉(zhuǎn)動(dòng)。鎖定裝置是將已經(jīng)制動(dòng)到靜止的風(fēng)輪固定住或防止機(jī)艙轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置。當(dāng)剎車裝置作用時(shí)能保證風(fēng)輪安全達(dá)到靜止?fàn)顟B(tài)。8.1.1剎車系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)在風(fēng)力機(jī)的系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，分別在低速軸和高速軸上加一套剎閘，同時(shí)各加一套轉(zhuǎn)速傳感器。轉(zhuǎn)速傳感器選擇霍爾感應(yīng)式傳感器，該傳感器靈敏度高，感應(yīng)轉(zhuǎn)速范圍大，所以采用這種轉(zhuǎn)速傳感器。同時(shí)對(duì)剎車制動(dòng)液壓系統(tǒng)做改進(jìn)，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(huì)對(duì)齒輪箱造成太大的慣性沖擊，減少齒輪箱的損壞，延長(zhǎng)了齒輪箱的壽命，同時(shí)也縮短了剎車時(shí)間。圖8-1風(fēng)力剎車系統(tǒng)示意圖Figure8-1windpowerbrakesystemschematicdiagram8.1.2系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)剎車系統(tǒng)以高速軸的轉(zhuǎn)速差為反饋值形成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。在風(fēng)力機(jī)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(nèi)，那么它就不會(huì)對(duì)齒輪箱照成太大的沖擊。剎車控制機(jī)構(gòu)采用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)采樣，信號(hào)送入單片機(jī)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)內(nèi)部程序的判斷控制通過(guò)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(fēng)力機(jī)剎車系統(tǒng)示意圖Figure8-2closedwindturbinebrakingsystemschematicdiagram8.1.3手動(dòng)剎車設(shè)計(jì)由于機(jī)械維修以及意外情況的發(fā)生需要對(duì)風(fēng)輪機(jī)進(jìn)行剎車，所我們?cè)谠鏊倨鞲咚佥S側(cè)加裝一輪轂并在輪轂外安置剎車裝置通過(guò)拉拽鋼絲繩帶動(dòng)剎車帶使風(fēng)輪轉(zhuǎn)速降低直至止。圖8-3剎車裝置裝配圖Figure8-3brakeassembly剎車帶的復(fù)位由彈簧套筒內(nèi)的彈簧來(lái)保證停止剎車后剎車皮與輪轂不在接觸。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。8.2托架的基本結(jié)構(gòu)托架是放置輪盤(pán)、主軸、增速器、空壓機(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(pán)、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?；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。8.3調(diào)向機(jī)構(gòu)的選擇8.3.1常用的調(diào)向機(jī)構(gòu)1)尾舵調(diào)向尾舵調(diào)向結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)向可靠、容易制造、成本低，常為微，小風(fēng)力機(jī)所采用。設(shè)計(jì)尾舵應(yīng)保證尾舵在風(fēng)向偏離風(fēng)輪30o角之內(nèi)調(diào)向，使風(fēng)輪對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向。風(fēng)向是變化的，尾舵調(diào)向應(yīng)該柔和而不應(yīng)該頻繁轉(zhuǎn)頭。2)下風(fēng)向調(diào)速下風(fēng)向風(fēng)力機(jī)調(diào)向不需要任何跳向裝置而自行調(diào)向，但風(fēng)向不斷變化易使風(fēng)輪不斷搖擺，因此需要加裝阻尼器，以減輕風(fēng)輪的左右搖擺。所謂阻尼器就是隨風(fēng)轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)艙下面的轉(zhuǎn)盤(pán)上設(shè)置兩對(duì)或三對(duì)對(duì)稱的橡膠或尼龍摩擦塊，摩擦塊由可調(diào)彈簧壓在轉(zhuǎn)盤(pán)的彈簧上，摩擦塊支座固定在塔架上。3)側(cè)風(fēng)輪調(diào)向側(cè)風(fēng)輪調(diào)向就是就是在機(jī)艙后設(shè)置一個(gè)或兩個(gè)低速風(fēng)輪，側(cè)風(fēng)輪與主風(fēng)輪軸線垂直或成一定角度，側(cè)風(fēng)輪直接帶動(dòng)蝸桿驅(qū)動(dòng)安裝在塔架上的渦輪，側(cè)風(fēng)輪及所帶動(dòng)的蝸桿安裝在與機(jī)艙一起轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)盤(pán)上。當(dāng)風(fēng)向偏離主風(fēng)輪一個(gè)角度后，側(cè)風(fēng)輪迎風(fēng)面增大，開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)蝸桿驅(qū)動(dòng)渦輪。因?yàn)槲仐U固定在塔架上。所以蝸桿帶動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)機(jī)艙轉(zhuǎn)動(dòng)，遮影安裝在機(jī)艙上的風(fēng)輪對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向，達(dá)到調(diào)向的目的。8.3.2調(diào)向機(jī)構(gòu)選擇調(diào)向機(jī)構(gòu)就是風(fēng)輪正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)一直使風(fēng)輪對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向的機(jī)構(gòu)。風(fēng)力機(jī)的調(diào)向機(jī)構(gòu)有很多種。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)為小型風(fēng)動(dòng)力空氣壓縮機(jī)，所以選用尾舵調(diào)向。尾舵調(diào)向可靠，易于制造，成本低，多為小型風(fēng)力機(jī)所彩采用。而下風(fēng)向調(diào)速和側(cè)風(fēng)輪調(diào)速多為大型風(fēng)力機(jī)使用。圖8-4尾舵調(diào)速簡(jiǎn)圖Figure8-4sternruddercontroldiagram8.3.3尾舵形狀的選擇尾舵也稱尾翼，是常見(jiàn)的一種對(duì)風(fēng)裝置，微、小型風(fēng)力機(jī)普遍用它。尾舵有三種基本形式如圖左是老式，圖中為改進(jìn)式，圖右為新式，它的翼展與弦長(zhǎng)比為2~5，對(duì)風(fēng)向變化反應(yīng)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(shè)計(jì)8.4.1塔架形式選取本次設(shè)計(jì)選用木質(zhì)塔架。微小型風(fēng)力機(jī)可以木質(zhì)塔架，為增加溫度。為增加穩(wěn)度可設(shè)計(jì)為上窄下寬的形式并采用拉線。木質(zhì)塔架質(zhì)量輕，柔性好，而且塔架廢棄后也不會(huì)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(fēng)速不斷增大，塔架越高，風(fēng)力發(fā)電機(jī)單位面積所捕捉的風(fēng)能就越多，地面渦流對(duì)風(fēng)輪的影響也越小，但技術(shù)要求，吊裝難度及造價(jià)也相應(yīng)的提高。所以風(fēng)力機(jī)的塔架高度的選取要綜合考慮當(dāng)?shù)丨h(huán)境、技術(shù)與經(jīng)濟(jì)等因素。一般來(lái)將，塔架的最低高度H由下式?jīng)Q定H=R+h+L （8-1）式中：R——風(fēng)輪半徑，5m；h——最近障礙物距離風(fēng)力機(jī)高度；L——障礙物最高點(diǎn)到風(fēng)輪掃過(guò)面最低點(diǎn)的距離，一般?。?.5-2m）；H=R+h+L=5+2+18=25m8.5調(diào)速機(jī)構(gòu)的選擇風(fēng)能是一種不穩(wěn)定能源，風(fēng)速的隨機(jī)性很大，所以風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪葉片隨著風(fēng)速的變化其轉(zhuǎn)速也在不斷的變化，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的變化會(huì)使風(fēng)力機(jī)的輸出功率不斷變化。為了使風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)，就必須使風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)，因此需要調(diào)速裝置。調(diào)速裝置風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)的額定風(fēng)速以上開(kāi)始其調(diào)速作用，當(dāng)風(fēng)速小于額定風(fēng)速時(shí)不起調(diào)速作用。由于本次設(shè)計(jì)為小型風(fēng)力機(jī)，所以選用離心飛球變槳調(diào)速裝置。微，小型風(fēng)力機(jī)常采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的離心飛球變槳調(diào)速裝置。當(dāng)風(fēng)速在額定風(fēng)速以內(nèi)時(shí)飛球的離心力與彈簧的初壓力相平衡，調(diào)速機(jī)構(gòu)不起調(diào)速的作用，當(dāng)風(fēng)速超過(guò)額定風(fēng)速時(shí)，風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速也相應(yīng)的超過(guò)額定轉(zhuǎn)速。由于風(fēng)輪轉(zhuǎn)速加快，飛球離心力變大并克服彈簧的初壓力向外張快經(jīng)連桿傳遞帶動(dòng)大圓錐齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，而與大圓錐齒輪嚙合的小圓錐齒輪也轉(zhuǎn)動(dòng)，小圓錐齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)改變了葉片的安裝角。圖8-6離心飛球變槳調(diào)速裝置Figure8-6isanalyzed.studyingcentrifugalballspeedregulatingdevice本章小結(jié)：本章設(shè)計(jì)選取了風(fēng)力機(jī)的輔助工作機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)了塔架的結(jié)構(gòu)和高度。選取了尾舵調(diào)向機(jī)構(gòu)，離心飛輪變槳調(diào)速機(jī)構(gòu)。

9風(fēng)力機(jī)回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.1初步估計(jì)回轉(zhuǎn)體危險(xiǎn)軸頸的大小1）為回轉(zhuǎn)體，由于回轉(zhuǎn)體位于整體裝置的重心偏移處，所以槳葉、槳葉軸、圓盤(pán)、增速器和托架對(duì)回轉(zhuǎn)體會(huì)產(chǎn)生正向彎矩，空壓機(jī)對(duì)回轉(zhuǎn)體產(chǎn)生負(fù)向彎矩。圖9-1回轉(zhuǎn)體受力簡(jiǎn)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(qiáng)度上滿足下式： （9-2）計(jì)算軸的直徑時(shí)，式可寫(xiě)成d>24 （9-3）本設(shè)計(jì)中d取50mm所以完全符合強(qiáng)度要求。式中——六片槳葉、槳葉軸與圓盤(pán)整體自重到回轉(zhuǎn)體中心線的距離，mm；——增速箱重心到回轉(zhuǎn)體中心線的距離mm；——托架重心到回轉(zhuǎn)體中心線的距離，mm；——空壓機(jī)重心到回轉(zhuǎn)體中心線的距離，mm；——六片槳葉、槳葉軸與圓盤(pán)整體自重kg；——增速箱重量，kg；——托架重量，kg；——發(fā)電機(jī)重量，kg；——圓盤(pán)背面受風(fēng)施加給回轉(zhuǎn)體的彎矩，N；──合成彎矩，；9.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)體由：回轉(zhuǎn)軸底盤(pán)、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(wú)縫鋼管、推力軸承等部分組成。其中回轉(zhuǎn)軸的左右擺動(dòng)問(wèn)題通過(guò)滑動(dòng)軸承來(lái)解決它能很好的解決由于頂部重心偏向前而引起對(duì)軸的彎矩，加強(qiáng)了回轉(zhuǎn)軸的抗彎強(qiáng)度?；剞D(zhuǎn)軸擋板可以在安裝過(guò)程中防止回轉(zhuǎn)軸脫落下滑，回轉(zhuǎn)軸中心鉆出通孔此處為空壓機(jī)管道線路。因回轉(zhuǎn)軸固定在塔架上當(dāng)風(fēng)向改變對(duì)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(guò)盈配合，銅套與回轉(zhuǎn)軸之間用潤(rùn)滑油潤(rùn)滑所以輸電線路不會(huì)纏一起。圖9-2回轉(zhuǎn)體裝配圖Figure9-2ofrotorsassemblydrawing本章小結(jié)：本章利用彎曲強(qiáng)度校核公式求出了回轉(zhuǎn)體最小軸直徑，并設(shè)計(jì)了回轉(zhuǎn)體的結(jié)構(gòu)和裝配零件。

10壓縮空氣設(shè)備選型壓縮空氣系統(tǒng)通常由壓縮空氣產(chǎn)生和處理兩部分組成。壓縮空氣產(chǎn)生是指空氣壓縮機(jī)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(guò)濾、后冷卻器、油水分離器、儲(chǔ)氣罐、空氣干燥器對(duì)空氣的處理。當(dāng)大氣中的空氣進(jìn)入空壓機(jī)進(jìn)口時(shí)，空氣中的灰塵、雜質(zhì)也一并進(jìn)入空壓機(jī)內(nèi)。因此需要在空壓機(jī)進(jìn)口處安裝主管道空氣過(guò)濾器，盡可能減少、避免空壓機(jī)中的壓縮氣缸受到不當(dāng)?shù)哪p。經(jīng)空氣壓縮機(jī)壓縮后的空氣可達(dá)140~180℃，并伴有一定量的水分、油分，必須對(duì)空壓機(jī)壓縮后的氣體進(jìn)行冷卻、油水分離、過(guò)濾、干燥等處理。圖10-1壓縮空氣設(shè)備圖Figure10-1thecompressedairequipment1———空氣過(guò)濾器；2———空氣壓縮機(jī)；3———后冷卻器；4———油水分離器5，8———儲(chǔ)氣罐；6———空氣干燥器；7———空氣精過(guò)濾器本章小結(jié)：選取了空壓機(jī)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(jié)論本文進(jìn)行了風(fēng)力壓縮空氣儲(chǔ)能裝置的總體設(shè)計(jì)。運(yùn)用圖解法求出了葉型的基本參數(shù)，設(shè)計(jì)了二級(jí)傳動(dòng)圓柱增速器，選取了液力耦合器和空氣壓縮機(jī)站。并對(duì)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(shè)計(jì)相對(duì)比以往風(fēng)能蓄能方式提高系統(tǒng)的效率，減少了中間的過(guò)程。本次設(shè)計(jì)產(chǎn)生的壓縮氣體初步達(dá)到氣動(dòng)工具的動(dòng)力來(lái)源的標(biāo)準(zhǔn)。證明風(fēng)力壓縮機(jī)在未來(lái)可以投入生產(chǎn)和實(shí)踐。目前風(fēng)力壓縮機(jī)所產(chǎn)生的輸出流量不如電動(dòng)壓縮機(jī)。如果能在葉片的材料和外形，葉輪和壓縮機(jī)的連接及風(fēng)址的選擇等方面進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)，則風(fēng)力壓縮機(jī)在外來(lái)的發(fā)展會(huì)更加具有前景。

致謝緊張而又有序的畢業(yè)設(shè)計(jì)就要結(jié)束了。回想論文寫(xiě)作的日日夜夜，心中充滿了無(wú)限的感激之情。在這一個(gè)學(xué)期的設(shè)計(jì)過(guò)程中，師建國(guó)老師對(duì)我的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)和畫(huà)圖，無(wú)不凝聚著師老師的心血和汗水。而且對(duì)我設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤進(jìn)行細(xì)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(shè)計(jì)初稿，在這里再次的感謝您！本設(shè)計(jì)的完成也凝聚了本專業(yè)其他老師和同學(xué)的辛勤汗水，是他們無(wú)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。

參考文獻(xiàn)[1]李柱國(guó).機(jī)械設(shè)計(jì)與理論（2）第2版.北京：科學(xué)出版社.2004[2]唐增寶.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)。第2版。華中科技大學(xué)出版社。1998[3]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本.北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2004，4[4]孟憲源．現(xiàn)代機(jī)構(gòu)手冊(cè)[M]．第1版．北京：機(jī)械工業(yè)出版社．1994，6[5]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，2006.1[6]王承煦，張?jiān)矗L(fēng)力發(fā)電．北京：中國(guó)電力出版社，2002，8[7]王承煦．風(fēng)力發(fā)電實(shí)用技術(shù)[M]．北京：金盾出版社，1995[8]徐灝．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（1）[M]．第2版．北京：機(jī)械工業(yè)出版社．2000[9]徐灝．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（2）[M]．第2版．北京：機(jī)械工業(yè)出版社．2000[10]徐灝．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（3）[M]．第2版．北京：機(jī)械工業(yè)出版社．2000[11]ChenJL，HajelaP．Arulebasedapproachtooptimizationdesignmodeling[J]．ComputerandStructure．1989[12]AkagiS，F(xiàn)ujitak．Buildingandexpertsystemforengineeringdesignbasedontheobject_Orientedrepresentationconcept[J]．ASMETrans．J．Mech．design，1991[13]DejanSchreiberAppliedDesignsTurbinesAndNewApproachesPCIMofVariable2002．3：202-207[14]王文卓,姚興佳,單光坤.FM350在MW級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電氣開(kāi)關(guān),2006,(5):47248.[15]周美蘭.PLC電氣控制與組態(tài)設(shè)計(jì)[M].北京:科學(xué)出版社,2004.[16]李軍邢俊文.ADAMS實(shí)例教程[M].北京北京理工大學(xué)出版社2002.[17]劉國(guó)慶楊慶東.ANSYS工程應(yīng)用教程[M].北京中國(guó)鐵道出版社2003.[18]宮靖遠(yuǎn).風(fēng)電場(chǎng)工程技術(shù)手冊(cè)[M].北京機(jī)械工業(yè)出版社,2004.[19]倪受元.風(fēng)力機(jī)的工作原理和氣動(dòng)力特性[J].太陽(yáng)能,2005(3):160-165.[20]張新房，徐大平，呂躍剛柳亦兵風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展及若干問(wèn)題[J].現(xiàn)代電力,2003(5).[21]蔡純,張秋生.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率曲線的修正.廣東電力,2003,16(1):17～19.[22]張希良.風(fēng)能開(kāi)發(fā)利用[M].北京化學(xué)工業(yè)出版社出版，2006.[23]王志新現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及工程應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社出版，2001.[24]劉萬(wàn)琨，張志英，李銀鳳，趙萍.風(fēng)能與風(fēng)力發(fā)電技術(shù)[M].北京化學(xué)工業(yè)出版社出版，2006.附錄A大型風(fēng)輪葉片設(shè)計(jì)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)摘要：介紹目前風(fēng)電葉片的外形設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料方面的技術(shù)，并分析葉片在翼型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料方面的發(fā)展趨勢(shì)和新的設(shè)計(jì)理念。1前言能源是人類社會(huì)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的原動(dòng)力。目前以化石燃料為主的能源結(jié)構(gòu)，不僅資源難以支撐，而且對(duì)環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重題目，特別是溫室氣體排放造玉成球天氣變化將帶來(lái)一系列生態(tài)和環(huán)境題目。解決這一困難的出路在于開(kāi)發(fā)清潔的可再生能源。目前在可再生能源中，除水電以外，風(fēng)電最具有貿(mào)易開(kāi)發(fā)條件。風(fēng)能作為環(huán)境友好型的可再生能源，它的開(kāi)發(fā)和利用不僅可以緩解世界能源危機(jī)，而且還具有常規(guī)化石能源不可相比的上風(fēng)，如可持續(xù)開(kāi)發(fā)，不存在資源枯竭題目，不排放二氧化碳等溫室氣體和其他有害物質(zhì)等。地球上風(fēng)能資源非常豐富，占有關(guān)調(diào)查結(jié)果顯示，全球的風(fēng)能儲(chǔ)量約為2．74×10MW，其中可經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)利用的風(fēng)能為2×10MW，比可開(kāi)發(fā)利用的水電總量還要大1O倍。隨著常規(guī)化石能源的枯竭和生態(tài)環(huán)境的惡化，以風(fēng)電為代表的可再生能源的開(kāi)發(fā)和利用受到各國(guó)政府的重視，經(jīng)過(guò)最近二十多年的發(fā)展，尤其是近幾年，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)日益成為一個(gè)迅速增長(zhǎng)的新興產(chǎn)業(yè)。在過(guò)往十年中，全球風(fēng)能產(chǎn)業(yè)以每年30％左右的速度快速增長(zhǎng)，且這種趨勢(shì)還會(huì)持續(xù)下往。截止2006年底，全球風(fēng)電總裝機(jī)容量已超過(guò)74GW。全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展帶動(dòng)了風(fēng)電機(jī)組及其上游產(chǎn)業(yè)鏈的快速發(fā)展，其中葉片是風(fēng)電機(jī)組的關(guān)鍵部件之一，其性能好壞直接影響風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)能利用效率和機(jī)組所受載荷，在很大程度上決定了機(jī)組的整體性能和風(fēng)電開(kāi)發(fā)利用的經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，葉片也是風(fēng)機(jī)的核心部件，其本錢約為風(fēng)電機(jī)組總本錢的20％[1]。因此，世界各大主要風(fēng)機(jī)制造商都非常重視葉片的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，并盡可能保持獨(dú)立的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)能力。2風(fēng)輪葉片設(shè)計(jì)風(fēng)輪葉片的優(yōu)化設(shè)計(jì)要滿足一定的設(shè)計(jì)目標(biāo)，其中有些甚至是相互矛盾的¨：年輸出功率最大化；最大功率限制輸出；振動(dòng)最小化和避免出現(xiàn)共振；材料消耗最小化；保證葉片結(jié)構(gòu)局部和整體穩(wěn)定性；葉片結(jié)構(gòu)滿足適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度要求和剛度要求。葉片設(shè)計(jì)可分為氣動(dòng)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)這兩個(gè)大的階段，其中氣動(dòng)設(shè)計(jì)要求滿足前兩條目標(biāo)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求滿足后四條目標(biāo)。通常這兩個(gè)階段不是獨(dú)立進(jìn)行的，而是一個(gè)迭代的過(guò)程，葉片厚度必須足夠以保證能夠容納腹板，進(jìn)步葉片剛度。2.1外形設(shè)計(jì)葉片氣動(dòng)設(shè)計(jì)主要是外形優(yōu)化設(shè)計(jì)，這是葉片設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的一步。外形優(yōu)化設(shè)計(jì)中葉片翼型設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接決定風(fēng)機(jī)的發(fā)電效率，在風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，活動(dòng)的雷諾數(shù)比較低，葉片通常在低速、高升力系數(shù)狀態(tài)下運(yùn)行，葉片之間活動(dòng)干擾造成活動(dòng)非常復(fù)雜。針對(duì)葉片外形的復(fù)雜活動(dòng)狀態(tài)以及葉片由葉型在不同方位的分布構(gòu)成，葉片葉型的設(shè)計(jì)變得非常重要。目前葉片葉型的設(shè)計(jì)技術(shù)通常采用航空上先進(jìn)的飛機(jī)機(jī)翼翼型設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)葉片葉型的外形。先進(jìn)的CFD技術(shù)已廣泛應(yīng)用于不同類型氣動(dòng)外形的設(shè)計(jì)，對(duì)于低雷諾數(shù)、高升力系數(shù)狀態(tài)下風(fēng)機(jī)運(yùn)行條件，采用考慮粘性的N—S控制方程分析葉片葉型的流場(chǎng)是非常必要的。在過(guò)往的1O多年中，水平軸風(fēng)機(jī)葉片翼型通常選擇NACA系列的航空翼型，比如NACA44XX，NA—CA23XX，NACA63XX及NASALS(1)等。這些翼型對(duì)前緣粗糙度非常敏感，一旦前緣由于污染變得粗糙，會(huì)導(dǎo)致翼型性能大幅度下降，年輸出功率損失最高達(dá)30％[3]。在熟悉到航空翼型不太適合于風(fēng)機(jī)葉片后，80年代中期后，風(fēng)電發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始對(duì)葉片專用翼型進(jìn)行研究，并成功開(kāi)發(fā)出風(fēng)電葉片專用翼型系列，比如美國(guó)Seri和NREL系列、丹麥RISO—A系列、瑞典FFA—W系列和荷蘭DU系列。這些翼型各有上風(fēng)，Seri系列對(duì)翼型表面粗糙度敏感性低；RISO—A系列在接近失速時(shí)具有良好的失速性能且對(duì)前緣粗糙度敏感性低；FFA—W系列具有良好的后失速性能。丹麥LM公司已在大型風(fēng)機(jī)葉片上采用瑞典FFA—W翼型，風(fēng)機(jī)專用翼型將會(huì)在風(fēng)機(jī)葉片設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用。表1為對(duì)NREL翼型系列性能進(jìn)步的估算。目前葉片外形的設(shè)計(jì)理論有好幾種，都是在機(jī)翼氣動(dòng)理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。第一種外形設(shè)計(jì)理論是按照貝茨理論得到的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)方法，該方法是假設(shè)風(fēng)力機(jī)是按照貝茨公式的最佳條件運(yùn)行的，完全沒(méi)有考慮渦流損失等，設(shè)計(jì)出來(lái)的風(fēng)輪效率不超過(guò)40％。后來(lái)一些著名的氣動(dòng)學(xué)家相繼建立了各自的葉片氣動(dòng)理論。Schmitz理論考慮了葉片周向渦流損失，設(shè)計(jì)結(jié)果相對(duì)正確一些。Glauert理論考慮了風(fēng)輪后渦流活動(dòng)，但忽略了葉片翼型阻力和葉稍損失的影響，對(duì)葉片外形影響較小，對(duì)風(fēng)輪效率影響卻較大。Wilson在Glauert理論基礎(chǔ)上作了改進(jìn)，研究了葉稍損失和升阻比對(duì)葉片最佳性能的影響，并且研究了風(fēng)輪在非設(shè)計(jì)工況下的性能，是目前最常用的設(shè)計(jì)理論。2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目前大型葉片的結(jié)構(gòu)都為蒙皮主梁形式，如圖1所示為典型的葉片構(gòu)造形式_4j。蒙皮主要由雙軸復(fù)合材料層增強(qiáng)，提供氣動(dòng)外形并承擔(dān)大部分剪切載荷。后緣空腔較寬，采用夾芯結(jié)構(gòu)，進(jìn)步其抗失穩(wěn)能力，這與夾芯結(jié)構(gòu)大量在汽車上應(yīng)用類似。主梁主要為單向復(fù)合材料層增強(qiáng)，是葉片的主要承載結(jié)構(gòu)。腹板為夾芯結(jié)構(gòu)，對(duì)主梁起到支撐作用。葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)依據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范。目前葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范主要建立在IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和德國(guó)GL標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，要求結(jié)構(gòu)滿足靜力強(qiáng)度、疲憊強(qiáng)度和葉尖撓度要求。復(fù)合材料葉片各展層是交錯(cuò)展放的，實(shí)際初步設(shè)計(jì)時(shí)，將所有雙軸布視為一層，所有單軸布視為一層，這樣做對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和性能影響不大_4J。葉片結(jié)構(gòu)展層是分段設(shè)計(jì)，各段厚度都不一致，應(yīng)對(duì)厚度進(jìn)行連續(xù)化處理，終極設(shè)計(jì)的各展層厚度還應(yīng)為各單層厚度的整數(shù)倍。結(jié)構(gòu)展層校核對(duì)葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)也必不可少。前在校核方面，大多用通用貿(mào)易有限元軟件，比ANSYS、NASTRAN、ABAQUS等。對(duì)葉片進(jìn)行校核時(shí)，考慮單層的極限強(qiáng)度、自振頻率和葉尖撓度J，分析模型有殼模型和梁模型等，并且能夠做到這兩種模型的相互轉(zhuǎn)換，如圖2，3所示。與其他葉片結(jié)構(gòu)相比，目前大型葉片的中空夾芯結(jié)構(gòu)具有很高的抗屈曲失穩(wěn)能力，較高的自振頻率，這樣設(shè)計(jì)出來(lái)的葉片相對(duì)較輕。有限元法可用于設(shè)計(jì)，但更多用于模擬分析而不是設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)與模擬必須交叉進(jìn)行，在每一步設(shè)計(jì)完成后，必須更新分析模型，重新得到展層中的應(yīng)力和應(yīng)變數(shù)據(jù)，再返回設(shè)計(jì)，更改展層方案，再分析應(yīng)力和變形等，直到滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為止，如圖4所示。由于復(fù)合材料正交各向異性的特殊性，葉片各展層內(nèi)的應(yīng)力并不連續(xù)，而應(yīng)變則相對(duì)連續(xù)，所以葉片結(jié)構(gòu)校核的失效準(zhǔn)則有時(shí)候完全采用應(yīng)變失效準(zhǔn)則。2.3材料選擇葉片發(fā)展初期，由于葉片較小，有木葉片、布蒙皮葉片、鋼梁玻璃纖維蒙皮葉片、鋁合金葉片等等，隨著葉片向大型化方向發(fā)展，復(fù)合材料逐漸取代其他材料幾乎成為大型葉片的唯一可選材料。復(fù)合材料具有其它單一材料無(wú)法相比的上風(fēng)之一就是其可設(shè)計(jì)性，通過(guò)調(diào)整單層的方向，可以獲得該方向上所需要的強(qiáng)度和剛度。更重要的是可利用材料的各向異性，使結(jié)構(gòu)不同變形形式之問(wèn)發(fā)生耦合。比如由于彎扭耦合，使得結(jié)構(gòu)在只受到彎矩作用時(shí)發(fā)生扭轉(zhuǎn)。在過(guò)往，葉片橫截面耦合效應(yīng)是一個(gè)讓設(shè)計(jì)職員頭疼的困難，設(shè)計(jì)工程想方想法消除耦合現(xiàn)象。但在航空領(lǐng)域人們開(kāi)始利用復(fù)合材料的彎扭耦合，拉剪耦合效應(yīng)，進(jìn)步機(jī)翼的性能J。在葉片上，引進(jìn)彎扭耦合設(shè)計(jì)概念，控制葉片的氣彈變形，這就是氣彈剪裁。通過(guò)氣彈剪裁，降低葉片的疲憊載荷，并優(yōu)化功率輸出。玻璃纖維增強(qiáng)塑料(玻璃鋼)是現(xiàn)代風(fēng)機(jī)葉片最普遍采用的復(fù)合材料，玻璃鋼以其低廉的價(jià)格，優(yōu)良的性能占據(jù)著大型風(fēng)機(jī)葉片材料的統(tǒng)治地位。但隨著葉片逐漸變大，風(fēng)輪直徑已突破120m，最長(zhǎng)的葉片已做到61．5m，葉片自重達(dá)18t。這對(duì)材料的強(qiáng)度和剛度提出了更加苛刻的要求。全玻璃鋼葉片已無(wú)法滿足葉片大型化，輕量化的要求。碳纖維或其它高強(qiáng)纖維隨之被應(yīng)用到葉片局部區(qū)域，如NEGMiconNM82．40m長(zhǎng)葉片，LM61．5m長(zhǎng)葉片都在高應(yīng)力區(qū)使用了碳纖維。由于葉片增大，剛度逐漸變得重要，已成為新一代MW級(jí)葉片設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。碳纖維的使用使葉片剛度得到很大進(jìn)步，自重卻沒(méi)有增加。Vestas為V903．0MW機(jī)型配套的44m系列葉片主梁上使用了碳纖維，葉片自重只有6t，與V802MW，39m葉片自重一樣。美國(guó)和歐洲的研究報(bào)告指出，含有碳纖維的承載玻璃纖維層壓板對(duì)于MW級(jí)葉片是一個(gè)非常有效的選擇替換品。在E．c．公司資助的研究計(jì)劃¨。。中指出，直徑為120m風(fēng)輪葉片部分使用碳纖維可有效減少總體自重達(dá)38％，設(shè)計(jì)本錢減少14％。但碳纖維價(jià)格昂貴，極大地限制其在風(fēng)機(jī)葉片上的使用?，F(xiàn)今碳纖維產(chǎn)業(yè)仍以發(fā)展輕質(zhì)、良好結(jié)構(gòu)和熱性質(zhì)佳等附加值大的航空應(yīng)用材料為主。但很多研究員卻大膽預(yù)言碳纖維的應(yīng)用將會(huì)逐步增加。風(fēng)能的本錢效益將取決于碳纖維的使用方式，未來(lái)若要大量取代玻璃纖維，必須低價(jià)才具有競(jìng)爭(zhēng)力。3風(fēng)輪葉片發(fā)展趨勢(shì)3.1葉片造型的發(fā)展前面提到風(fēng)機(jī)葉片專用翼型已成系列，但還存在很大改進(jìn)空問(wèn)。采用柔性葉片也是一個(gè)發(fā)展方向，利用新型材料進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而改進(jìn)空氣動(dòng)力和葉片受力狀態(tài)，增加可靠性和對(duì)風(fēng)能捕捉量。在開(kāi)發(fā)新的葉片外形上也進(jìn)行大量嘗試，Enercon公司對(duì)33m葉片進(jìn)行空氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)精確的測(cè)定，葉片的實(shí)際氣動(dòng)效率為56％，比按照Betz計(jì)算的最大氣動(dòng)效率低約3—4％。為此，該公司對(duì)大型葉片外形型面和結(jié)構(gòu)都進(jìn)行了必要的改進(jìn)，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(jìn)步渦輪發(fā)電機(jī)主艙四周的捕風(fēng)能力，對(duì)葉片根莖進(jìn)行重新改進(jìn)，縮小葉片的外形截面，增加葉徑長(zhǎng)度；對(duì)葉片頂部和根部之間的型面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上，Enercon公司開(kāi)發(fā)出旋轉(zhuǎn)直徑71131的2MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，改進(jìn)后葉片根部的捕風(fēng)能力得以進(jìn)步。Enercon公司在4．5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)中繼續(xù)采用此項(xiàng)技術(shù)，旋轉(zhuǎn)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(yùn)行噪音小于3個(gè)葉片(旋轉(zhuǎn)直徑為66m)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪音。3.2葉片材料的進(jìn)展風(fēng)機(jī)機(jī)組正朝著大型化發(fā)展，葉片長(zhǎng)度越來(lái)越長(zhǎng)，捕捉的風(fēng)能越來(lái)越多。風(fēng)場(chǎng)經(jīng)營(yíng)者和能源公司都看好大葉片，因此Enercon公司的6MW機(jī)組應(yīng)運(yùn)而生，GE公司的7MW機(jī)組研發(fā)緊鑼密鼓，而英國(guó)正在研制IOMW的巨型風(fēng)力機(jī)¨。如此大功率風(fēng)機(jī)配套的葉片將是超規(guī)模的。目前普遍采用的玻纖增強(qiáng)聚脂樹(shù)脂、玻纖增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂將無(wú)法滿足要求。所以必須開(kāi)發(fā)更為先進(jìn)的材料，具備輕質(zhì)、高強(qiáng)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(kāi)發(fā)了一種三維混雜結(jié)構(gòu)，如圖6所示。這種結(jié)構(gòu)具備高強(qiáng)度、高剛度特性，同時(shí)該結(jié)構(gòu)能使樹(shù)脂灌注速度加快，縮短工作時(shí)間。且這種結(jié)構(gòu)較厚，減少了展層層數(shù)，節(jié)約勞動(dòng)力，降低了生產(chǎn)本錢。實(shí)際結(jié)果表明，使用這種混雜纖維形式比全玻璃鋼葉片減輕質(zhì)量約為10％左右。在未來(lái)的十幾年里，有大量的葉片將會(huì)退役，退役后葉片的處理將是我們所面臨的一個(gè)非常棘手的題目。目前使用的復(fù)合材料葉片屬于熱固性復(fù)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(duì)環(huán)境造成影響，為此，人們開(kāi)始積極研究開(kāi)發(fā)“綠色葉片”一熱塑性復(fù)合材料葉片l121。愛(ài)爾蘭Gaoth風(fēng)能公司與日木三菱重工及美國(guó)Cyclics公司正在探討如何共同研制低本錢熱塑性復(fù)合材料葉片。根占有關(guān)資料介紹，與環(huán)氧樹(shù)脂／玻璃纖維復(fù)合材料大型葉片相比較，若采用熱塑性復(fù)合材料葉片，每臺(tái)大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)所用的葉片重量可降低10％，抗沖擊性能大幅度進(jìn)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(fù)合材料葉片正期待著復(fù)合材料葉片制造商往實(shí)現(xiàn)，Gaoth公司及其合作伙伴就是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的先驅(qū)。3.3葉片設(shè)計(jì)新的研發(fā)理念現(xiàn)在大型葉片的結(jié)構(gòu)基本為蒙皮加主梁的形式，主梁為預(yù)先成型，然后粘接到葉片蒙皮。國(guó)外有設(shè)計(jì)公司提出葉片整體成型概念，意在打破蒙皮主梁的結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)概念。LM公司研發(fā)部經(jīng)理FrankV．Nielsen以為未來(lái)葉片設(shè)計(jì)的關(guān)鍵已從效率最大化轉(zhuǎn)移到能量本錢(COE)最優(yōu)化，葉片將會(huì)更加細(xì)長(zhǎng)，這種設(shè)計(jì)技術(shù)將會(huì)降低葉片載荷，葉片質(zhì)量分布更加優(yōu)化，材料本錢將會(huì)降低，產(chǎn)品質(zhì)量將更加得到保證。2008年三月，美國(guó)Knight&Carver的風(fēng)電葉片公司成功開(kāi)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(dāng)前使用的盡大部分葉片，是專門(mén)針對(duì)低風(fēng)速區(qū)域設(shè)計(jì)的。這種葉片葉尖采用“柔性”設(shè)計(jì)理念進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(fēng)壓和風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)扭矩，并最大限度捕捉所有可用風(fēng)速范圍內(nèi)的風(fēng)能，包括邊沿的低風(fēng)速區(qū)域，比傳統(tǒng)的葉片捕風(fēng)能力進(jìn)步了5～10％。第一片該種葉片已經(jīng)進(jìn)行了靜力測(cè)試，年內(nèi)還將生產(chǎn)第二片。國(guó)內(nèi)中材科技風(fēng)電葉片股份有限公司研制的1．5MWsinoma40．2m葉片已經(jīng)成功下線，并在今年7月份通過(guò)了靜力測(cè)試。該葉片采用新的“柔性、預(yù)彎”設(shè)計(jì)技術(shù)，針對(duì)國(guó)內(nèi)風(fēng)況設(shè)計(jì)，葉尖部分向上風(fēng)向彎曲，葉片細(xì)長(zhǎng)，柔性好，其整機(jī)載荷低于同類37．5m1．5MW葉片。4結(jié)語(yǔ)風(fēng)電將在全球范圍繼續(xù)高速發(fā)展，國(guó)內(nèi)、國(guó)外風(fēng)電市場(chǎng)巨大，中國(guó)的目標(biāo)是累計(jì)裝機(jī)容量在2010年達(dá)到500萬(wàn)kW，2020達(dá)到年3000萬(wàn)kW，這個(gè)目標(biāo)將會(huì)提前實(shí)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)葉片市場(chǎng)將供不應(yīng)求。按目前國(guó)內(nèi)引進(jìn)技術(shù)比較普遍的1．5MW葉片來(lái)計(jì)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(guó)內(nèi)葉片市場(chǎng)巨大。葉片設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展將會(huì)為我們提供更加高效，低本錢，高可靠性的葉片，國(guó)內(nèi)葉片設(shè)計(jì)技術(shù)相對(duì)落后，目前MW級(jí)別上，葉片設(shè)計(jì)技術(shù)基本依靠進(jìn)口，但該局面有看在未來(lái)的幾年內(nèi)逐步得到改觀，完全依靠國(guó)內(nèi)氣力設(shè)計(jì)的葉片不久的將來(lái)會(huì)在國(guó)內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)上空運(yùn)轉(zhuǎn)。

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