毕业设计(论文)-小型风力发电机设计.docx
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农业工程学院毕业设计说明书
目录
第一章绪论 1
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§
1.1设计小型风力发电机的依据和意义 1
1.2国内外风力发电现状与发展趋势 2
§
1.3我国风能利用存在问题 2
§
1.4国内风力发电前景 3
§
第二章小型风力机设计制造的基本理论 4
§
2.1小型风力机的基本概念和性能 4
2.1.1风力机的分类与特点.............................................
…4
§
2.1.2小型风力发电系统的结构和特性 4
§
2.1.3小型风力发电系统的选择与选址 6
§
2.2风力机叶片的设计与制作 7
§
2.2.1叶片设计的空气动力学原理 7
§
2.2.2水平轴与垂直轴叶片设计方法的理论对比 8
§
第三章小型风力发电机的总体方案确定 10
§
3.1总体方案设计 10
3.2风力机基本结构 10
§
3.3基本参数的选择与计算 10
§
3.3.1设计前提条件.......................................................
…..10
§
3.3.2基本参数的确定 11
§
第四章主要工作部件的参数选择与计算 13
§
4.1叶片装置设计 13
4.1.2叶片外形设计.......................................................
…..13
§
4.1.3计算叶片的实际安装角
.......................................
….17
§
4.1.4风轮叶片在转动中受力及风轮轴受力分析 21
§
4.2调向装置设计 23
§
4.3调速装置设计 24
§
第五章传动系统设计与计算 25
§
5.1传动特点 25
5.2风力发电机总体及动力系统布置 25
§
5.3整机传动参数设计 25
§
第六章部分零件设计计算 29
§
6.1圆柱斜齿轮传动的几何尺寸计算 29
6.1.1选材料、热处理方法、定精度等级 29
§
6.1.2按照接触强度进行初步计算................................
….29
§
6.1.3齿根弯曲强度校核................................................
….31
§
第七章轴的设计与校核..............................
……34
§
7.1增速器低速轴各力计算 34
7.2初步确定轴的最小直径..........................................
…..34
§
7.3轴的结构设计..........................................................
…..34
§
7.3.1拟定轴上零件的装配方案 34
§
7.3.2根据轴的定位要求确定轴上各段直径和长度.……35
§
7.3.3求轴上载荷及轴的校核.........................................
….36
§
第八章技术经济分析 38
§
8.1生产成本概算..........................................................
…..38
8.2项目未来市场分析 39
§
8.3项目的生态效果与社会效益评价 40
§
第九章结论 41
参考文献 43
致谢 44
第一章绪论
1.1
设计小型风力发电机的依据和意义
§
随着人类对生态环境的要求和能源的需求，风能的开发日益受到重视，风力
发电将成为21世纪大规模开发的一种可再生清洁能源。
在可再生能源领域，风能
与太阳能是最具远大产业前景的行业。
从我国现状看，由于风电处于快速发展的
启动期，更具备商业化条件。
风力发电与太阳能相比，在能量转换率、发电时间、
产业规模、技术成熟度等许多产业特性上都有优势。
风能是一种最具活力的可再生能源，它实质上是太阳能的转化形式，因此可
以认为是取之不尽的，风能的利用将可能改变人类长期依赖化石燃料和核燃料的
局面。
风电的单位电量成本约为火电的2倍左右，而太阳能则为10倍左右，虽然
随着技术进步，两者的成本都有降低的趋势，但在可预见的未来，风电行业较光
伏行业仍会具有低成本的优势，因而将获得更快的发展速度。
风能利用就是将风
的动能转换为机械能，再装换成其他能量形式。
风的动能通过风轮机装换成机械
能，再带动发动机发电，转换为电能。
世界各国研制的风力机的形态和种类很多，对于目前比较成熟的风力机，通
常可按主轴方向分为两大类：
一类为水平轴风力发电机，一类为垂直轴风力发电
机。
水平轴风力发电机的结构特征是风轮的旋转平面与风向垂直，旋转轴和地面
平行。
该种风力发电机的主要部件有叶片、传动轴、齿轮变速箱、发电机、尾翼
和塔架等。
风轮上的叶片与旋转平面成一定角度，叶片数目的多少视风力机的用
途而定。
用于发电的风力机叶片数大多为2片或3片，用于风力提水的风力机一
般为12～24片。
叶片少的风力机通常为高速风力机，它在高速运行时有较高的风
能利用系数，但启动风速较高。
由于其叶片数很少，在输出同样功率的条件下，
比低速风轮要轻得多，因此适用于发电。
水平轴风力发电机是目前技术最成熟、
生产应用最广泛的一种风力发电机。
目前10KW以下的风力发电机，特别是几百瓦
的充电式微型风力发电机绝大多数是水平轴式的。
9
1.2
国内外风力发电现状与发展趋势
§
尽管2003
年欧洲风电装机增长幅度有所放缓，年增幅由02
年的35
％降为
23％，不过随着一些欧洲国家海上风电项目的发展，预计欧洲地区风电装机仍将
维持快速增长的势头。
美洲地区风电装机容量达690
万千瓦，占全球风电总装机
的17
％。
亚洲地区风力发电与美欧相比还比较缓慢，除印度一支独秀以外，其它
国家风电装机容量均很小。
我国较大规模地开发和应用风力发电机，特别是小型风力发电机，始于
70年
代，当时研制的风力提水机主要用于提水灌溉和沿海地区的盐场，研制的较大功
率的风力发电机主要用于浙江和福建沿海。
在内蒙古地区由于得到了政府的支持
和适应了当地自然资源及当地群众的需求，小型风力发电机的研究和推广得到了
长足的发展，这对于解决边远地区居住分散的农牧民群众的生活用电和部分生产
用电起了很大作用。
近年来，随着世界范围内对环境保护、全球温室效应的重视，
各国都竞相发展包括风能在内的可再生能源的利用技术，将风能作为可持续发展
的能源政策中的一种选择，不论对并网型的大型风力发电机还是用于边远地区农
牧户的离网型小型风力发电机政府都给予了很大的政策支持。
1.3
我国风能利用存在的问题
§
我国小型风力发电保有量和年产量都居世界首位，截至2004年底我国离网型
户用小型风力发电机组生产企业累计生产量293153台，总装机容量达到98524千
瓦，预计年发电量约9246万千瓦时。
所生产的小型风力发电机组由于价格低廉和
性能可靠，还出口远销到印尼，巴基斯坦，瑞典等23个国家。
但在巨大的产能数
字背后，国内小型风力发电企业的产品技术含量一直偏低。
风机零部件的紧缺以
及质量差是另一个硬伤.国内风机企业普遍重整机、轻零部件,风电厂常要排队等待
设备,有些项目甚至因此拖延18个月之久;而且许多国产风机在试运行阶段也都遇
到了质量问题,使工程难以正常运转.国外零部件不符合国内环境需求,价格也比国
产同类产品高二到三成.国内众多的相关厂商在技术创新和产品升级上缺乏重视和
投入，甚至不少乡镇企业一直停留在翻模仿造的阶段，导致仅有规模和价格优势
而缺乏技术含量和发展导向。
因此，如何提高国内风力发电机的技术含量，从而
树立我们自己民族的品牌是当前摆在我们面前的一个重要问题。
1.4
国内风力发电前景
§
作为节能环保的新能源，风电产业赢得历史性发展机遇，在金融危机肆虐的
不利环境中逆市上扬，发展势头迅猛，截至2009年底，全国累计风电装机容量达
到25800兆瓦。
中国风力等新能源发电行业的发展前景十分广阔，预计未来很长一
段时间都将保持高速发展，同时盈利能力也将随着技术的逐渐成熟稳步提升。
随
着中国风电装机的国产化和发电的规模化，风电成本可望再降。
因此风电开始成
为越来越多投资者的逐金之地。
风电场建设、并网发电、风电设备制造等领域成为投资热点，市场前景看好。
我国幅员辽阔，海岸线绵长，可开发利用的风能资源十分丰富，集中分布在东南
沿海及华北、东北、西北地区。
在《可再生能源法》及一系列国家产业政策的推
动下，我国风电装机容量迅速增长，风电装备制造业也快速发展，产业体系已逐
步形成。
中国已经成为世界风能大国，正在向风能强国转变，风电产业发展前景
广阔。
2011年并网风电超过50GW，当年并网14.5GW，稳居世界第一。
第二章小型风力机设计制造的基本理论
2.1
小型风力机的基本概念与性能
§
2.1.1
风力机的分类及特点
§
风力机的种类和样式虽然很多，但是按照风轮的结构和其在气流中的位置，
大体可以分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。
1
、水平轴风力发电机：
旋转轴与叶片垂直，一般与地面平行，旋转轴处于水平位置的风力发电机，一般
有双叶、三叶、多叶式，顺风式和迎风式，扩散式和集中器式。
2
、垂直轴风力
发电机：
旋转轴与叶片平行，一般与地面垂直，旋转轴处于垂直方向的风力发
电机，一般有“
S”型单叶片式、“
S”型多叶片式、
Darrieus
透平、太阳能风力透
平、偏导器式。
目前占市场主流的是水平轴风力发电机，平时说的风力发电机通
常也是指水平轴风力发电机。
目前水平轴风力发电机的功率最大能达到到
5wm左
右。
垂直轴风力发电机虽然最早被人类利用，但是近10多年才被用来发电。
与传
统的水平轴风力发电机相比，垂直轴风力发电机具有不用对风向，无噪音，转速
低等优点，但同时也存在起动风速高，结构复杂等明显缺点，这都限制了垂直轴
风力发电机的应用。
2.1.2
小型风力发电机组的结构及其特性
§
水平轴风力发电机大致由以下几个部分组成：
风轮、发电机、回转体、调速
机构、调向机构（尾翼）、刹车机构、塔架。
1.风轮
水平轴风力发电机的风轮是由1-4个叶片（
大部分为2~3个叶片）和轮毂
组成。
其功能是将风能转换为机械能。
叶片的结构一般有多种形式.但是总的说来，
除部分小型风力机的叶片采用木质材料外，通常风力机的叶片采用玻璃纤维或高
强度复合材料。
风力发电机的叶片都装在轮毂上。
轮毂是风轮的枢纽，也是叶片
根部与主轴的连接件，所有从叶片传来的力，都将
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