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

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。

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。

、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。

、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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