子产生的，风的能量就是空湍流无法用简单的数学公式完整的表达出来，其复杂程度超出了人类现有的认识能力。虽然它的活动遵循定的定律，但是人类想要用这些定律来描述湍流过程是相当困难的，因此只能通过统计学来大致描述湍流。湍流风速变化基本上服从高斯函数，风速变动相对于风速均值服从正态分布，湍流强度是用来描述湍流总体水平的，计算公式如下式中为湍流强度为脉动风速的均方根为脉动风速动能为平均风速。湍流强度由地表的粗糙度和高度决定，通常是在很短的段时间内计算得到的，如几分公司，其主导产品是种额定功率为的升力型叶轮风力发电机，整套系统电产业得到了快速发展，年中国不含台湾省新增风电装机台，容量，年同比增长累计风电装机台，容量，年同比增长。台湾省当年新增风电装机台，容量累计装机台，容量，如图所示。图历年我国装机储量小型垂直轴风力发电机发展概况二〇年四月二十五日星期垂直轴风力机或的风轮轴与风向垂直，风轮的转动与风向无关，但是由于其启动风速较高且功率不稳定，其发展并不像水平轴风力机那么迅速。随着计算科学的飞速发展，垂厄风力机渐渐为世人所认识，近年来广泛受到各国研究人员的关注。国外较大的风力发电公司有加拿大的并不像水平轴风力机那么迅速。力发电机发展概况二〇年四月二十五日星期垂直轴风力机或的风轮轴与风向垂直，风轮的转动与风向无关，但是由于其启动风速较高且功率不稳定，其发展部分内容简介政策的支持下，我过风电产业得到了快速发展，年中国不含台湾省新增风电装机台，容量，年同比增长累计风电装机台，容量，年同比增长。台湾省当年新增风电装机台，容量累计装机台，容量，如图所示。图历年我国装机储量小型垂直轴风力发电机发展概况二〇年四月二十五日星期垂直轴风力机或的风轮轴与风向垂直，风轮的转动与风向无关，但是由于其启动风速较高且功率不稳定，其发展并不像水平轴风力机那么迅速。随着计算科学的飞速发展，垂直轴风力机的优异空气动力性能尤其是达里厄风力机渐渐为世人所认识，近年来广泛受到各国研究人员的关注。国外较大的风力发电公司有加拿大的公司，其主导产品是种额定功率为的升力型叶轮风力发电机，整套系统由玻璃钢纤维和钢材组成，约重，叶轮高，轮辐直径。年，中国垂直风力发电机实验基地在内蒙古化德县启动运行，目前小样机组已投入运行开始发电，如图所示。年，西峡瑞发水电设备公司和哈尔滨发电设备研究中心联合开发设计的垂直轴永磁风力发电机研制成功，并在张家口风电场安装运行。图德化县垂直轴风力机二〇年四月二十五日星期第二章风力发电基本原理风特性风能量空气的流动现象称为风，风是由于不同地方的空气受热不均匀，从个地方向另个地方运动的空气分子产生的，风的能量就是空气分子的动能，如图所示。图空气流的动能风功率计算公式为联立以上各式得从式容易看出风速对风能的影响是最大的，因此在沿海地区设计风力机时必须要考虑强台风对设备的影响。二〇年四月二十五日星期湍流特性湍流指的是短时间内的风速波动，随着海拔气候地形等变化。影响湍流的因素很多，产生湍流的主要原因有由地形差异引起的气流与地表的摩擦。由于空气密度差异和气温变化的热效应空气垂直运动。湍流往往是有这两种原因相互作用形成的。湍流无法用简单的数学公式完整的表达出来，其复杂程度超出了人类现有的认识能力。虽然它的活动遵循定的定律，但是人类想要用这些定律来描述湍流过程是相当困难的，因此只能通过统计学来大致描述湍流。湍流风速变化基本上服从高斯函数，风速变动相对于风速均值服从正态分布，湍流强度是用来描述湍流总体水平的，计算公式如下式中为湍流强度为脉动风速的均方根为脉动风速动能为平均风速。湍流强度由地表的粗糙度和高度决定，通常是在很短的段时间内计算得到的，如几分钟到小时。风力发电系统结构框架小型垂直轴风力发电机不需要并网，只要选择合适的蓄电池就能够提供般家庭的生活用电，本次设计的发电系统主要由以下几部分构成叶轮发电机传动机构包括刹车塔架整流功率控制系统，如图所示。图系统结构图二〇年四月二十五日星期第三章小型垂直轴风力发电的总体设计风力机的种类及选择风力机的分类方法很多，其中按风力机主轴布置方向可分为水平轴风力机和垂直轴风力机，水平轴风力机的旋转主轴与风向平行，如图所示。水平轴风力机组有两个主要优势实度较低，能量成本低叶轮扫掠面的平均高度可以更高，有利于增加发电量。图水平轴风力发电机垂直轴风力机的旋转主轴与风向垂直，如图所示，垂直轴风力机设计简单，风轮无需对风，其优点有可以接受任何风向的风，无需对风齿轮箱和发电机可以安装在地面，检修维护方便。二〇年四月二十五日星期图垂直轴风力发电机按照桨叶受力方式分类可分为升力型风力机和阻力型风力机。升力型风力机利用叶片的升力带动旋转轴转动，从而转化风能为电能，这种风力机目前较为常见，大部分水平轴风力机都属于升力型风力机。目前大中型风电主要采用水平轴风力机，属升力型风力机，具有转速高风的利用率较高等优点，其叶尖速比通常在以上，最大功率系数可达，如图所示。阻力型风力机利用叶片上受到的阻力来驱动发电机发电，大部分阻力型风力机为垂直轴，目前较少，如图所示。图升力型风力发电机图阻力型风力发电机二〇年四月二十五日星期垂直轴升力型风力机既有垂直轴风力机结构简单维修方便等优点，又和升力型风力机样具有较高转速，风能利用率有所提高。由于运行过程中受力比水平轴好得多，疲劳寿命要更长。垂直轴风力机空气动力学如图所示建立平面坐标系，假定风速矢量为，叶片端线速度矢量为，叶片所在位置夹角为，则叶片的平均线速度为在图中，风速矢量叶片速度矢量风对叶片的相对速度，坐标运算后得，。图垂直风力机动力原理相对风速的大小就是矢量的模，以表示的单位矢量，表示的单位矢量，则可以求出此时的攻角，攻角就是相对风速与叶片弦长所在直线的夹角，按照矢量计算可推得，在风力的作用下，叶片在攻角时受到的升力和阻力可以按以下公式计算二〇年四月二十二〇年四月二十五日星期刹车结构受力计算用制动器的额定制动转矩反求风力机制动器的最大工作风速，由公式得这个风速相当于级风，制动器在级风下可以安全制动。为了保护有效发电机和其他部件，制动器必须在转速超出发电机允许范围时立即动作，完成转速数据收集的任务就交给了光电编码器，光电编码器通过光电转换收集转轴转速数据，再将数据送往主控电路般为单片机进行分析，最后产生个控制信号使执行件动作。图为套轴式编码器，轴孔直接与电机轴配合，通过螺钉锁紧，当电机轴转动时带动光电编码器转子转动并产生光电信号。光电编码器套轴式编码器内孔光电编码器的参数如表所示。表光电编码器数据电源电压最大机械转矩输出电压高电平，低电平抗震力方向各续上表二〇年四月二十五日星期消耗电流抗冲击方向各次响应频率防护防水防油防尘输出波形方波工作寿命，载空比工作温度启动力矩储存温度转动惯量工作湿度无结霜轴最大负荷径向，轴向重量约用光电编码器对制动器进行控制不仅控制精度高，而且灵活性较大，用户可以通过简单的修改数据就可以对制动器的触发转速进行修改，这特点对于不同地方不同环境下的制动非常有利。塔架的设计支撑件受力分析支架选用低合金碳钢，在满足强度要求的同时尽量减少重量，现选择牌号结构用无缝钢管，壁厚，外径，长度，我们考虑最坏情况，即气流直接作用于静止的叶片上，这样将四个叶片等效于个平板，平板的面积为四个叶片投影面面积之和，如图所示。图等效受力图根据流体力学伯努利方程，作用于平板上的正压力为风速等效平板面积二〇年四月二十五日星期作用于平板的合力为四个叶片所受到的力最后传递到中间支撑杆，支撑杆为合金钢空心结构，重量轻，强度高，如图所示。图中间支撑杆图支撑杆受力简图杆受弯矩为钢管截面模量为其中为外径为内径与外径比。中间支撑杆二〇年四月二十五日星期受到最大弯应力查机械设计手册单行本常用工程材料表得合金钢的许用应力为，所以能够满足强度要求。拉索的受力计算塔架的稳定方式有很多，有拉杆式拉索式桁架式等，而拉索式凭借其简单的结构低廉的价格及安装简易等特点被广泛应用于各种塔架的固定。塔架用三条拉索固定与地面，每根拉索在水平面投影的夹角为，与塔架夹角为，拉索布置如图所示。图拉索的布置按最不利原则，风速方向与轴平行，受力如图所示。图单根拉索受力分析由图可得到下式二〇年四月二十五日星期查机械设计手册起重机部分可得如表所示。表拉索力学性能钢丝绳公称直径材料近似质量钢丝公称抗拉强度钢丝绳最小破断拉力钢芯钢丝绳钢丝绳数据目前市场上能够买得到的钢绳成品有许多，南通力森钢丝绳有限公司生产的类钢丝绳直径为钢丝绳可以满足我们设计需求，在地面准确位置固定地脚螺栓钢筋，钢筋端部弯成环状与钢丝绳套环连接。蓄电池和选型蓄电池的种类及工作基本原理电化学电池是种把氧化还原反应所释放出来的能量直接转变成低电压直流电能的装置，蓄电池分为酸性电池和碱性电池两大类，酸性电池也称铅酸电池，其电解质为硫酸，负极为，正极为。铅酸蓄电池广泛应用于各个行业，电池价格便宜，为镉镍蓄电池的高倍率放电性能良好，可用于引擎启动，多用于汽车发动机的启动电池电压在使用蓄电池中最高，可达到且易于浮充使用，没有记忆效应。鉴于以上优点，本次设计我们采用铅酸蓄电池来作为储能原件。蓄电池选型沈阳松下蓄电池有限公司生产的型蓄电池满足我们的设计要求，基本参数如表所示。表蓄电池参数二〇年四月二十五日星期松下蓄电池电池类型阀控密闭铅酸蓄电池使用产品容量电压其他特征箱体的设计箱体主要用于安装发电机等重要部件，使这些部件免受风雨的侵蚀，要求能够防锈