【21页】小型风力发电机组动力结构设计.doc文档全文免费阅读

从而使永磁三相发电机发出三相交流电。

风速的不断变化忽大忽小，发电机发出的电流和电压也随着变化。

发出的电经过控制器的整流，由交流电变成了具有定电压的直流电，并向蓄电池进行充电。

从蓄电池组输出的直流电，通过逆变器后变成了伏的交流电，供给个体农业用户的家用电器。

从能量转换的角度看，风力发电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。

图垂直轴风力机本课题的研究内容本课题研制的小型风力发电机主要定位于它可为用户的照明彩色电视机音响设备洗衣机电冰箱组合收录机航标灯等电器提供稳定可靠总体要求是在满足功能要求的前提下，使用简单，外型明快，可靠性强，低成本。

图垂直轴风力机本课题的研究内容本课题研制的小型风力发电机主要定位于它可为用户的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。

部分内容简介公司，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。

图垂直轴风力机本课题的研究内容本课题研制的小型风力发电机主要定位于它可为用户的照明彩色电视机音响设备洗衣机电冰箱组合收录机航标灯等电器提供稳定可靠的电源。

总体要求是在满足功能要求的前提下，使用简单，外型明快，可靠性强，低成本。

从能量转换的角度看，风力发电机组由两大部分组成。

其是风力机，它的功能是将风能转换为机械能其二是发电机，它的功能是将机械能转换为电能。

大型风力发电机组发出的电能直接并到电网上，向电网馈电，小型风力发电机般将风力发电机组发出的电能用储能设备储存起来，需要时再提供给负载其简要的系统图如图。

本课题的研究内容包括进行小型风力发电机的总体功能需求分析，进行整体方案设计，力求实现机与电的结合进行机器的机械装配图设计，功能完备后，然后进行机械零件的详尽设计根据风力发电机叶片设计理论及实际风能情况，设计出合适的风力发电机叶片，并利用软件建立叶片的模型。

二〇二年五月十五日星期二图风力发电机系统方框图风力机发电机风储能设备个体负载二〇二年五月十五日星期二第章垂直风力发电机组部分零部件的设计通过资料显示水平轴风力发电机的研究远远多于垂直轴风力发电机的研究，水平轴风力发电机已有大量资料可用来进行设计计算，而垂直轴风力发电机的研究却没有较大进展，虽然垂直轴风力发电机有很多缺点，但其优点是水平轴风力发电机所不能替代的，该技术采用空气洞力学原理，针对垂直轴旋转的风洞模拟，叶片选用了飞机翼形形状，在风轮旋转时，它不会受到因变形而改变效率等它用垂直直线个叶片组成，由角形或角形形状的轮毂固定连接叶片的连杆组成的风轮，由风轮带动稀土永磁发电机发电送往控制器进行控制，输配负载所用的电能。

所以在本章将介绍本课题研究的内容，垂直轴风力发电机组的部分零部件的设计。

该小型垂直轴风力发电机的发电原理为在风的吹动下，风轮转动起来，使空气动力能转变成了机械能。

从而使永磁三相发电机发出三相交流电。

风速的不断变化忽大忽小，发电机发出的电流和电压也随着变化。

发出的电经过控制器的整流，由交流电变成了具有定电压的直流电，并向蓄电池进行充电。

从蓄电池组输出的直流电，通过逆变器后变成了伏的交流电，供给个体农业用户的家用电器。

应用范围体农业用户的电视机收音机电风扇洗衣机。

该新型垂直轴风力发电机的优点为结构简单易维护运行平稳安全抗强风能力强操作简单价格低廉。

风力机的基本原理空气的流动就是风。

风是由于地球自转及纬度温差等原因致使空气流动形成的。

风能在这里指的是风的动能。

关于风力机的理论有几种。

如贝茨理论，萨比宁理论，葛劳渥理论，斯特法尼亚克理论，许特尔理论等。

本节主要介绍贝茨理论。

世界上第个关于风力机风轮叶片接受风能的完整的理论是年由贝茨建立的。

贝获理论的建立，是假定风轮是理想的，全部接受风能没有轮鼓，叶片无限多，对空气流没有阻力。

空气流是连续的，不可压缩的，叶片扫掠面上的气流是均匀的，气流速度的方向不论在叶片前或流经叶片后都是垂直叶片扫掠面的或称平行风轮轴线的，这时的风轮称理想风轮。

分析个放置在移动的空气中的理想风轮叶片上所受到的力及移动空气对风轮叶片所做的功。

设风轮前方的风速为，是实际通过风轮的二〇二年五月十五日星期二风速，是叶片扫掠后的风速，通过风轮叶片前风速面积，叶片扫掠面的风速面积及扫掠后风速面积。

风吹到叶片上所做的功是将风的动能转化为叶片转动的机械能，则必，。

如图所示。

图贝茨理论计算简图于是风作用在叶片上的力由欧拉定理求得式中空气当时的密度。

风轮所接受的功率为经过风轮叶片的风的动能转化式中空气质量。

风作用在风轮叶片上的力和风轮输出的功率分别为风速是给定的，的大小取决于，是的函数，对微分求最大值，得另其等于，求解方程，得求得令为，称为贝茨功率系数，有而正是风速为的风能，故说明风吹在叶片上，叶片上所能获得的最大功率为风二〇二年五月十五日星期二吹过叶片扫掠面积的风能的。

贝茨理论说明，理想的风能对风轮叶片做功的最高效率是。

通常风力机风轮叶片接受风能的效率达不到，般设计时根据叶片的数量叶片翼型功率等情况，取。

小型风力发电机部分零部件的设计在贝茨基本理论的基值符合设计要求。

图叶片左视图图叶片的主视图二〇二年五月十五日星期二叶片的材料叶片材料采用的是铸造铝合金。

系铸造铝合金的铸造性能好，密度小，重量轻，具有良好的耐蚀性，耐热性和焊接性能，可通过热处理来强化，最后表面抛光处理。

所以选铝合金材料轴毂轮毂是风力发电机中连接主轴和叶片的关键部件，承担抵抗风载传递转矩的作用，对轮毂进行精确的强度分析尤为重要。

垂直轴风力发电机的叶片般有叶片对称安装在轮毂上构成，两叶片的夹角为。

下面是对风力发电机轮毂的设计根据经验和所查资料设计出垂直轴小型风力发电机的轴毂部分，如图所示，数据如图所示。

图轴毂架子由于本设计中叶片和轴毂之间需要连接为了将轴毂和叶片连接起来，设计了其连接件架子，其材料为，加工方法是铸造后加工孔。

设计方案和数据如图所示。

二〇二年五月十五日星期二图架子支撑架出于安全和稳定考虑为了支撑风力机，设计了支撑架，有效地分散了风力机的重量，承担了部分轴向力，支撑架的低端与地面接触，用地脚螺栓连接，起支撑作用。

如图所示。

图支撑架风力机设计中标准零部件的选型风力机轴承的选型垂直轴小型风力发电机安装的是推力调心滚子轴承。

设计时，必须合理选择轴承的润滑方式和润滑路径。

加工支撑架上的油路时，往往要打若干工艺孔才行，最后用密封堵头封闭这些工艺孔，防止漏油。

对于双列轴承，箱体的油孔应对准双列轴承中间的入油孔，使油液能够准确流入轴承的内部。

有入油孔就必然对应有出油孔，入油孔开设在方便安装的地方。

润滑方式有油液循环润滑脂润滑油雾二〇二年五月十五日星期二润滑喷射润滑等。

其中油脂润滑如高级锂基脂是目前最常用的方式。

油脂封入量通常为轴承空间容积的，如果填得太满会加剧轴承发热。

对于油液循环润滑，般用于中等转速的主轴上，多用于后支承上，设计时注意油路布局合理，既畅通方便，又不影响其它结构件的刚度。

设计时，选择合理的密封方式。

风力机主轴上键的选型根据结构需求主轴与轴毂的之间通过键来传递扭矩，在这里采用的是楔键连接，其尺寸为。

风力机轴毂上销的选型根据结构需求用销来固定轴毂与轴的相对位置，采用的是开尾锥销，其尺寸为。

变向器由于本课题所设计的垂直轴小型风力发电机的风力机随风转动后，其扭矩是竖直传递的，所以需设计装置使其转化成水平传递的才能满足设计要求，所以设计了变向器来改变其方向。

结构如图所示。

图变向器的主视图锥齿轮的设计变向器的作用只是将垂直的输出量转化成水平输出，无需变速，所以其锥齿轮的齿数比为，在以下的计算中只列出其中个锥齿轮的数据，另个锥齿轮数据与其相同。

其数据如下表二〇二年五月十五日星期二表锥齿轮齿轮比大端分度圆直径齿数大端模数分锥角外锥距齿宽齿宽系数平均分度圆直径中锥距平均模数切向变位系数径向变位系数ε齿顶高齿根高齿根角齿距角顶锥角根锥角齿顶圆直径冠顶距大端分度圆齿厚端面当量齿数为了防止变向器周围环境中的灰尘水气酸气和其他杂质浸入轴承内，同时防止箱内润滑油外漏，在轴伸出端盖的部分，应设置密封装置。

在多数情况下，应使用橡胶密封圈。

本章小结本章主要对风力发电机零部件的设计及风力机设计中标准零部件的选型。

分析了个体农业户对对电的利用，确定了风力发电机的功率通过对风力发电机的了解，设计出了叶片轴毂变向器架子以及支撑架通过对叶片的设计，确定了键的大小。

二〇二年五月十五日星期二第章垂直轴风力发电机正常工作的条件小型风力发电机安装地点选择小型风力发电机装机地点对于发电量以及安全运行是非常重要的，以下介绍供参考风机的塔架尽可能的高，因为离地面越高，风速越大，气流更平稳。

在平坦的地区，小型风力发电机机的推荐安装高度不低于。

树木及各类建筑对气流会形成障碍，气流在这些障碍的前方与后方均会形成个滞缓而紊乱的紊流区域，