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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
開(kāi) 題 報(bào) 告
題 目
300W小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)
指導(dǎo)教師
學(xué)院
理工分院
專業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班級(jí)
學(xué)生姓名
學(xué)號(hào)
開(kāi)題日期
2008.12
一、 選題的背景與意義
穩(wěn)定、可靠、清潔的能源供應(yīng)是人類文明、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步的保障。煤炭、石油、天然氣等化石能源支持了19世紀(jì)和20世紀(jì)近200年的人類文明的進(jìn)步和發(fā)展。然而,化石燃料的大量消耗,不僅讓人類面臨資源枯竭的壓力,同時(shí)也感覺(jué)到了環(huán)境惡化的威脅。
風(fēng)能是一種無(wú)污染的可再生能源， 它取之不盡，用之不竭，分布廣泛。隨著人類對(duì)生態(tài)環(huán)境的要求和能源的需要，風(fēng)能的開(kāi)發(fā)日益受到重視。風(fēng)力發(fā)電將成為21世紀(jì)大規(guī)模開(kāi)發(fā)的一種可再生清潔能源。
隨著新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,作為家用的小型水平軸百瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)被越來(lái)越多的人們所接受。但是這種風(fēng)力機(jī)最大的缺點(diǎn)是體積大、安裝不便,一旦有暴風(fēng)襲擊還很容易發(fā)生倒傾現(xiàn)象;由于常住居民區(qū)不存在大的風(fēng)場(chǎng),而水平軸風(fēng)力機(jī)要求的啟動(dòng)風(fēng)速較高,平時(shí)很難啟動(dòng)發(fā)電;另外為了保證風(fēng)力機(jī)的葉輪始終處于最大受風(fēng)面所在位置,還需加上迎風(fēng)裝置,作為簡(jiǎn)易型的風(fēng)力機(jī)這又增加了設(shè)計(jì)的難度。
垂直軸風(fēng)力機(jī)葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)與風(fēng)向無(wú)關(guān),因此不需要像水平軸風(fēng)力機(jī)那樣采用迎風(fēng)裝置。它可以接受來(lái)自任何方向的風(fēng)，因而當(dāng)風(fēng)向改變時(shí)，無(wú)需對(duì)風(fēng)。有趣不需要跳向裝置，它們的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得以簡(jiǎn)化。而且垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以因起動(dòng)風(fēng)速低、風(fēng)能利用率高、無(wú)噪聲、安全性高等諸多優(yōu)點(diǎn),與水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比,更具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景,垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研究也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。
二、研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問(wèn)題：
研究的基本內(nèi)容
1、300W小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀；
2、了解目前市面上銷售的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功能與外型特征；
3、根據(jù)300w要求設(shè)計(jì)出具體的垂直軸發(fā)電機(jī)具體結(jié)構(gòu)；
4、用Pro/E軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，用AutoCAD完成主要零部件；
擬解決的主要問(wèn)題是：
1、確定垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的槳片形狀、數(shù)量和連接方式；
2、確定齒輪箱和發(fā)電機(jī)的安裝位置，使得運(yùn)行維修方便；
3、槳片旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)高效傳遞到發(fā)電機(jī)上。
三、研究的方法與技術(shù)路線：
通過(guò)查閱資料收集垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的具體結(jié)構(gòu)和技術(shù)特點(diǎn)，從而更好的設(shè)計(jì)垂直軸發(fā)電機(jī)。對(duì)300w小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，用Pro/E軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，用AutoCAD完成主要零部件并通過(guò)計(jì)算確定主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。
四、研究的總體安排與進(jìn)度：
1-3周：完成文獻(xiàn)資料傳閱、文獻(xiàn)綜述、兩篇英語(yǔ)翻譯、開(kāi)題報(bào)告；
4-5周：查閱文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)槳片的形狀；
6-9周：設(shè)計(jì)300W垂直軸發(fā)電機(jī)具體結(jié)構(gòu)；
10-11周：使用Pro/E開(kāi)始繪圖，用AutoCAD完成主要零部件；
12-13周：撰寫論文。
五、主要參考文獻(xiàn)：
[1] 嚴(yán)強(qiáng),蔣超奇. 垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用[J] . 上海電力,2007 (2) .
[2] 張富昌. 幾種新式立軸風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)方案[J] . 新能源,1998(9) .
[3] 熊禮儉. 風(fēng)力發(fā)電新技術(shù)與發(fā)電工程設(shè)計(jì)、運(yùn)行、維護(hù)及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范[M] . 北京:中國(guó)科技文化出版社,2003.
[4] 孔憲文, 高峰. 提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電量的研究[J] . 東北電力技術(shù),2002(8) .
[5] 林清安.Pro/ENGINEER 2000i2零件設(shè)計(jì)實(shí)務(wù)[M].北京:：北京大學(xué)出版社,?2001
[6] 羅挽瀾 Pro/Engineer 2000i工業(yè)造型設(shè)計(jì)教程[M].北京:：北京希望電子出版社,?2001
[7] 張承詢，張?jiān)矗L(fēng)力發(fā)電[M]． 北京：中國(guó)電力出版社，2003
[8] 陳聽(tīng)寬等．新能源開(kāi)發(fā)[M]．?北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1988
[9] 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
[10] 張息良．風(fēng)能開(kāi)發(fā)利用[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005
指導(dǎo)教師審核意見(jiàn)：
年 月 日
目錄
第1章 緒論 3
1.1行業(yè)現(xiàn)狀………………………………………………………….3
1.2行業(yè)發(fā)展趨勢(shì) 5
1.3 存在問(wèn)題 5
1.4 措施與建議 5
1.5日常保養(yǎng)和定期保養(yǎng)維護(hù) 7
第2章 發(fā)電機(jī)的整體設(shè)計(jì) 9
2.1 壓力調(diào)節(jié)器 9
2.2 氣體流量閥 9
2.3 中央控制器 9
2.4 空氣風(fēng)力控制器 10
2.5 控制面板 10
第3章 發(fā)電機(jī)的部件設(shè)計(jì) 11
3.1槳葉的設(shè)計(jì) 11
3.2 手動(dòng)關(guān)閉閥設(shè)計(jì) 12
3.2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12
3.2.2 閥桿設(shè)計(jì) 13
3.3 口閥設(shè)計(jì) 16
3.3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16
3.3.2泄放直徑校核 17
3.4 充氣閥設(shè)計(jì) 18
3.5 其他部件選用 20
第4章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組載荷計(jì)算 21
第5章 供給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24
5.1壓力調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì) 24
5.1.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 24
5.1.2閥口設(shè)計(jì) 25
5.1.3密封膜片設(shè)計(jì) 28
5.1.4彈簧設(shè)計(jì) 28
5.1.5其他部件選用 33
總結(jié) 34
致謝 35
參考文獻(xiàn) 36
300W小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)
摘 要
為了解決日益嚴(yán)重的環(huán)境污染和能源危機(jī)的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了一種以風(fēng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)。由于原材料價(jià)格不斷上漲，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)成本，也不斷提高，而購(gòu)買風(fēng)機(jī)的廣大農(nóng)牧民經(jīng)濟(jì)收入有限，因此企業(yè)銷售價(jià)不能隨著上漲，企業(yè)利潤(rùn)空間很小，無(wú)利可圖，促使有的企業(yè)開(kāi)始轉(zhuǎn)產(chǎn)。如原內(nèi)蒙古商都牧機(jī)廠現(xiàn)在已開(kāi)始生產(chǎn)并網(wǎng)型大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的塔架，大型電焊機(jī)、卷扳機(jī)已經(jīng)到貨，正準(zhǔn)備投產(chǎn)。有的配套件質(zhì)量不穩(wěn)定，性能差，特別是蓄電池，逆變控制器，影響整機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的效率和可靠性。盡管目前風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)推廣應(yīng)用很快、需要量大，但由于太陽(yáng)能電池組件價(jià)格太高（每WP30～50元）。如果不是目前國(guó)家大量補(bǔ)貼，農(nóng)牧民自購(gòu)有較大困難，所以說(shuō)太陽(yáng)能電池組價(jià)格制約風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展。本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)的是300W小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
關(guān)鍵詞： 風(fēng)力發(fā)電機(jī) 小型風(fēng)力發(fā)電機(jī) 風(fēng)力 垂直軸
Abstract
In order to solve the increasingly serious environmental pollution and energy crisis, the development of a wind engine. As a result of rising raw material prices, small wind turbine production costs, is also rising, and the purchase of the majority of fans with limited income of farmers and herdsmen, so as the sales price can not rise, corporate profits is very small, unprofitable, to have Transferring the business started. Such as animal husbandry are the original factory in Inner Mongolia have already started to produce large-scale grid-based wind turbine's tower, a large welding machine, delivery volumes have been the trigger is ready for production. Matching the quality of some pieces of instability, poor performance, especially the battery, the inverter controller, the impact of the whole power system efficiency and reliability. Despite the current landscape to promote the application of hybrid generating system very quickly, the demand for large, but the solar cell component costs are too high (per WP30 ~ 50 million). If it is not currently a large number of national subsidies, farmers and herdsmen have a more difficult since the purchase, so that the price of solar battery power constraints scenery complementary systems. The design of the main design is 300W small vertical axis wind turbine.
Key words： Wind turbines small wind turbines wind vertical axis
第1章 緒論
隨著中國(guó)對(duì)“三農(nóng)”投入力度加大，經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，廣大農(nóng)、牧、漁民對(duì)改善生活環(huán)境，提高生活質(zhì)量，改善農(nóng)村地區(qū)的能源結(jié)構(gòu)，解決生活用電的迫切要求， 作為農(nóng)村可再生能源主要支柱之一的小型風(fēng)力發(fā)電行業(yè)得到長(zhǎng)足的發(fā)展，不論是參與開(kāi)發(fā)、研制、生產(chǎn)的單位，還是產(chǎn)品產(chǎn)量、國(guó)內(nèi)外銷售以及推廣應(yīng)用范圍，與上 年相比都有了新的提高，取得了顯著的成效。
1.1 行業(yè)現(xiàn)狀
1.1．1從事小型風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的開(kāi)發(fā)、研制、生產(chǎn)單位不斷擴(kuò)大
自中國(guó)第一部《可再生能源法》于2005年2月28日在全國(guó)人大十一屆十四次大會(huì)通過(guò)以來(lái)，可再生能源的開(kāi)發(fā)應(yīng)用出現(xiàn)了新的機(jī)遇，大家看好可再生能源 的發(fā)展前景，從事小型風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)研制、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)的單位達(dá)到70家。其中，大專院校、科研院所35家，生產(chǎn)企業(yè)23家，配套企業(yè)（含蓄電池、葉片、逆變 控制器等）12家。生產(chǎn)企業(yè)名列前矛的是：江蘇神州風(fēng)力發(fā)電有限公司、內(nèi)蒙古龍信博風(fēng)電設(shè)備制造有限公司（原內(nèi)蒙古商都牧機(jī)廠）、內(nèi)蒙古天力機(jī)械有限公司 （原內(nèi)蒙動(dòng)力機(jī)廠）、廣州紅鷹能源科技有限公司、南京東龍電子電器科技中心。 1.1.2小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)量產(chǎn)值利潤(rùn)有新的增長(zhǎng)
2005年據(jù)23個(gè)生產(chǎn)企業(yè)報(bào)表統(tǒng)計(jì)，共生產(chǎn)30kW以下獨(dú)立運(yùn)行的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組共33253臺(tái)，比上年增長(zhǎng)34.4％，其中200W、 300W、500W機(jī)組共生產(chǎn)24123臺(tái)，占全年總產(chǎn)量的72.5％，機(jī)組容量為12020kW，總產(chǎn)值8472萬(wàn)元，利稅992.9萬(wàn)元。2006 年，預(yù)計(jì)小型風(fēng)力發(fā)電行業(yè)無(wú)論是產(chǎn)量、產(chǎn)值、利稅等方面將有較大增長(zhǎng)，目前正在統(tǒng)計(jì)中。
1.1.3出口外銷數(shù)量增加，國(guó)際市場(chǎng)看好
2005年15個(gè)單位共出口小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組5884臺(tái)，比上年增長(zhǎng)40.7％，創(chuàng)匯282.7萬(wàn)美元，主要出口到菲律賓、越南、巴基斯坦、朝鮮、印 尼、波蘭、緬甸、蒙古、韓國(guó)、日本、加拿大、英國(guó)、美國(guó)、荷蘭、智利、格魯吉亞、匈牙利、新西蘭、比利時(shí)、澳大利亞、南非、阿根廷、香港、臺(tái)灣等24個(gè)國(guó) 家和地區(qū)。
1.1.4推廣應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大
除了傳統(tǒng)的廣大農(nóng)牧區(qū)用戶應(yīng)用小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組照明看電視以外，由于汽油、空氣、煤油價(jià)格飛漲，且供應(yīng)渠道不暢通，內(nèi)陸、江湖、漁船、邊防哨所、部 隊(duì)、氣象、微波站等使用空氣發(fā)電的用戶，逐步改用風(fēng)力發(fā)電或風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電。此外，生態(tài)環(huán)保公園、林蔭小道、別墅庭院等地方，也購(gòu)買安裝小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組， 作為景觀，供人們休閑欣賞。
1.1.5農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及“小風(fēng)電利用工”國(guó)家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定
1）根據(jù)農(nóng)業(yè)部科教司“農(nóng)村可再生能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系”規(guī)劃對(duì)小型風(fēng)力發(fā)電通用標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)編制的要求，小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)制定完成，即 “小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)條件及質(zhì)量評(píng)價(jià)”、“小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)安裝規(guī)范”；一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)正在制定，即“小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)可靠性要求”。此外根據(jù)農(nóng)業(yè)部市場(chǎng)司及 質(zhì)量辦“關(guān)于申報(bào)2005年農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定和修改項(xiàng)目”的通知要求，申報(bào)了兩個(gè)小風(fēng)電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即“小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)驗(yàn)收規(guī)范”、“小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)售 后服務(wù)技術(shù)規(guī)范”。
2）根據(jù)“中華人民共和國(guó)勞動(dòng)法”的有關(guān)規(guī)定，為進(jìn)一步完善國(guó)家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系，為職業(yè)教育和職業(yè)培訓(xùn)提供科學(xué)規(guī)范的依據(jù)，參加勞動(dòng)和社會(huì)保障部、農(nóng)業(yè)部組織的專家組，制定了《小風(fēng)電利用工國(guó)家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》并已通過(guò)審批實(shí)施。
1.1.6國(guó)家西部無(wú)電地區(qū)農(nóng)村能源電力建設(shè)
1）國(guó)家發(fā)改委、全球環(huán)境基金世界銀行中國(guó)可再生能源發(fā)展項(xiàng)目辦公室，從2002年開(kāi)始，實(shí)施“送電到鄉(xiāng)”工程已基本結(jié)束，全部建成發(fā)電，主要集中在 、甘肅、西藏、內(nèi)蒙古、青海等省，共建成了718個(gè)光伏和風(fēng)光互補(bǔ)電站，裝機(jī)18MW，其中風(fēng)力發(fā)電800kW所采用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由協(xié)會(huì)生產(chǎn)企業(yè)提 供。下一步“送電到村（戶）工程”正在規(guī)劃，即將啟動(dòng)?！ ?）內(nèi)蒙古“光明工程”實(shí)施進(jìn)展情況
內(nèi)蒙古自治區(qū)政府確定的“光明工程”項(xiàng)目，從2001年開(kāi)始，用5年的時(shí)間，推廣應(yīng)用風(fēng)力發(fā)電與風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電，解決7個(gè)盟（市）26個(gè)旗（縣）7.5 萬(wàn)戶離網(wǎng)散居的牧民生活用電、區(qū)內(nèi)外的內(nèi)蒙國(guó)飛、商都、天力、華德、蒙晨、包頭二重、保定天泰等生產(chǎn)企業(yè)。通過(guò)招標(biāo)，都參與了內(nèi)蒙古光明工程建設(shè)，到 2005年底累計(jì)完成11597套，其中2005年完成2354套，由于部分產(chǎn)品質(zhì)量不過(guò)關(guān)、政府補(bǔ)貼及用戶自籌資金不到位等原因，“光明工程”進(jìn)展緩 慢，步履艱難，而參與光明工程的企業(yè)，貨款收不回來(lái)，流動(dòng)資金嚴(yán)重不足，影響企業(yè)的發(fā)展，有苦難言。
3）內(nèi)蒙古小型風(fēng)力發(fā)電開(kāi)發(fā)應(yīng)用
“十五”期間，內(nèi)蒙古新能源開(kāi)發(fā)利用專項(xiàng)共16項(xiàng)，投入資金3382.92萬(wàn)元，到2005年已驗(yàn)收11項(xiàng)，直接經(jīng)濟(jì)效益670萬(wàn)元。在送電工程項(xiàng)目中，自治區(qū)政府對(duì)每套風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)補(bǔ)貼3000元，促進(jìn)了行業(yè)發(fā)展。
內(nèi)蒙古小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組50W～20kW已形成3.5萬(wàn)臺(tái)的生產(chǎn)能力，到2004年全區(qū)累計(jì)推廣應(yīng)用小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組15.8萬(wàn)臺(tái)，并在50個(gè)旗縣建 立了新能源技術(shù)服務(wù)機(jī)構(gòu)，保證機(jī)組正常運(yùn)行。內(nèi)蒙古自治區(qū)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的產(chǎn)量、保有量、生產(chǎn)能力、生產(chǎn)企業(yè)數(shù)，均列全國(guó)第一。
1.1.7國(guó)際合作與技術(shù)交流
1）對(duì)中國(guó)與荷蘭政府“促進(jìn)中國(guó)西部可再生能源發(fā)展應(yīng)用項(xiàng)目”湖北洪湖示范點(diǎn)上安裝的280臺(tái)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和32臺(tái)（套）風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)備安裝驗(yàn)收，并對(duì)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的設(shè)備質(zhì)量問(wèn)題提出了改進(jìn)意見(jiàn)，使其真正起到示范作用。
2）參加中國(guó)風(fēng)能協(xié)會(huì)組織的澳大利亞墨爾本“第四屆世界風(fēng)能大會(huì)（WWE2005）暨可再生能源展覽會(huì)”，并對(duì)澳大利亞可再生能源應(yīng)用狀況進(jìn)行了考 察。該國(guó)風(fēng)力資源豐富，小型風(fēng)力發(fā)電和風(fēng)力提水機(jī)組隨處可見(jiàn)，特別是風(fēng)力提水機(jī)組廣泛用于牲畜飲水及草澆灌溉，效果很好。中國(guó)內(nèi)蒙古早期生產(chǎn)的北方型風(fēng)力 提水機(jī)組技術(shù)就是從澳大利亞引進(jìn)的。
3）組織參加上海第十五屆國(guó)際光伏科學(xué)與工程大會(huì)（PVSEL－15）及展覽會(huì)，內(nèi)蒙古呼和浩特市博洋、內(nèi)蒙蒙晨、南京冠亞等會(huì)員單位將小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及逆變控制器等產(chǎn)品進(jìn)行了展示，擴(kuò)大了國(guó)內(nèi)外影響。
1.2 行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)
由于廣大農(nóng)牧民生活水平提高、用電量不斷增加，因此小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單機(jī)功率在繼續(xù)提高，50W機(jī)組不再生產(chǎn)，100W、150W機(jī)組產(chǎn)量逐年下降，而200W、300W、500W、1000W機(jī)組逐年增加，占總年產(chǎn)量的80％。
由于廣大農(nóng)民迫切希望不間斷用電，因此“風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)”的推廣應(yīng)用明顯加快，并向多臺(tái)組合式發(fā)展，成為今后一段時(shí)期的發(fā)展方向。
風(fēng)光互補(bǔ)多臺(tái)組合式系列發(fā)電系統(tǒng)是將多臺(tái)小功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝在同一個(gè)地方，集中向配套的多個(gè)大容量蓄電池組同時(shí)充電，并由一臺(tái)大功率的控制逆變器統(tǒng) 一控制輸出。這種配置優(yōu)點(diǎn)是（1）小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量穩(wěn)定、安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠；（2）裝拆、搬運(yùn)、維護(hù)方便，操作簡(jiǎn)單；（3） 若需維護(hù)或故障停機(jī)時(shí)，其余組機(jī)照常發(fā)電，不影響系統(tǒng)正常使用；（4）多臺(tái)成群的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)自然成為一片觀賞景點(diǎn)，又是一座無(wú)環(huán)境污染的綠色電站。
隨著國(guó)家《可再生能源法》及“可再生能源產(chǎn)業(yè)指導(dǎo)目錄”的制定，相繼還會(huì)有多種配套措施及稅收優(yōu)惠扶植政策出臺(tái)，必將提高生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)積極性，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
目前中國(guó)尚有2.8萬(wàn)個(gè)村，700萬(wàn)戶計(jì)2800萬(wàn)人口沒(méi)有用上電，且分散居住在邊遠(yuǎn)山區(qū)、農(nóng)牧區(qū)、常規(guī)電網(wǎng)很難到達(dá)。有關(guān)專家分析，700萬(wàn)無(wú)電戶中，300萬(wàn)戶可用微水電解決用電，而400萬(wàn)戶可以用小型風(fēng)力發(fā)電或風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電，滿足用電需要。
1.3 存在問(wèn)題
1）由于原材料價(jià)格不斷上漲，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)成本，也不斷提高，而購(gòu)買風(fēng)機(jī)的廣大農(nóng)牧民經(jīng)濟(jì)收入有限，因此企業(yè)銷售價(jià)不能隨著上漲，企業(yè)利潤(rùn)空 間很小，無(wú)利可圖，促使有的企業(yè)開(kāi)始轉(zhuǎn)產(chǎn)。如原內(nèi)蒙古商都牧機(jī)廠現(xiàn)在已開(kāi)始生產(chǎn)并網(wǎng)型大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的塔架，大型電焊機(jī)、卷扳機(jī)已經(jīng)到貨，正準(zhǔn)備投產(chǎn)。
2）有的配套件質(zhì)量不穩(wěn)定，性能差，特別是蓄電池，逆變控制器，影響整機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的效率和可靠性。
3）盡管目前風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)推廣應(yīng)用很快、需要量大，但由于太陽(yáng)能電池組件價(jià)格太高（每WP30～50元）。如果不是目前國(guó)家大量補(bǔ)貼，農(nóng)牧民自購(gòu)有較大困難，所以說(shuō)太陽(yáng)能電池組價(jià)格制約風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展。
4）少數(shù)企業(yè)生產(chǎn)的小型發(fā)電機(jī)組質(zhì)次價(jià)高，而且產(chǎn)品沒(méi)有通過(guò)國(guó)家檢測(cè)中心測(cè)試鑒定就批量生產(chǎn)銷售，售后服務(wù)不到位，損害了消費(fèi)者利益。
1. 4 措施與建議
1）盡快制定減免稅收優(yōu)惠政策
根據(jù)國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)頒布的“可再生能源產(chǎn)業(yè)指導(dǎo)目錄”，國(guó)家應(yīng)盡快制定增值稅、所得稅減免稅率，減輕企業(yè)負(fù)擔(dān)，有利行業(yè)發(fā)展。否則企業(yè)無(wú)利可圖就會(huì)轉(zhuǎn)產(chǎn)。
2）建議農(nóng)業(yè)部在啟動(dòng)實(shí)施“生態(tài)家園”富民方案中，因地制宜，發(fā)展應(yīng)用推廣小型風(fēng)力發(fā)電，風(fēng)光互補(bǔ)農(nóng)村可再生能源發(fā)電系統(tǒng)。
3）2002年和2003年農(nóng)業(yè)部實(shí)施的“小型公益項(xiàng)目”計(jì)劃，對(duì)促進(jìn)小風(fēng)電、光電、微水電的產(chǎn)業(yè)發(fā)展起到積極促進(jìn)作用，希望能繼續(xù)實(shí)施。
4）企業(yè)要不斷的提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高可靠性及外觀，在滿足國(guó)內(nèi)需要外，積極大量出口，擴(kuò)大外銷。
5）為保障用戶權(quán)益、保障廣大農(nóng)牧漁民的切身利益，建議農(nóng)業(yè)部盡快建立國(guó)家級(jí)“小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)質(zhì)量檢測(cè)中心”。沒(méi)有通過(guò)質(zhì)量檢測(cè)的產(chǎn)品不予推廣應(yīng)用。
1.5日常保養(yǎng)和定期保養(yǎng)維護(hù)
1. 5.1日常保養(yǎng)
風(fēng)電機(jī)組齒輪箱的日常保養(yǎng)內(nèi)容主要包括：設(shè)備外觀檢查、潤(rùn)滑油位檢查、電氣接線檢查等。具體工作任務(wù)包括：運(yùn)行人員登機(jī)工作時(shí)應(yīng)對(duì)齒輪箱箱體表面進(jìn)行清潔，檢查箱體及潤(rùn)滑管路有無(wú)滲漏現(xiàn)象，外敷的潤(rùn)滑管路有無(wú)松動(dòng)，由于風(fēng)電機(jī)組振動(dòng)較大，如果外敷管路固定不良將導(dǎo)致管路接頭密封損壞甚至管路斷裂。此外，還要注意箱底放油閥有無(wú)松動(dòng)和滲漏，避免放油閥松動(dòng)和滲漏導(dǎo)致的齒輪油大量外泄。
由油標(biāo)尺或油位窗檢查油位及油色是否正常，發(fā)現(xiàn)油位偏低應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充。若發(fā)現(xiàn)油色明顯變深發(fā)黑時(shí)，應(yīng)考慮進(jìn)行油質(zhì)檢驗(yàn)，并加強(qiáng)機(jī)組的運(yùn)行監(jiān)視。遇有濾清器堵塞報(bào)警時(shí)應(yīng)及時(shí)檢查處理，在更換濾芯時(shí)應(yīng)徹底清洗濾清器內(nèi)部，有條件最好將濾清器總成拆下在車間進(jìn)行清洗、檢查。安裝濾清器外殼時(shí)應(yīng)注意對(duì)正螺紋，均勻用力，避免損傷螺紋和密封圈。
檢查齒輪油位油位、溫度、壓力、壓差、軸承溫度等傳感器和加熱器、散熱器的接線是否正常，導(dǎo)線有無(wú)磨損。在日常巡視檢查時(shí)還應(yīng)當(dāng)注意機(jī)組的噪音有無(wú)異常，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患。
1.5.2定期保養(yǎng)維護(hù)
風(fēng)電機(jī)組定期保養(yǎng)維護(hù)內(nèi)容主要包括：齒輪箱連接螺栓的力矩檢查、齒輪嚙合及齒面磨損情況檢查、傳感器功能測(cè)試、潤(rùn)滑及散熱系統(tǒng)功能檢查、定期更換齒輪油濾清器，油樣采集等。有條件時(shí)可借助有關(guān)工業(yè)檢測(cè)設(shè)備對(duì)齒輪箱運(yùn)行狀態(tài)的振動(dòng)及噪音等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)分析，以期更全面地掌握齒輪箱的工作狀態(tài)。
根據(jù)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行維護(hù)手冊(cè)，不同的廠家對(duì)齒輪油的采樣周期也不盡相同。一般要求每年采樣一次，或者齒輪油油使用兩年后采樣一次。對(duì)于發(fā)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)異常的齒輪箱根據(jù)需要，隨時(shí)采集油樣。齒輪油的使用年限一般為三至四年。由于齒輪箱的運(yùn)行溫度、年運(yùn)行小時(shí)以及峰值出力等運(yùn)行指標(biāo)不盡相同，籠統(tǒng)地以時(shí)間為限作為齒輪油更換的條件，在不同的運(yùn)行環(huán)境下不一定能夠保證齒輪箱經(jīng)濟(jì)、安全地運(yùn)行。這就要求運(yùn)行人員平時(shí)注意收集整理機(jī)組的各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)比分析油品化驗(yàn)結(jié)果的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)，找出更加符合自己電場(chǎng)運(yùn)行特點(diǎn)的油品更換周期。
我場(chǎng)在油品采樣時(shí)，考慮到樣品份數(shù)的限制，一般選取運(yùn)行狀態(tài)較惡劣的機(jī)組（如：故障率較高、出力峰值較高、齒輪箱運(yùn)行溫度較高、濾清器更換較頻繁）作為采樣對(duì)象。根據(jù)油品檢驗(yàn)結(jié)果分析齒輪箱的工作狀態(tài)是否正常，潤(rùn)滑油性能是否滿足設(shè)備正常運(yùn)行需要，并參照風(fēng)電機(jī)組維護(hù)手冊(cè)規(guī)定的油品更換周期，綜合分析決定是否需要更換齒輪油。油品更換前可根據(jù)實(shí)際情況選用專用清洗添加劑，更換時(shí)應(yīng)將舊油徹底排干清除油污，并用新油清洗齒輪箱，對(duì)箱底裝有磁性元件的，還應(yīng)清洗磁性元件，檢查吸附的金屬雜質(zhì)情況。加油時(shí)按手冊(cè)要求風(fēng)力加注，避免油位過(guò)高，導(dǎo)致輸出軸油封因回油不暢而發(fā)生滲漏。
第2章 發(fā)電機(jī)整體的設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)的300W小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，并設(shè)置了多種傳感器，充分應(yīng)用原發(fā)動(dòng)機(jī)的電控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)精確控制。
2．1 壓力調(diào)節(jié)器
壓力調(diào)節(jié)器上裝有壓力傳感器且與駕駛室內(nèi)控制面板相連，這樣在駕駛室內(nèi)即可通過(guò)壓力值了解風(fēng)力的大小。在壓力調(diào)節(jié)器前分別安裝有加溫器和過(guò)濾器。其中加溫器是為了給風(fēng)加熱，以避免因風(fēng)壓力降低吸收熱量而使壓力調(diào)節(jié)器凍結(jié)。過(guò)濾器是為了濾除氣體中的雜質(zhì)，以避免減壓器閥口被堵塞。風(fēng)力壓力調(diào)節(jié)器后連接電磁閥，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障或發(fā)動(dòng)機(jī)熄火時(shí)，電磁閥自動(dòng)切斷風(fēng)的供給。
2.2 氣體流量閥
氣體流量閥可精確控制雙風(fēng)力工作狀態(tài)下的風(fēng)力流量。其內(nèi)有一小容積室，與風(fēng)力噴射器、風(fēng)壓力傳感器和溫度傳感器相連，2個(gè)傳感器分別測(cè)出容積室中風(fēng)的壓力和溫度。中央控制器(ECU)將實(shí)測(cè)風(fēng)壓力與存儲(chǔ)在ECU內(nèi)的目標(biāo)壓力值相比較，根據(jù)二者的差值調(diào)整容積室的容積，保證確的風(fēng)噴射量。風(fēng)以1O～80 Mpa的噴射壓力噴入時(shí)進(jìn)氣道內(nèi)，與空氣充分混合后進(jìn)入氣缸。風(fēng)力噴射器的噴孔與空氣的流向相反，使風(fēng)與空氣充分混合。
2.3 中央控制器
ECU是YC6108雙風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的控制核心，它接受8個(gè)傳感器的信息，通過(guò)計(jì)算分析處理后，向空氣風(fēng)力控制器及氣體流量閥等主要執(zhí)行器發(fā)出指令，控制雙風(fēng)力狀態(tài)下的空氣量以及風(fēng)力的流量，進(jìn)而保證發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。ECU具有故障自診斷功能。當(dāng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)時(shí)，ECU 自動(dòng)記錄錯(cuò)誤信息，并將錯(cuò)誤代碼在控制面板上顯示出來(lái)。它可自動(dòng)記錄風(fēng)流量、空氣流量風(fēng)溫度和壓力、進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣壓力等3O余個(gè)參數(shù)隨時(shí)間變化的曲線，并進(jìn)行分析。
2.4 空氣風(fēng)力控制器
空氣風(fēng)力控制器安裝在噴油泵的后端。發(fā)動(dòng)機(jī)在雙風(fēng)力工作狀態(tài)時(shí)，ECU 按照其內(nèi)設(shè)定的風(fēng)力MAP，通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)的行程從而控制噴油泵齒條的位移量來(lái)控制在雙風(fēng)力工作狀態(tài)的空氣風(fēng)力。在純空氣工作狀態(tài)時(shí)，空氣風(fēng)力控制器不起作用，由噴油泵調(diào)速器直接控制發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣噴射量。
2.5 控制面板
控制面板固定在駕駛室內(nèi)的儀表板上。控制面板上有控制發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，還可以顯示雙風(fēng)力工作狀態(tài)下的風(fēng)替代率及氣瓶?jī)?nèi)的風(fēng)儲(chǔ)量。當(dāng)雙風(fēng)力工作狀態(tài)下出現(xiàn)故障時(shí)，控制面上的故障顯示燈就會(huì)提醒駕駛員，同時(shí)可以通過(guò)外接設(shè)備端口把故障的原因打印出來(lái)。
第3章 發(fā)電機(jī)的部件設(shè)計(jì)
3.1 槳葉的設(shè)計(jì)
小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組常用的幾種槳葉
1、木質(zhì)槳葉
選用上好的優(yōu)質(zhì)木材加工而成。對(duì)木材的要求是：1、木質(zhì)不軟不硬，容易加工；2、木紋整齊無(wú)疤痕；3、不易吸水，不易變形。木質(zhì)材料的機(jī)械強(qiáng)度不高，光潔度低，容易吸收水分，容易發(fā)生變形，經(jīng)不起戶外惡劣環(huán)境的侵襲。因此，槳葉成形后要在上面涂上油漆，加以保護(hù)。盡管如此，木質(zhì)槳葉的使用壽命也遠(yuǎn)不如其它類型槳葉。它的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉、取材容易，重量輕，使用安全。這種槳葉多用于50W 以下的小型風(fēng)機(jī)上。
木質(zhì)槳葉有兩種葉型，一是兩葉型，為整體結(jié)構(gòu)，沒(méi)有單獨(dú)的葉柄，是用一塊等寬的優(yōu)質(zhì)木材加工而成，除中間有一個(gè)安裝孔外，沒(méi)有任何零部件，因此是各類風(fēng)機(jī)槳葉中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單、價(jià)格最便宜的一種。二是三葉型，各槳葉單獨(dú)制作，各有獨(dú)立的葉柄與葉片相連接，葉柄的另一端與輪盤相連，組成葉輪。由于其結(jié)構(gòu)與零部件比兩葉型復(fù)雜，因此容易損壞。木質(zhì)槳葉的使用壽命一般在1年左右。
2、玻璃鋼槳葉
玻璃鋼槳葉表面光滑，硬度高，造型容易。因而，在小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，玻璃鋼槳葉應(yīng)用得最為廣泛。玻璃鋼槳葉有兩種結(jié)構(gòu)，一是木芯外包玻璃鋼槳葉，這種槳葉重量輕、成本低、應(yīng)用廣，但使用壽命較短，一般約為3-5年；二是中空全玻璃鋼槳葉，這種槳葉較重，成本也高，但使用壽命較長(zhǎng)，約4-6年。全玻璃鋼槳葉又分為兩種，一種是只有簡(jiǎn)單的葉柄；另一種是帶有離心調(diào)速裝置的葉柄。
3、鐵皮槳葉
鐵皮槳葉多用于帶離心調(diào)速裝置的風(fēng)機(jī)上，一般用0.5mm厚的鍍鋅鐵皮制成，中空，一端用金屬塊封堵，另一端用帶有離心調(diào)速裝置的葉柄根部填充。這種槳葉很重，運(yùn)行起來(lái)很平穩(wěn)。鐵皮槳葉由于慣性大、硬度高、邊緣銳利等原因，運(yùn)行時(shí)存在著一定的不安全因素，尤其是在安裝、維修時(shí)要注意安全。這種槳葉的使用壽命較長(zhǎng)，一般可達(dá)10年左右。
4、 鋁合金槳葉
鋁合金槳葉是近幾年開(kāi)始生產(chǎn)使用的新型槳葉。這種槳葉，是用鋁合金澆鑄而成，實(shí)心。它的造型很特別，葉片的前后緣皆呈弧形，上半部向后彎曲似新月?tīng)?，機(jī)械強(qiáng)度很高。將葉片橫放在地上，兩端各墊一塊磚，中間懸空，站上去一個(gè)人，葉片不彎不斷。它啟動(dòng)風(fēng)速小，能在微風(fēng)中發(fā)電。它的使用壽命估計(jì)可在10年以上，是一種比較有前途的葉種。
這種槳葉的不足之處是運(yùn)行中存在著不安全因素，它分量重、慣性強(qiáng)，前緣鋒利，旋轉(zhuǎn)起來(lái)像三把飛刀，具有一定的危險(xiǎn)性，在安裝、維修和運(yùn)行時(shí)，要倍加小心。
綜合考慮幾種槳葉的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用鋁合金材質(zhì)的槳葉作為該小型垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)的槳葉。
3.2 手動(dòng)關(guān)閉閥設(shè)計(jì)
手動(dòng)關(guān)閉閥是CNG系統(tǒng)安全可靠的關(guān)鍵部件，要求能夠做到快速“開(kāi)”和“關(guān)”，啟閉范圍應(yīng)為0.25~1.5圈，并清楚標(biāo)明“開(kāi)”和“關(guān)”的方向。手動(dòng)關(guān)閉閥應(yīng)安裝在易于操作的位置，閥體又不得直接安裝在駕駛室內(nèi)。
圖3.1 手動(dòng)關(guān)閉閥
3．2．1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)的手動(dòng)關(guān)閉閥的結(jié)構(gòu)如圖3.2所示。
1——閥體 2——閥芯 3——內(nèi)螺帽
4——密封膜片 5——外螺帽 6——閥桿 7——手輪
圖 3.2 手動(dòng)關(guān)閉閥結(jié)構(gòu)
手動(dòng)關(guān)閉閥實(shí)質(zhì)是截止閥。由上圖風(fēng)力從A端進(jìn)入B端流出。當(dāng)旋傳手輪7時(shí)，可以截止或打開(kāi)氣瓶與風(fēng)力壓力調(diào)節(jié)器通路。用于截止風(fēng)力的閥芯2端部設(shè)置有密封墊，使截止充分防止泄漏。在閥桿和內(nèi)螺帽之間安有密封膜片，防止在手動(dòng)關(guān)閉閥打開(kāi)時(shí)風(fēng)力泄漏。
3．2．2 閥桿設(shè)計(jì)
根據(jù)設(shè)計(jì)的手動(dòng)充氣閥結(jié)構(gòu)，初步設(shè)計(jì)閥桿的最小直徑為12mm，取材料為1Cr13。
1 閥桿軸向力計(jì)算
閥桿軸向力
(4.3)
其中
——閥桿軸向力(N)
——密封力(N)
——介質(zhì)力(N)
密封力
(4.4)
由設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)初定
閥座密封面平均直徑
閥座密封面寬度
又密封必需比壓 (p為儲(chǔ)氣壓力)
所以
介質(zhì)力
(4.5)
即
所以閥桿的最大軸向力
2 閥桿力矩計(jì)算
閥桿力矩
(4.6)
其中
——閥桿力矩()
——關(guān)閉時(shí)閥桿螺紋摩擦力矩()
——關(guān)閉時(shí)閥桿頭部與閥瓣接觸面的摩擦力矩()
關(guān)閉時(shí)閥桿螺紋摩擦力矩
(4.7)
由結(jié)構(gòu)初定關(guān)閉時(shí)閥桿螺紋的摩擦半徑
所以
關(guān)閉時(shí)閥桿頭部與閥瓣接觸面的摩擦力矩
(4.8)
由結(jié)構(gòu)知，閥桿頭部球面半徑
由閥桿材料知，閥桿材料彈性模數(shù)
所以
故截止閥力矩
3 閥桿強(qiáng)度校核
由閥桿材料為1Cr13 查得
許用拉伸應(yīng)力
許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力
許用合成應(yīng)力
閥桿所受拉伸應(yīng)力
(4.9)
即
閥桿所受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力
(4.10)
即
閥桿所受合力應(yīng)力
(4.11)
即
故滿足條件。
3．3 口閥設(shè)計(jì)
口閥是連接儲(chǔ)氣瓶和高壓管的部件，它由進(jìn)氣口、出氣口、手輪、安全裝置組成。
口閥的作用是在必要時(shí)關(guān)閉儲(chǔ)氣瓶與高壓管間的通道。安全裝置為爆破片易熔塞組合式。當(dāng)遇到意外時(shí)，高溫將易熔合金熔化，高壓將爆破片爆破，使氣瓶?jī)?nèi)的高壓風(fēng)力泄放，以保護(hù)氣瓶。由GB8337-1996《氣瓶用易熔合金塞》知，易熔合金熔化溫度為，爆破片公稱爆破壓力為水壓試驗(yàn)壓力，允差為。風(fēng)力為可風(fēng)力體，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)螺紋為左旋。
圖 4.5 氣瓶閥
3．3．1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)的閥結(jié)構(gòu)如圖4.6所示。
1——閥體 2——安全閥 3——閥芯 4——內(nèi)閥帽
5——密封膜片 6——外閥帽 7——閥桿 8——手輪
圖 3.3 氣瓶閥結(jié)構(gòu)
A端與氣瓶相連接，B端連接高壓管。安全裝置2為爆破片易熔塞組合式，當(dāng)達(dá)到規(guī)定條件，爆破片爆破和易熔合金熔化，泄放風(fēng)力來(lái)達(dá)到保護(hù)儲(chǔ)氣瓶的信作用。在必要時(shí)也可以扭轉(zhuǎn)手輪8截?cái)鄽馄颗c高壓管的通路。閥芯上設(shè)置有密封墊，使其通路充分截止。同時(shí)在閥桿頭部安在密封膜片，防止風(fēng)力泄漏。
氣瓶閥與手動(dòng)關(guān)閉閥一樣都是截止閥，不同之處是氣瓶閥設(shè)計(jì)有安全裝置用來(lái)保護(hù)氣瓶。閥體在結(jié)構(gòu)有也些不同，氣瓶閥閥體進(jìn)口與氣瓶相接。所以閥桿設(shè)計(jì)與手動(dòng)關(guān)閉閥一樣。這里主要設(shè)計(jì)了安全裝置。
3．3．2 泄放直徑校核
初步設(shè)計(jì)泄放直徑為。
達(dá)到安全泄放滿足條件
(4.12)
其中
W——設(shè)計(jì)泄放量()
——安全泄放量()
安全泄放量
(4.13)
式中
壓力源進(jìn)口管內(nèi)徑
介質(zhì)密度
介質(zhì)流速
所以
設(shè)計(jì)泄放量
(4.14)
式中
額定泄放系數(shù)
氣體特性系數(shù)
設(shè)計(jì)爆破面積
氣體摩爾質(zhì)量
氣體壓縮系數(shù)
進(jìn)氣口溫度
爆破壓力
所以
滿足條件。
3．4 充氣閥設(shè)計(jì)
充氣閥是安裝在發(fā)電機(jī)上，與加氣站售氣機(jī)的加氣槍連接后給車用氣瓶充裝CNG裝置的總稱。它由進(jìn)氣接口、單向閥、防塵塞、輸氣接頭組成。它的作用是在加氣站儲(chǔ)存的高壓風(fēng)力充裝到儲(chǔ)氣瓶組時(shí)，可靠的接通高壓充氣氣路；在充氣結(jié)束后，能可靠的封閉充氣口，防止風(fēng)力從充氣口泄漏。
圖 3.4 加氣裝置
充氣閥結(jié)構(gòu)如圖3.5所示。
1——防塵蓋 2——加氣口 3——單向閥
4——接頭 5——密封圈 6——泄放塞
圖 3.5 加氣口結(jié)構(gòu)
當(dāng)儲(chǔ)氣瓶需要加氣時(shí)，首先拔出泄放塞放出泄漏的風(fēng)力，再打開(kāi)防塵蓋，把加氣站里的加氣槍接到加氣口上充氣。在充氣閥旁連接儲(chǔ)氣瓶的端安有壓力表，用于查看氣瓶風(fēng)力是否不足或是否充氣好。
為了保證不同加氣站之間加氣插頭的通用性，對(duì)加氣口的接口形狀和尺寸國(guó)家作了統(tǒng)一規(guī)定。根據(jù)QC/T245-1998壓縮風(fēng)力發(fā)電機(jī)專用裝置和安裝要求的規(guī)定，風(fēng)力裝置就設(shè)置單向閥或截止閥，加氣接頭采用直徑為12mm的插銷式結(jié)構(gòu)，并設(shè)置能密封系統(tǒng)壓力的防塵塞，防止氣體泄漏，在取出防塵塞前，就能泄壓。
3．5 其它部件選用
高壓管線采用不銹鋼無(wú)縫鋼管或其它車用高壓風(fēng)力專用管線。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)使用的情況選用φ8的1Cr18Ni9Ti不銹鋼無(wú)縫鋼管。
高壓管接頭根據(jù)國(guó)家規(guī)定要用選用符合GB3765-1993《卡套式管接頭技術(shù)條件》的卡套式管接頭，它由接頭體、卡套和壓緊螺母組成。
選用的壓力表量程應(yīng)儲(chǔ)氣系統(tǒng)公稱工作壓力的1.5~2倍，其性能應(yīng)符合ZBN11001和QC/T8的有關(guān)規(guī)定。
各種傳感器等按國(guó)家相關(guān)規(guī)定外購(gòu)選用。
第4章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組載荷計(jì)算
對(duì)于設(shè)計(jì)：提供強(qiáng)度分析載荷依據(jù)，確保各部件承載在設(shè)計(jì)極限內(nèi)；優(yōu)化運(yùn)行載荷，提高機(jī)
組可靠性。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)等級(jí)
在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，必須考慮下列載荷慣性力和重力載荷由晃動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、重力或地震作用產(chǎn)生的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)力，空氣動(dòng)力學(xué)載荷，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)力，考慮氣動(dòng)彈性。
運(yùn)行載荷
控制保護(hù)系統(tǒng)的影響、瞬時(shí)操作載荷，其它載荷（波載，尾流載荷，沖擊載荷，冰載）。
載荷計(jì)算外部條件
環(huán)境條件
風(fēng)況（最主要的）
其它環(huán)境條件（溫度、濕度、空氣密度、太陽(yáng)輻射、雨、冰雹、化學(xué)作用物質(zhì)、機(jī)械作用顆粒、雷電、地震、鹽霧）
故障工況
所有可能發(fā)生的單一故障
多個(gè)相關(guān)的故障（如處于同一故障鏈中），需同時(shí)考慮
內(nèi)部故障與外部故障可能需要同時(shí)考慮
故障仿真需符合故障描述
故障發(fā)生后的保護(hù)措施需符合風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)
必須考慮故障及故障所引發(fā)的保護(hù)措施可能引起的瞬態(tài)響應(yīng)
適當(dāng)?shù)耐獠織l件選擇
時(shí)序仿真概念
第5章 供給系統(tǒng)設(shè)計(jì)
供給系統(tǒng)包括：槳葉、過(guò)濾器、壓力調(diào)節(jié)器、流量控制器、噴射器等。本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)了風(fēng)力壓力調(diào)節(jié)器，對(duì)過(guò)濾器、流量控制器、噴射器及相關(guān)傳感器直接選用。
5．1 壓力調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)
由風(fēng)力的物化特性知，在氣態(tài)下風(fēng)力的體積能量密度很低。而發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)，卻要求風(fēng)力壓力降到1Mpa左右進(jìn)入噴射器中。因此風(fēng)力供給系統(tǒng)中必須要有風(fēng)力壓力調(diào)節(jié)器。
圖 5.1 風(fēng)力壓力調(diào)節(jié)器
風(fēng)力壓力調(diào)節(jié)器實(shí)質(zhì)是一種減壓器，它的作用是減壓和穩(wěn)壓。既要把高壓降到一定數(shù)值，又要使輸出壓力穩(wěn)定到一定范圍。
5．1．1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)的風(fēng)力壓力調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)如圖5.2所示。
1——閥體 2——閥帽 3——密封膜片 4——調(diào)節(jié)彈簧 5——閥蓋
6——調(diào)節(jié)螺桿 7——閥瓣 8——閥座 9——閥座彈簧 10——安全閥
圖 5.2 風(fēng)力壓力調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)
20MPa的壓縮風(fēng)力從A進(jìn)入減壓閥，從B流出就降到0.5MPa。通過(guò)調(diào)節(jié)彈簧和閥座彈簧的平衡作用，保證輸入壓力始終在0.5MPa。在出口處設(shè)置有安全閥，防止減壓閥壓力過(guò)大，保護(hù)減壓器。在調(diào)節(jié)彈簧和閥瓣之間安有密封膜片，防止風(fēng)力泄漏。
5．1．2 閥口設(shè)計(jì)
１ 風(fēng)力質(zhì)量流計(jì)算
已知
消耗率
最大功率
風(fēng)力密度
故消耗量
(5.1)
即
所以若風(fēng)力時(shí)，風(fēng)力的消耗量
(5.2)
即
所以風(fēng)力的流量
(5.3)
即
風(fēng)力的質(zhì)量流
即 (5.4)
取
1 閥口參數(shù)設(shè)計(jì)
因?yàn)榕R界壓力比
減壓比
所以流通面積
(5.5)
式中
進(jìn)口壓力
介質(zhì)系數(shù)
摩爾質(zhì)量
絕對(duì)溫度
壓縮比
所以
取
故實(shí)際流通面積
閥瓣高度滿足條件
(5.6)
(5.7)
又閥口直徑
所以
取
所以設(shè)計(jì) 閥口直徑 閥瓣高度
5．1．3 密封膜片設(shè)計(jì)
1 材料選擇
由于風(fēng)力壓力調(diào)節(jié)器為高壓閥，承受壓力大，故選擇其材料為1Cr18Ni9Ti，查得其許用應(yīng)力。
2 應(yīng)力校核
膜片所受的最大應(yīng)力
(5.8)
其中
材料的彈性模數(shù)
膜片的厚度
膜片的有效直徑
所以
滿足要求。
5．1．4 彈簧設(shè)計(jì)
1 材料選擇
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)初步選擇彈簧材料為50CrVA，又因減壓閥的工作情況知，其承受的循環(huán)應(yīng)力次數(shù)多，故彈簧為I 類彈簧。查資料得彈簧的相關(guān)參數(shù)：
切變模量 彈性模數(shù) 許用應(yīng)力
2 尺寸設(shè)計(jì)
根據(jù)減壓閥的結(jié)構(gòu)，初步選擇彈簧參數(shù)如下：
調(diào)節(jié)彈簧
彈簧中徑 鋼絲直徑 彈簧變形量
閥座彈簧
彈簧中徑 鋼絲直徑 彈簧變形量
安全閥彈簧
彈簧中徑 鋼絲直徑 彈簧變形量
對(duì)密封膜片受力分析如圖5.3所示。
——調(diào)節(jié)彈簧作用力 ——閥座彈簧作用力 ——介質(zhì)作用力
圖5.3 密封膜片受力
由圖知
(5.9)
設(shè)閥座彈簧的彈簧剛度
則
故
所以調(diào)節(jié)彈簧剛度
安全閥彈簧作用力
(5.10)
其中
泄放壓力
有效面積
所以
安全閥彈簧剛度
3 彈簧強(qiáng)度校核
鋼絲直徑
(5.11)
其中
K——曲度系數(shù)
C——旋繞比
F——彈簧受最大力(N)
——彈簧許用應(yīng)力(N)
旋繞比
(5.12)
曲度系數(shù)
(5.13)
對(duì)調(diào)節(jié)彈簧
旋繞比
即曲度系數(shù)
所以
滿足條件。
對(duì)閥座彈簧
旋繞比
即曲度系數(shù)
所以
滿足條件。
對(duì)于安全閥彈簧
旋繞比
即曲度系數(shù)
故
滿足要求。
４ 彈簧其它參數(shù)設(shè)計(jì)選擇
彈簧的有效圈數(shù)
(5.14)
對(duì)于閥座彈簧
取支承圈數(shù)
則總?cè)?shù)
故取彈簧自由高度
則壓縮高度
對(duì)于調(diào)節(jié)彈簧
取
取支承圈數(shù)
則總?cè)?shù)
故取彈簧自由高度
則壓縮高度
對(duì)于安全閥彈簧
彈簧有效圈數(shù)
取支承圈數(shù)
則總?cè)?shù)
取彈簧自由高度
則壓縮高度
表5.1 減壓調(diào)節(jié)器所選用彈簧各參數(shù)表
彈
簧
種
類
彈
簧
參
數(shù)
彈簧中徑
鋼絲直徑
變形量
自由高度
壓縮高度
調(diào)節(jié)彈簧
30
5
5
45
40
閥座彈簧
14
2
2
20
18
安全閥彈簧
6
1
2
15
13
1——外殼 2——內(nèi)筒 3——墊塊 4——接頭
圖 5.4 加溫器
換熱元件為圓筒式結(jié)構(gòu)，筒內(nèi)壁加工有軸向金屬鋸齒形槽溝，擴(kuò)大換熱面積，外壁中部為凹形槽，它與加溫器外殼緊密配合形成加熱水腔。加溫水來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水，流向是從A到B，而風(fēng)力則是從D到C，加溫水與風(fēng)力流向相反是為了讓風(fēng)力充氣加熱。同時(shí)在內(nèi)筒3內(nèi)設(shè)計(jì)有金屬片是為了增加與風(fēng)力的接觸面積，更好的對(duì)風(fēng)力加溫。在外殼上設(shè)計(jì)有放水口。
5．3 其它部件選用
為便于過(guò)濾器能濾除CNG中的顆粒物質(zhì)而又不影響風(fēng)力的供給，并易于檢查和清洗，直接加裝獨(dú)立的過(guò)濾器。
低壓氣軟管及循環(huán)水軟管采用有襯里的耐油夾膠管，試驗(yàn)壓力為工作壓力的2倍，破裂壓力不小于工作壓力的4倍。
風(fēng)力噴射器的性能優(yōu)劣直接影響噴射質(zhì)量，從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。選擇的風(fēng)力噴射器要求有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性、高溫特性、良好的安全性，具有高壓逆止作用。
氣體流量閥是控制風(fēng)力量的核心部件，它是由步進(jìn)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)控制閥。選用的氣體流量閥，應(yīng)滿足控制精度高、相關(guān)傳感器安裝方便的要求。
電磁閥及其它相關(guān)傳感器按規(guī)定要求外購(gòu)。
總 結(jié)
在本設(shè)計(jì)的開(kāi)題論證、課題研究、論文撰寫和論文審校整個(gè)過(guò)程中，我學(xué)到許多新知識(shí)，但是也發(fā)現(xiàn)了不少存在的問(wèn)題。在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，能否看懂圖紙是關(guān)鍵，要了解圖紙上所標(biāo)注的是何含義，有何作用。
在這次編制工藝過(guò)程中，也犯了不少原本可以避免的錯(cuò)誤，但在老師的精心指導(dǎo)下，逐漸糾正了這些錯(cuò)誤，也說(shuō)明了繪圖時(shí)規(guī)范性。編制工序?qū)ξ襾?lái)說(shuō)，還處于理論方面的知識(shí)，在實(shí)踐中還是有所欠缺的。當(dāng)拿到一張零件圖紙后，卻不知該從何下手了。如何定基準(zhǔn)。加工的工藝路線也前后矛盾。加工時(shí)所用的刀具，測(cè)量時(shí)所需測(cè)量工具等等。都不清楚，使我感到十分困惑。但是在學(xué)校技工培訓(xùn)和在威浮有限公司實(shí)習(xí)期間已對(duì)各個(gè)方面都有了一定的認(rèn)識(shí)。
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們?cè)趯W(xué)校的最后一次課。它將我們平時(shí)所學(xué)相互結(jié)合起來(lái)，為我們將來(lái)進(jìn)入工作做準(zhǔn)備。它讓我們了解了更多的新知識(shí)。
感謝老師、系領(lǐng)導(dǎo)和學(xué)校的關(guān)心和指導(dǎo)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，結(jié)合工作體會(huì)和經(jīng)歷，為我完成設(shè)計(jì)給予了極大的幫助，為我們上了最后一次重要的課程。
致 謝
在本設(shè)計(jì)的開(kāi)題論證、課題研究、論文撰寫和論文審校整個(gè)過(guò)程中，得到了老師的親切關(guān)懷和精心指導(dǎo)，使得本設(shè)計(jì)得以順利完成，其中飽含了老師的汗水和心血。老師敏銳的學(xué)術(shù)思想、嚴(yán)謹(jǐn)踏實(shí)的治學(xué)態(tài)度、淵博的學(xué)識(shí)、精益求精的工作作風(fēng)、誨人不倦的育人精神，將永遠(yuǎn)銘記在學(xué)生心中，使學(xué)生終生受益。在此我們向老師表示衷心的感謝和崇高的敬意。同時(shí)也感謝班主任老師在這三年來(lái)對(duì)我們的虛心的教導(dǎo)。
感謝學(xué)校給我們提供設(shè)計(jì)場(chǎng)地，和系領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)心和指導(dǎo)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，結(jié)合工作體會(huì)和經(jīng)歷，提出了許多建設(shè)性的觀點(diǎn)，為我完成設(shè)計(jì)給予了極大的幫助。
感謝機(jī)電工程系的領(lǐng)導(dǎo)和老師對(duì)我的關(guān)心和幫助。
再次感謝所有支持和幫助過(guò)我的領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)們。
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