2KW家用垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)

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A0變向器裝配圖.dwg

A0小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)總裝圖.dwg

A0整體裝配圖.dwg

A3主動(dòng)軸.dwg

A3從動(dòng)軸.dwg

A3葉片.dwg

A3架子.dwg

A3軸.dwg

A3軸轂.dwg

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外文翻譯--小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)入門.doc

小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組動(dòng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開題報(bào)告.doc

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2KW家用垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)論文.doc

摘  要

能源危機(jī)是我們面對(duì)的最大挑戰(zhàn)之一，風(fēng)力發(fā)電是具有大規(guī)模發(fā)展?jié)摿Φ目稍偕茉?，在遠(yuǎn)期有可能成為世界重要的替代能源。盡管水平軸風(fēng)力機(jī)是目前應(yīng)用最廣的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)，但垂直軸風(fēng)力機(jī)有著優(yōu)越的性能，并越來(lái)越被人們所重視。垂直軸風(fēng)力機(jī)具有比水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)更好的商業(yè)開發(fā)價(jià)值，應(yīng)用領(lǐng)域十分寬廣。

闡述了垂直軸風(fēng)力機(jī)的發(fā)展歷史及基本現(xiàn)狀，從各方面比較了水平軸風(fēng)力機(jī)以及垂直軸風(fēng)力機(jī)，得出垂直軸風(fēng)力機(jī)在各方面的優(yōu)勢(shì)，并介紹了達(dá)里厄風(fēng)力機(jī)的改進(jìn)型式。論證了垂直軸風(fēng)力機(jī)的整體方案，確定了風(fēng)力機(jī)固定攻角及可變攻角兩種方案的運(yùn)行方式。由于風(fēng)力發(fā)電裝置所需的發(fā)電機(jī)未形成標(biāo)準(zhǔn)和系列，無(wú)法選型，因此自主設(shè)計(jì)了50kW發(fā)電機(jī)。最后詳細(xì)設(shè)計(jì)了垂直軸風(fēng)力機(jī)的機(jī)械本體，確定了風(fēng)力機(jī)各部分結(jié)構(gòu)的最終數(shù)據(jù)，經(jīng)校核驗(yàn)證垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的性能滿足設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：風(fēng)能；垂直軸；風(fēng)力發(fā)電機(jī) 

ABSTRACT

The energy crisis is one of the biggest challenge that we have ever faced. Wind electric power generating, which is a reproducible resource that have large-scale development potential, will be an important alternative energy in the future. Although the horizontal axis wind turbine is used widely, the vertical axis wind turbine has attracted the notice of us because of the extraordinary performance of it. Having much more commercial value than the horizontal axis wind turbine, the vertical axis wind turbine can be used in many areas.

This issue introduces the basic situation and phylogeny of the vertical axis wind turbine, shows us the advantages in many aspects by comparing with the horizontal axis wind turbine, and introduces the improved version of the Darrieus. The design program of the vertical axis wind turbine has been demonstrated, and the running modes of fixed angle and variable angle are designed either. Since the power generator of the wind turbine can not be available because of no standards or series are formed, so one 50kW power generator is designed in special. All the mechanisms of the vertical axis wind turbine have been designed in detail, and all the dimensions of the components are chosen either. It can be proved that the vertical axis wind turbine can meet the demands perfectly after being checked.

Key words: wind energy; vertical axis; wind turbines

目  錄

第1章 緒論 1

1.1 前言 1

1.2 世界及我國(guó)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀 1

1.3 國(guó)內(nèi)外風(fēng)力機(jī)研究現(xiàn)狀 3

1.3.1 風(fēng)力機(jī)的造型 3

1.3.2 水平軸風(fēng)力機(jī) 3

1.3.3 垂直軸風(fēng)力機(jī) 3

1.4 垂直軸達(dá)里厄型風(fēng)力機(jī) 4

1.4.1 達(dá)里厄風(fēng)力機(jī)的發(fā)展歷史 5

1.4.2 達(dá)里厄風(fēng)力機(jī)與水平軸螺旋槳風(fēng)力機(jī)的比較 6

1.4.3 達(dá)里厄風(fēng)力機(jī)的改進(jìn) 7

1.5 設(shè)計(jì)選題目的及意義 8

1.6 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及具體要求 8

第2章 總體方案的論證設(shè)計(jì) 9

2.1 總體結(jié)構(gòu)布局的初步確定 9

2.2 風(fēng)力機(jī)運(yùn)行方式的設(shè)計(jì) 9

2.2.1 固定攻角風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì) 10

2.2.2 可變攻角風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì) 11

2.3 本章小結(jié) 15

第3章 電機(jī)的設(shè)計(jì) 16

3.1 電磁設(shè)計(jì)的依據(jù)和任務(wù) 16

3.2 主要尺寸和極數(shù)的選擇 16

3.2.1 主要尺寸的確定 16

3.2.2 極弧系數(shù) 與電磁負(fù)載 及 的選擇 18

3.2.3 極數(shù)的選擇 20

3.3 電樞設(shè)計(jì) 20

3.3.1 電樞繞組、槽數(shù)和槽型 20

3.3.2 換向器的主要尺寸與電刷的選擇 22

3.4 磁路計(jì)算 23

3.4.1 直流電機(jī)的磁路與主極漏磁系數(shù) 23

3.4.2 氣隙 24

3.4.3 電樞齒部 24

3.4.4 主極 24

3.4.5 定子軛部 25

3.5 電機(jī)軸的設(shè)計(jì) 26

3.6 本章小結(jié) 26

第4章 機(jī)械本體設(shè)計(jì)及校核 27

4.1 聯(lián)軸器的選取 27

4.2 制動(dòng)器的選取 27

4.3 支承軸及其附件的設(shè)計(jì)校核 28

4.3.1 支承軸最小直徑的確定 28

4.3.2 支承軸的校核 29

4.3.3 支承軸上鍵的校核 32

4.3.4 深溝球軸承的校核 33

4.3.5 推力球軸承的的校核 34

4.4 旋轉(zhuǎn)支撐筒的設(shè)計(jì)及校核 34

4.5 等速同向傳遞機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及校核 35

4.5.1 軸的設(shè)計(jì) 35

4.5.2 齒輪的設(shè)計(jì)校核 40

4.5.3 軸承的選擇 42

4.6 橫桿的設(shè)計(jì)及校核 43

4.6.1 橫桿部分?jǐn)?shù)據(jù)的確定 43

4.6.2 下橫桿的受力分析 44

4.7 橫桿與法蘭連接處螺栓的選取及校核 46

4.8 葉片與橫桿連接處的設(shè)計(jì)校核 47

4.8.1 連接軸的設(shè)計(jì)校核 47

4.8.2 校核連接板的拉伸強(qiáng)度 48

4.8.3 軸承的選擇及校核 48

4.9 本章小結(jié) 49

結(jié)論 50

參考文獻(xiàn) 51

致謝 53

第1章 緒論

1.1 前言

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)也感覺到了環(huán)境惡化的威脅。2l世紀(jì)是科技、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)快速發(fā)展的世紀(jì)，也將是從化石燃料時(shí)代向具有持續(xù)利用能力的可再生能源時(shí)代過渡，逐步開創(chuàng)一個(gè)人類擺脫化石燃料桎梏的能源新時(shí)代的世紀(jì)。

風(fēng)能是可再生能源中發(fā)展最快的清潔能源，也是最具有大規(guī)模開發(fā)的商業(yè)化發(fā)展前景的可再生能源。積極發(fā)展可再生能源，對(duì)增加能源供應(yīng)，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，緩解環(huán)境污染，保障能源安全，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，建設(shè)和諧社會(huì)都起到重要作用。風(fēng)力發(fā)電是近期內(nèi)技術(shù)成熟，在遠(yuǎn)期有可能成為世界重要的替代能源。據(jù)專家們的估計(jì)，地球上所收到的太陽(yáng)輻射能大約有2%轉(zhuǎn)換成風(fēng)能，風(fēng)力發(fā)電可以有效利用的風(fēng)速范圍為 ，最適宜的風(fēng)速范圍是 ，地球上蘊(yùn)有風(fēng)能約為2.74萬(wàn)億kW，可利用的風(fēng)能約為200億kW，裝機(jī)容量可達(dá)10TW，每年可發(fā)出電力 。地球上的風(fēng)能資源是地球上水能資源的10倍，已經(jīng)利用的不足千分之一[10]。在技術(shù)上全球風(fēng)能資源是整個(gè)世界預(yù)期電力需求的2倍，也就是說，只要利用地球上50%的風(fēng)能資源就能滿足全球能源。

1.2 世界及我國(guó)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀

由于歐美國(guó)家風(fēng)能資源豐富，工業(yè)技術(shù)水平高，這些國(guó)家在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。目前世界上裝機(jī)容量最大的國(guó)家是美國(guó)，其次是德國(guó)、丹麥、印度。它們的單機(jī)容量已達(dá) 。美國(guó)、德國(guó)、等許多國(guó)家都把風(fēng)力發(fā)電視為最大的補(bǔ)充能源。目前世界最大的風(fēng)力發(fā)電機(jī)是德國(guó)制造，高達(dá)120m，風(fēng)機(jī)直徑可達(dá)126m，每個(gè)葉片長(zhǎng)61.5m，每片重18t，裝機(jī)功率可達(dá)5MW[23]。預(yù)計(jì)到2050年風(fēng)力發(fā)電要占上述國(guó)家全國(guó)發(fā)電量的 。專家預(yù)測(cè)，到2010年，全世界風(fēng)力發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量將突破1.2億kW。

4.9 本章小結(jié)

本章設(shè)計(jì)并校核了主要機(jī)械本體結(jié)構(gòu)。選取了聯(lián)軸器及制動(dòng)器，設(shè)計(jì)校核了支承軸及其附件，如軸承壽命、鍵的校核等，分析了橫桿的受力以及橫桿與法蘭連接處螺栓的受力，設(shè)計(jì)并校核了葉片與橫桿連接處軸及其附件，保證結(jié)構(gòu)參數(shù)的合理性。

結(jié)  論

緒論中首先比較了水平軸及垂直軸風(fēng)力機(jī)，從比較中可以得出：相對(duì)于傳統(tǒng)的水平軸風(fēng)力機(jī)，垂直軸風(fēng)力機(jī)具有設(shè)計(jì)方法先進(jìn)、力學(xué)性能好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，具有更加廣闊的市場(chǎng)前景。

在之后的設(shè)計(jì)中，主要完成了以下幾方面的工作：

1、進(jìn)行了50kW垂直軸風(fēng)力機(jī)整體結(jié)構(gòu)的構(gòu)思設(shè)計(jì)，并擬定了兩種攻角方案，即固定攻角和可變攻角型式方案，固定攻角方案為傳統(tǒng)型達(dá)里厄風(fēng)力發(fā)電機(jī)，可變攻角方案為直葉片垂直軸風(fēng)力機(jī)，葉片傾角的變化通過五桿機(jī)構(gòu)獲得。

2、按照進(jìn)度安排，擬定直流發(fā)電機(jī)作為風(fēng)力發(fā)電裝置所用的電機(jī)并對(duì)其進(jìn)行了初步的設(shè)計(jì)，確定了發(fā)電機(jī)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。

3、最后對(duì)垂直軸風(fēng)力機(jī)的機(jī)械本體進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)及校核，確定最終各部件的詳細(xì)尺寸，設(shè)計(jì)之中與Auto CAD及Autodesk Inventor作圖軟件相互配合，對(duì)風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的二維圖繪制，并繪制出風(fēng)力機(jī)的三維效果圖。

雖然查閱了大量的文獻(xiàn)資料，并且結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了精確的理論分析，設(shè)計(jì)出的垂直軸風(fēng)力機(jī)達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求，但是仍有不足和需要完善的地方，具體如下：

1、相對(duì)于傳統(tǒng)的達(dá)里厄風(fēng)力機(jī)，設(shè)計(jì)的風(fēng)力機(jī)仍沒有舍棄風(fēng)向舵，結(jié)構(gòu)上仍比較復(fù)雜。

2、由于結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜，不可避免地增加了成本，經(jīng)濟(jì)性有所降低。

參考文獻(xiàn)

[1]　楊恩霞.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2006.

[2]　鄭文緯，吳克堅(jiān).機(jī)械原理[M].北京：高等教育出版社，1997.

[3]　機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)新版第5卷[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[4]　陸玉，何在洲.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[5]　楊欣欣，許國(guó)玉.畫法幾何及工程制圖[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2000.

[6]　孫玉芹，孟兆新.機(jī)械精度設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：科學(xué)出版社，2003.

[7]　哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室.理論力學(xué)（ ）[M].北京：高等教育出版社，2002.

[8]　沈鴻.電機(jī)工程手冊(cè)第4卷[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982：21-1，21-143.

[9]　周明橫.離合器、制動(dòng)器選用手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003：309-310.

[10]　田海姣，王鐵龍.垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)展概述[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2006，（11）：22-26.

[11]　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）：166-167.

[12]　于紅英，唐德威，王建宇.平面五桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性分析[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，39（6），940-943.

[13]　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)范實(shí)用手冊(cè)[M].北京：中國(guó)科技文化出版社，2006.

[14]　D.勒古里雷斯.風(fēng)力機(jī)的理論與設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987.

[15]　郭新生.風(fēng)能利用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[16]　Tony Burton.風(fēng)能技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2007.

[17]　蘇紹禹.風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)與運(yùn)行維護(hù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2003.

[18]　張國(guó)銘.論兆瓦級(jí)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的合理性[J].風(fēng)力發(fā)電,2001，（4）：55-61.

[19]　趙繼華.旋流式立軸風(fēng)力機(jī)運(yùn)行原理及特性[J].可再生能源,2002，（4）：32-33.

[20]　鄧興勇，陳云程.風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉輪的數(shù)值優(yōu)化設(shè)計(jì)法[J].工程熱物理學(xué)報(bào)，1999，20(1)：45-48.

[21]　張壬龍.對(duì)我國(guó)自行研制大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的一些看法[J].水里電力施工機(jī)械，1995，17（3）：9-12.

[22]　楊磊.淺析風(fēng)力發(fā)電可持續(xù)發(fā)展[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2007，（9）：33-34.

[23]　李德孚.我國(guó)小型風(fēng)力發(fā)電行業(yè)2006年發(fā)展概況及建議[J].可再生能源，2007，25（4）：2-5.

[24]　D. P. Coiro，F(xiàn). Nicolosi，A. De Marco，S. Melone, F. Montella. Dynamic Behavior of Novel Vertical Axis Tidal Current Turbine: Numerical and Experimental Investigations[J].International Offshore and Polar Engineering Conference，2005，（15）：469-476.

[25]　李學(xué)剛，黃永強(qiáng)，張淑卿.平面五桿機(jī)構(gòu)連桿曲線規(guī)律[J].河北：河北理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，29（3）：54-63.

[26]　歐貴寶，朱加銘，齊汝璠.材料力學(xué)[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，1997.

致  謝

經(jīng)過近四個(gè)月忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成，在設(shè)計(jì)中得到了導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起學(xué)習(xí)生活的同學(xué)們的支持，所有的成果都離不開老師和同學(xué)們的幫助。

首先感謝我的導(dǎo)師楊副教授，從選題、開題答辯到CAD繪制裝配圖、零件圖，完成說明書，期間每一過程都得到楊副教授的悉心指導(dǎo)，楊老師每周安排見面會(huì)，兢兢業(yè)業(yè)，身體力行地為我們排憂解難，不僅治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)而且為人師表，堪稱良師益友，教給我們的不僅是知識(shí)還有待人處世的積極態(tài)度，在此再次表示衷心的感謝及崇高的敬意。

感謝大學(xué)四年來(lái)所有的老師，尤其機(jī)電學(xué)院所有的老師，為我們打下了堅(jiān)實(shí)的機(jī)械專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)；同時(shí)還要感謝寢室及所有的同學(xué)們，正是因?yàn)橛辛四銈兊闹С趾凸膭?lì)，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)才會(huì)順利完成。

最后再一次向在百忙之中抽時(shí)間對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行審閱、評(píng)議及論文答辯的各位老師表示感謝，再一次向在我畢業(yè)設(shè)計(jì)期間所有做出無(wú)私幫助和支持的人表示最誠(chéng)摯的謝意。