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目錄
1. 緒論 3
1.1 風(fēng)力發(fā)電發(fā)展概況 3
1.2 風(fēng)力發(fā)電的背景 4
1.2.1 能源危機(jī) 4
1.2.2 環(huán)境危機(jī) 4
1.2.3 可再生能源開發(fā)利用 5
1.2.4 風(fēng)能開發(fā)利用 5
1.3 風(fēng)力發(fā)電國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 6
1.3.1 國外風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀 6
1.3.2 國內(nèi)風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀 7
1.4 國內(nèi)外風(fēng)電機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢 7
1.4.1 產(chǎn)業(yè)集中是總的趁勢 8
1.4.2 水平軸風(fēng)電機(jī)組技術(shù)成為主流 8
1.4.3 風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量持續(xù)增大 8
2. 發(fā)電機(jī)的工作原理及基本結(jié)構(gòu) 9
2.1 風(fēng)電機(jī)的功能單元的劃分 9
2.2 風(fēng)電機(jī)組的工作原理 10
2.3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳動鏈的基本結(jié)構(gòu)及三維建模 12
2.3.1 主軸 12
2.3.2 齒輪箱 12
3. 風(fēng)電發(fā)電機(jī)傳動鏈主要零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 13
3.1 確定設(shè)計(jì)目標(biāo) 13
3.1.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)總體設(shè)計(jì)方案 13
3.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳動鏈零件設(shè)計(jì)方案 15
4. 風(fēng)力發(fā)電機(jī)增速器的設(shè)計(jì)計(jì)算 16
4.1 傳動方案的確定 17
4.2 增速器基本設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)步驟 18
4.3 傳動原理圖 18
4.4 增速器各傳動部件的材料及力學(xué)性能 19
4.5 第一級行星輪系傳動設(shè)計(jì) 20
4.6 第二級行星輪系傳動設(shè)計(jì) 21
4.7 第三級平行軸圓柱直齒輪設(shè)計(jì) 22
4.8 行星齒輪具體結(jié)構(gòu)的確定 22
5主軸制動系統(tǒng)的研究 23
5.1 制動器的結(jié)構(gòu)形式選擇 23
5.1.1 鼓式制動器的結(jié)構(gòu)形式 24
5.1.2 盤式制動器的結(jié)構(gòu)形式 26
5.1.3 制動器結(jié)構(gòu)的最終選擇 31
5.2 盤式制動器的結(jié)構(gòu) 31
5.2.1 制動器主要部件的結(jié)構(gòu) 31
5.2.2 制動器的工作原理及安裝位置 35
5.3 制動器靜載荷接觸分析 35
5.3.1 制動任務(wù) 35
5.3.2 計(jì)算最大制動力矩和卡鉗夾緊力 36
6傳動軸的設(shè)計(jì) 39
6.1高速軸的設(shè)計(jì) 39
6.2低速軸的設(shè)計(jì) 39
6.3中間軸的設(shè)計(jì) 40
總結(jié) 41
致謝 41
參考文獻(xiàn) 42
摘 要
風(fēng)能作為一種可再生能源越來越受到世界各國政府的重視。與此同時，對風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和裝備的研究開發(fā)也日益成為科技領(lǐng)域和企業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)課題項(xiàng)目之一。
風(fēng)能是一種清潔并且可再生的能源，利用風(fēng)能發(fā)電能夠大量減少其它發(fā)電方式對環(huán)境的污染。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的原理是：一定速度前進(jìn)的風(fēng)吹在靜止的風(fēng)力機(jī)葉片上做功并驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電，先通過葉輪將風(fēng)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，在由發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。
本文設(shè)計(jì)了一臺功率為1500千瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其為水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，由風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)、偏航裝置、控制系統(tǒng)、塔架等部件組成。對其葉片，行星齒輪增速器，塔架等進(jìn)行了詳細(xì)的方案選擇及設(shè)計(jì)計(jì)算。
關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；水平軸風(fēng)力機(jī)；葉片；增速器。
Abstract
Wind energy, as a kind of renewable energy, is paid attention to by governments all around the world. The wind power technology and its equipment research become a hot spot topic for technical circles and enterprise.
Wind energy is a clean and renewable energy sources, The use of wind energy to power can reduce a large number of environmental pollution compare with other ways. The principle of wind turbine is: A certain wind speed blowing to the stationary blades of wind turbine-driven generators work and driving generator to power, through the impeller into the wind mechanical energy, then to electrical energy by the generator.
In this paper, a power of 1500 KW wind turbine is designed and its horizontal axis wind turbine, Composed by the impeller, generator, yaw devices, control systems, towers and other components. Carry out a detailed design calculations of its leaves, the planetary gear speed increaser, tower, etc.
Keyword: wind power; horizontal axis wind turbine; leaves;speed increaser.
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1. 緒論
1．1 風(fēng)力發(fā)電發(fā)展概況
風(fēng)能是一種開發(fā)成本較低、清潔、安全、可再生的能源。因此，風(fēng)能的開發(fā)利用越來越受到重視。根據(jù)貝茲理論，風(fēng)力機(jī)從風(fēng)中吸收的能量不到空氣動能的59.3%，同時由于受到機(jī)械結(jié)構(gòu)等限制，實(shí)際值更小。因此，如何提高風(fēng)能轉(zhuǎn)化率，獲取更多風(fēng)能，實(shí)現(xiàn)風(fēng)能規(guī)?；?，一直為學(xué)者及業(yè)界所關(guān)注。近年來，大型風(fēng)電機(jī)組通過采用變速變槳距控制及最大功率跟蹤MPPT等技術(shù)，旨在提高響應(yīng)速度，獲得最大能量（低風(fēng)速是捕獲最大功率，高風(fēng)速時捕獲額定功率）。但是，由于一些不確定因素的存在，風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)表現(xiàn)出強(qiáng)非線性特征，風(fēng)力機(jī)產(chǎn)生的能量隨著風(fēng)速和風(fēng)向的連續(xù)波動是快速變化的。傳統(tǒng)線性定?？刂破饕虼嬖谳^大超調(diào)和損失，系統(tǒng)穩(wěn)定性差，不適合用來控制大型變速變槳距風(fēng)電機(jī)組。根據(jù)風(fēng)速大小，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)由4個動態(tài)過程構(gòu)成，即啟動、變速運(yùn)行、變槳距運(yùn)行和剎車。其中，啟動、剎車過程使系統(tǒng)能在最短時間內(nèi)有較快的響應(yīng)速度；變速運(yùn)行調(diào)節(jié)風(fēng)能，減少或消除風(fēng)能產(chǎn)生過程中的急劇波動，捕獲最大能量，減弱暫態(tài)負(fù)荷的影響；變槳距控制通過調(diào)節(jié)槳距角維持風(fēng)電機(jī)組輸出額定功率不變。
風(fēng)車按照風(fēng)輪軸的不同，可以分為水平軸風(fēng)車和垂直軸風(fēng)車。能量驅(qū)動鏈（即風(fēng)輪、主軸、變速箱、發(fā)電機(jī)）呈水平方向的，稱為水平軸風(fēng)車（水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，圖1-1能量驅(qū)動鏈呈垂直方向的，稱為垂直軸風(fēng)車（垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，圖2）。
圖1-1 水平軸風(fēng)車 圖1-2 垂直軸風(fēng)車
我國已成為繼歐洲、美國和印度之后風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用的主要市場之一，風(fēng)能資源豐富，可開發(fā)量為1400GW。其中，陸上開發(fā)量為600GW；海上開發(fā)量為800GW。我國在20世紀(jì)50年代末，使用各種木結(jié)構(gòu)的布篷式風(fēng)車。20世紀(jì)70年代中期以后，風(fēng)能開發(fā)利用列入“六五”國家計(jì)劃。20世紀(jì)70年代末到80年代初，自主研制、批量生產(chǎn)了10kW以下的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，解決了居住分散的農(nóng)牧民和島嶼居民的生產(chǎn)、生活用電，風(fēng)力發(fā)電停留在蒙古包單家獨(dú)戶使用或?qū)嶒?yàn)室研究階段。1983年，山東引進(jìn)3臺丹麥Vestas 55kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)，開始了并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的試驗(yàn)和示范；1986年5月，山東榮成建成我國第一個并網(wǎng)風(fēng)電場，其次是達(dá)坂城風(fēng)電場。1986～1993年，全國共建12個風(fēng)電場，裝機(jī)容量為13.3MW；1994～1999年，全國共建有21個風(fēng)電場，裝機(jī)容量達(dá)到249.05MW。其中，1992～1996年的主力機(jī)型為200～300kW機(jī)組，1997～2002年的主力機(jī)型則為600kW機(jī)組。2008年，我國累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到12.21GW，其中并網(wǎng)發(fā)電的裝機(jī)容量為8.94kW。截止到2009年年底，我國風(fēng)電并網(wǎng)總量累計(jì)達(dá)到16.13GW，累計(jì)裝機(jī)容量為25805.3MW。