小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計方案-wenkub
2023-05-28 23:47:31 本頁面
【正文】 （）在風(fēng)力的作用下，葉片在攻角α?xí)r受到的升力和阻力可以按以下公式計算： （） （）將升力和阻力投影到風(fēng)輪切方向： （） （）其中Flt為Fl在切向的分量；Fdt為Fd在切向的分量。阻力型風(fēng)力機利用葉片上受到的阻力來驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，大部分阻力型風(fēng)力機為垂直軸，目前較少，如圖34所示。圖31 水平軸風(fēng)力發(fā)電機垂直軸風(fēng)力機的旋轉(zhuǎn)主軸與風(fēng)向垂直，如圖32所示，垂直軸風(fēng)力機設(shè)計簡單，風(fēng)輪無需對風(fēng)，其優(yōu)點有：，無需對風(fēng)；，檢修維護(hù)方便。湍流強度由地表的粗糙度和高度決定，通常是在很短的一段時間內(nèi)計算得到的，如幾分鐘到一小時。湍流往往是有這兩種原因相互作用形成的。圖14 德化縣50kW垂直軸風(fēng)力機 第二章 風(fēng)力發(fā)電基本原理 風(fēng)特性 風(fēng)能量空氣的流動現(xiàn)象稱為風(fēng)，風(fēng)是由于不同地方的空氣受熱不均勻，從一個地方向另一個地方運動的空氣分子產(chǎn)生的，風(fēng)的能量就是空氣分子的動能，如圖21所示。隨著計算科學(xué)的飛速發(fā)展，垂直軸風(fēng)力機的優(yōu)異空氣動力性能（尤其是達(dá)里厄風(fēng)力機）漸漸為世人所認(rèn)識，近年來廣泛受到各國研究人員的關(guān)注。目前我國風(fēng)能資源開發(fā)利用的重點區(qū)域有內(nèi)蒙古自治區(qū)、遼寧省、河北省、吉林省、甘肅省、新疆維吾爾自治區(qū)、江蘇省等，其中內(nèi)蒙古自治區(qū)技術(shù)可開發(fā)量約為50104MW，居全國之首[2]如圖12所示。由于石油價格突然上漲，美國開始建造一系列示范風(fēng)力機組，如1975年的功率100KW、。Golding(1955)、Shepherd和Divone(1994)記錄了早期的風(fēng)力機發(fā)展史。小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計方案第一章 緒論 國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀及其趨勢隨著能源緊缺及化石燃料對環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，開發(fā)新型能源成為各國經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵，目前可再生能源有太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮艿取?931年，蘇聯(lián)制造了一臺100KW、直徑30m的Balaclava(巴拉克拉法帽)風(fēng)力機；19世紀(jì)50年代早期，英國制造了一臺100KW、直徑24m的Andrea Enfield(安德魯恩菲)風(fēng)力機。目前世界上最大的風(fēng)力發(fā)電機是德國制造的E126，高達(dá)120m，風(fēng)輪直徑126m，每片重18t，裝機功率達(dá)到5MW[1]，如圖11所示。 圖12 全年平均風(fēng)能密度分布在國家可再生能源發(fā)展規(guī)劃和風(fēng)電裝備國產(chǎn)化等相關(guān)政策的支持下，我過風(fēng)電產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展，2009年中國（不含臺灣?。┬略鲲L(fēng)電裝機10129臺，年同比增長124%；累計風(fēng)電裝機21581臺，年同比增長114%。國外較大的風(fēng)力發(fā)電公司有加拿大的Cleanfiled Energy公司，整套系統(tǒng)由玻璃鋼纖維和鋼材組成，葉輪高3m。圖21 空氣流的動能風(fēng)功率計算公式為聯(lián)立以上各式得 （）從式（）容易看出風(fēng)速對風(fēng)能的影響是最大的，因此在沿海地區(qū)設(shè)計風(fēng)力機時必須要考慮強臺風(fēng)對設(shè)備的影響。湍流無法用簡單的數(shù)學(xué)公式完整的表達(dá)出來，其復(fù)雜程度超出了人類現(xiàn)有的認(rèn)識能力。 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機不需要并網(wǎng)，只要選擇合適的蓄電池就能夠提供一般家庭的生活用電，本次設(shè)計的發(fā)電系統(tǒng)主要由以下幾部分構(gòu)成：葉輪、發(fā)電機、傳動機構(gòu)（包括剎車）、塔架、整流、功率控制系統(tǒng)，如圖22所示。圖32 垂直軸風(fēng)力發(fā)電機按照槳葉受力方式分類可分為升力型風(fēng)力機和阻力型風(fēng)力機。圖33 升力型風(fēng)力發(fā)電機圖34 阻力型風(fēng)力發(fā)電機垂直軸升力型風(fēng)力機既有垂直軸風(fēng)力機結(jié)構(gòu)簡單、維修方便等優(yōu)點，又和升力型風(fēng)力機一樣具有較高轉(zhuǎn)速，風(fēng)能利用率有所提高。葉片受力分解如圖36所示[6]。 Cpλ功率特性曲線風(fēng)能利用系數(shù)Cp一般是變化的，它隨著風(fēng)速與風(fēng)輪轉(zhuǎn)速變化而變化，葉片尖端線速度與風(fēng)速之比叫做葉尖速比λ（），為了得到最佳的風(fēng)能利用率，一般根據(jù)Cpλ曲線來選擇合適的葉尖速比，如圖37所示。 葉尖速比風(fēng)輪葉片尖端線速度與風(fēng)速之比稱為葉尖速比，升力型風(fēng)力機葉尖速比一般為3至8。圖39 廈門某日24小時風(fēng)速監(jiān)測圖風(fēng)力機的額定風(fēng)速按照國家標(biāo)準(zhǔn)《GBT 139812009 小型風(fēng)力機設(shè)計通用要求》：風(fēng)輪掃掠面積小于等于40m2的風(fēng)力機額定風(fēng)速Vn在6m/s～10m/s，我們將風(fēng)力機的風(fēng)速暫定為8m/s。由得到H=，D=，產(chǎn)生的掃掠面積基本上能符合要求。 葉片實度風(fēng)力機葉片的總面積與風(fēng)通過風(fēng)輪的面積（風(fēng)輪掃掠面積）之比稱為實度比（容積比），是風(fēng)力機的一個參考數(shù)據(jù)。如圖310所示三種翼型的阻力系數(shù)，可以看出，NACA0012的阻力系數(shù)較小，適用于大雷諾數(shù)的情況，具有上述特性，故選用較低阻力系數(shù)NACA0012對稱翼型。 葉片形狀及材料葉片截面結(jié)構(gòu)為主梁蒙皮式，表面材料為鋁合金，主梁采用單向承載能力強的硬鋁材料，O型主梁結(jié)構(gòu)制造簡單，各向受力均衡。 風(fēng)力機參數(shù)額定風(fēng)速平均效率葉尖速比設(shè)計功率8m/s40%6300W 第四章 電氣設(shè)備及傳動設(shè)計 基本原理 法拉第電磁感應(yīng)原理磁通量的變化將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，閉合電路的一部分導(dǎo)線切割磁感線將產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種現(xiàn)象叫做電磁感應(yīng)，之后許多科學(xué)家試圖解釋這一現(xiàn)象，1831年8月，法拉第認(rèn)為感應(yīng)電流是由與導(dǎo)體性質(zhì)無關(guān)的感應(yīng)電動勢產(chǎn)生的，即使沒有回路沒有感應(yīng)電流，感應(yīng)電動勢依然存在。瞬時功率為： （）在一個周期內(nèi)對瞬時功率積分獲得平均功率： （）對于三相電流，每相電流等于的線圈電流，實際產(chǎn)生的功率為： （）式中即為功率因數(shù)。功率控制部分設(shè)計限于知識水平本人無法所有完成，只能大概敘述基本工作原理，如圖41所示。 傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算 傳動軸的設(shè)計主傳動軸只承受扭矩，不受彎矩，按空心主軸扭轉(zhuǎn)強度估算主軸最小直徑：
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