小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案(參考版)
2025-05-16 23:47本頁面
【正文】 37。在論文設(shè)計(jì)過程中，吳老師耐心的講解常常使我茅塞頓開，他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)、扎實(shí)的專業(yè)理論功底、求真務(wù)實(shí)的工作態(tài)度深深地影響著我。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，工作環(huán)境復(fù)雜，各種數(shù)據(jù)參數(shù)需要通過大量實(shí)測(cè)來獲得，限于條件原因，本次設(shè)計(jì)中的一些參數(shù)只能依照其他類似設(shè)計(jì)來取，將來將進(jìn)一步考慮增加實(shí)驗(yàn)來獲得第一手?jǐn)?shù)據(jù)。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)涵蓋了機(jī)械領(lǐng)域、電力電子領(lǐng)域及氣象學(xué)領(lǐng)域，綜合性較強(qiáng)。 結(jié)論本文在參照各文獻(xiàn)后做出了垂直軸風(fēng)力機(jī)的一個(gè)總體設(shè)計(jì)方案，此系統(tǒng)能夠在較小風(fēng)速下啟動(dòng)發(fā)電，能夠滿足一般家庭的供電，與傳統(tǒng)水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比，風(fēng)能利用率更高，起動(dòng)風(fēng)速低，噪音少，應(yīng)用前景廣闊。墊密封操作簡(jiǎn)單，廣泛應(yīng)用于管道、壓力容器及各種殼體結(jié)合面密封中，密封墊常用材料有橡膠、皮革、石棉、紙等等。密封：光電耦合器、發(fā)電機(jī)等都是比較容易受損的部件，如果箱體密封不嚴(yán)，一些雨水等具有銹蝕作用的物質(zhì)進(jìn)入箱體將影響到他們的正常工作。防銹漆有油性的和水性的兩種，油性防銹漆在材料表面形成油性物質(zhì)，去除難，現(xiàn)在一般很少采用，水性防銹漆使用方便、價(jià)格低廉，但是具有一定毒性。 箱體的防銹與密封防銹：箱體材料為鑄鐵，在戶外工作環(huán)境中難免會(huì)受到水和空氣的銹蝕，銹蝕后的箱體不僅密封性降低，而且強(qiáng)度也受到影響，因此，必須對(duì)箱體進(jìn)行防銹處理。導(dǎo)軌地腳螺栓箱體圖59 箱體外形箱體一側(cè)開一矩形門，方便蓄電池的安裝與檢修，箱底內(nèi)部?jī)蓚€(gè)導(dǎo)軌起到導(dǎo)向作用，能夠讓蓄電池在裝入和取出時(shí)不偏移。箱體要有一定的重量才能防止讓整個(gè)系統(tǒng)重心比較低，起到穩(wěn)定的作用。 蓄電池選型沈陽松下蓄電池有限公司生產(chǎn)的LCP12100ST型蓄電池滿足我們的設(shè)計(jì)要求。鉛酸蓄電池廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，電池價(jià)格便宜，為鎘鎳蓄電池的1/6；高倍率放電性能良好，可用于引擎啟動(dòng)，多用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)；電池電壓在使用蓄電池中最高，沒有“記憶”效應(yīng)。類鋼絲繩直徑為2mm鋼絲繩可以滿足我們?cè)O(shè)計(jì)需求，在地面準(zhǔn)確位置固定地腳螺栓鋼筋，鋼筋端部彎成環(huán)狀與鋼絲繩套環(huán)連接。圖58 單根拉索受力分析由圖58可得到下式：查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》。拉索布置如圖57所示。塔架用三條拉索固定與地面，每根拉索在水平面投影的夾角為120176。受到最大彎應(yīng)力 （）查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本常用工程材料表319》得40Cr合金鋼的許用應(yīng)力為，所以能夠滿足強(qiáng)度要求。等效平板面積S風(fēng)速v圖54 等效受力圖根據(jù)流體力學(xué)伯努利方程，作用于平板上的正壓力為：作用于平板的合力為四個(gè)葉片所受到的力最后傳遞到中間支撐桿，支撐桿為40Cr合金鋼空心結(jié)構(gòu)，重量輕，強(qiáng)度高，如圖55所示。工作溫度10℃～70℃啟動(dòng)力矩5102Nm儲(chǔ)存溫度30℃～85℃轉(zhuǎn)動(dòng)慣量4105kgm2工作濕度30~85%（無結(jié)霜）軸最大負(fù)荷徑向40N,軸向30N重量用光電編碼器對(duì)制動(dòng)器進(jìn)行控制不僅控制精度高，而且靈活性較大，用戶可以通過簡(jiǎn)單的修改數(shù)據(jù)就可以對(duì)制動(dòng)器的觸發(fā)轉(zhuǎn)速進(jìn)行修改，這一特點(diǎn)對(duì)于不同地方不同環(huán)境下的制動(dòng)非常有利。 IHA8030光電編碼器數(shù)據(jù)電源電壓DC+5177。圖53為套軸式編碼器，軸孔直接與電機(jī)軸配合，通過螺釘鎖緊，當(dāng)電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)光電編碼器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)并產(chǎn)生光電信號(hào)。 制動(dòng)器外形數(shù)據(jù)AC1C2C3DEHJKLMPYmabt1601901758030652664423882M8(1)7 剎車結(jié)構(gòu)受力計(jì)算用制動(dòng)器的額定制動(dòng)轉(zhuǎn)矩反求風(fēng)力機(jī)制動(dòng)器的最大工作風(fēng)速，由公式（）得這個(gè)風(fēng)速相當(dāng)于13級(jí)風(fēng)，制動(dòng)器在13級(jí)風(fēng)下可以安全制動(dòng)。m功率 [24VDC](W)at20℃重量kgFDB1100160908035制動(dòng)器的閉合是通過轉(zhuǎn)載主軸上面的一個(gè)光電編碼器來實(shí)現(xiàn)控制的，光電編碼器收集主軸轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，主控電路中的單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到某值時(shí)，單片機(jī)輸出數(shù)字信號(hào)，控制繼電器常開觸點(diǎn)閉合，從而制動(dòng)器電磁鐵得電，制動(dòng)器的電磁鐵由蓄電池供電，如圖52所示。圖51制動(dòng)器受力要求在十二級(jí)風(fēng)速（約30m/s）時(shí)能夠有效制動(dòng)，下面通過計(jì)算力矩來選擇制動(dòng)器已知由公式（）得制動(dòng)器所選型號(hào)為FDB1100。制動(dòng)器目前已經(jīng)形成標(biāo)準(zhǔn)，是標(biāo)準(zhǔn)件。主軸與發(fā)電機(jī)之間用圓錐銷套筒聯(lián)軸器進(jìn)行連接，如圖45所示，聯(lián)軸器具體參數(shù)見圖紙。32》得：因?yàn)樗詰?yīng)該選擇X=，Y=，代入公式（）得到由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（第五版）公式163》計(jì)算軸承壽命： （）式中：為溫度因數(shù)，按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本軸承表6211》選取1；為沖擊載荷因數(shù)，按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本軸承表6210》；C為額定動(dòng)載荷，C=；N為主軸額定轉(zhuǎn)速，n=400r/min；為壽命指數(shù)，對(duì)于球軸承取3?？讖絛外徑D軸承代號(hào)極限轉(zhuǎn)速r/min（脂潤(rùn)滑）額定動(dòng)負(fù)荷額定靜負(fù)荷重量25mm47mm7006C12000 軸承2參數(shù)按照軸承1校核公式（）對(duì)軸承進(jìn)行校核：軸承當(dāng)量動(dòng)載荷按公式（）得：式中X、Y分別為徑向動(dòng)載荷系數(shù)及軸向動(dòng)載荷系數(shù)。2．角接觸球軸承2的選用計(jì)算角接觸球軸承2的安裝位置如圖44所示。32》得：因?yàn)樗詰?yīng)該選擇X=，Y=，代入式子得到軸承基本額定動(dòng)載荷按如下公式計(jì)算：式中：為基本額定動(dòng)載荷計(jì)算值，N；為速度因數(shù)，按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本軸承表629》；為力矩載荷因數(shù)，較大時(shí)取2，這里選取2；為沖擊載荷因數(shù)，按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本軸承表6210》；為溫度因數(shù)，按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本軸承表6211》選取1；為壽命因數(shù)，按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本軸承表628》；為當(dāng)量動(dòng)載荷?？讖絛外徑D軸承代號(hào)極限轉(zhuǎn)速r/min（脂潤(rùn)滑）額定動(dòng)負(fù)荷額定靜負(fù)荷重量30mm55mm7006C9500 軸承1參數(shù)軸向載荷：徑向載荷按照最不利狀況計(jì)算，根據(jù)伯努利方程，氣流作用在葉片上的壓力為： （）作用在4個(gè)葉片上的總力為 （）由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本軸承表6212》推薦使用壽命為100000小時(shí), 軸承當(dāng)量動(dòng)載荷的計(jì)算公式為 （）式中X、Y分別為徑向動(dòng)載荷系數(shù)及軸向動(dòng)載荷系數(shù)。角接觸球軸承圖43 軸承1的安裝位置軸徑d=30mm,額定轉(zhuǎn)矩T=。 軸承的計(jì)算及選型由于風(fēng)力機(jī)不僅承受風(fēng)輪的扭矩，而且要承受氣流方向的一定彎矩，角接觸球軸承不僅能夠承徑向力，同時(shí)能夠承受一定的徑向載荷，因此在主軸上安裝兩個(gè)角接觸球軸承。圖42 主軸示意圖校核主軸安全系數(shù)，主軸轉(zhuǎn)矩為 （）只考慮扭拒作用時(shí)的安全系數(shù)為
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