【正文】 齒輪加速器，因?yàn)檫@個(gè)型號的齒輪傳動(dòng)效率高，體積小，重 量輕，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，傳遞功率范圍大，軸向尺寸小，可用于各種工作條件的特點(diǎn)。齒圈材料 :42CrMo，氮化處理，硬度為 Hv40O以上。齒輪精度 877，齒輪材料 :20CrNiMoH，碳氮共滲處理，硬度為Hv740以上。由于其制造簡單，成本低，性能好，所以適于推廣使用。 該新型 垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)為： １． 結(jié)構(gòu)簡單 ２． 易維護(hù) ３． 運(yùn)行平穩(wěn)安全 ４． 抗強(qiáng)風(fēng)能力強(qiáng) ５． 操作簡單 ６． 價(jià)格低廉 風(fēng)葉 采用帆翼式風(fēng)葉，帆翼式是英國發(fā)展的一種立軸帆翼式風(fēng)力機(jī)，結(jié)構(gòu)簡單、性能較高。從蓄電池組輸出的直流電，通過逆變器后變成了 220伏的交流電，供給用戶的家用電器。風(fēng)速的不斷變化、忽大忽小，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電流和電壓也隨著變化。如下圖所示： 圖 31 小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)框圖 該 小型 垂直軸 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電原理 為： 在風(fēng)的吹動(dòng)下，風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)起來，使空氣動(dòng) 力能轉(zhuǎn)變成了機(jī)械能（轉(zhuǎn)速 +扭矩）。設(shè)備也 是往大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)展，專門建設(shè)大型風(fēng)力發(fā)電場， 這樣， 小型風(fēng)力發(fā)電在相當(dāng)長的時(shí)間里未得到較好的發(fā)展。 但是 風(fēng)力發(fā)電較太陽能而言，它的成本優(yōu)勢明顯 。實(shí)際測量結(jié)果表 明，前一種方法的誤差比較大，因此在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)中采用后一種測量方法得到的數(shù)據(jù)。我國現(xiàn)行的風(fēng)速觀測有兩種方法 :一種是每日定時(shí) 4次兩分鐘平均風(fēng)速觀測 。 風(fēng)速的測量包括風(fēng)向和風(fēng)速的測量。 風(fēng)的觀測 風(fēng)的觀測，因其目的不同而有各自的特點(diǎn)。 (3)風(fēng)速的頻率分布調(diào)查 在風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)中，為了估算平均出力和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間等量，必須了解風(fēng)力機(jī)軸高處的風(fēng)況。 小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)及限速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 風(fēng)能利用中需要的氣象調(diào)查 在風(fēng)能利用中，需要進(jìn)行四項(xiàng)氣象調(diào)查 : (l)風(fēng)能密度調(diào)查 結(jié)合風(fēng)能的地區(qū)分布和可設(shè)立風(fēng)力機(jī)地區(qū)面積的調(diào)查，在全國范圍內(nèi)對可利用的風(fēng)能量進(jìn)行估算。風(fēng)速隨時(shí)間變化很大，而且地區(qū)性差異也很大，正確把握風(fēng)況并不是一件容易的事情。所以，當(dāng)風(fēng)速測量有 10%的誤差時(shí)，風(fēng)力機(jī)輸出功率的誤差將擴(kuò)大到 33%。 令 風(fēng)力機(jī)的工作風(fēng)速、輸出功率與風(fēng)能的關(guān)系 風(fēng)力機(jī)的工作風(fēng)速、輸出功率與風(fēng)能的關(guān)系可以簡單地如圖 2一 3來表示 (注 :圖中縱坐標(biāo) 表示輸出功率，單位為 :w/ 2m 。 額定風(fēng)速 額定風(fēng)速的選定直接影響風(fēng)能利用系統(tǒng)整體的效率和經(jīng)濟(jì) 性，是風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)。對上式求一階導(dǎo)數(shù)且令其等于 O有 解得 證明氣是出現(xiàn)概率最大的風(fēng)速。 根據(jù)國內(nèi)外 100多種風(fēng)力機(jī)，起動(dòng)風(fēng)速的范圍是 2m 1s? ，至 6m 1s? ，這一范圍能滿足 風(fēng)能豐富區(qū)、較豐富區(qū)、可利用區(qū)的不同需要。參數(shù) K、 C影響曲 線形狀， K大 C大曲線陡峻，峰右移，反之亦然。威布爾分布函數(shù)形如下式 其中 K為形狀參數(shù)，無量綱， C為尺度參數(shù)，量綱為 m 1s? 。單位時(shí)間通過垂直于空氣流的單位面積的空氣流所具有的動(dòng)能叫風(fēng)能密度，設(shè) ? 為空氣密度， v為風(fēng)速，則風(fēng)能密度p= 3v? ， ? 隨 v的立方增大，變化非?？?，故知道風(fēng)速的變化情況是利用風(fēng)能的先決條件。 啟動(dòng)風(fēng)速和額定風(fēng)速的選定 如何根據(jù)風(fēng)能資源來選用風(fēng)力機(jī)，使風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)最佳，確定起動(dòng)風(fēng)速和額定風(fēng)速是關(guān)鍵。 最小風(fēng)速稱 fminV ，和最大風(fēng)速 fmaxV 之間的風(fēng)速叫做風(fēng)力機(jī)的工作風(fēng)速，相應(yīng)于工作風(fēng)速風(fēng)力機(jī)有功率輸出。因此風(fēng)力機(jī)有一最低工作風(fēng)速稱 fminV ，只有風(fēng)速大于 fminV 時(shí)風(fēng)力機(jī)才能工作。這一最低力矩值叫做風(fēng)力機(jī)的啟動(dòng)力矩。用 1? 表示。因此實(shí)際的風(fēng)力機(jī)和理想的風(fēng)力機(jī)之間也有差異。如上一節(jié)推導(dǎo)的那樣，有一個(gè)最大風(fēng)能利用系數(shù) pmaxC 。橫截面 積為 s( 2m )的氣流的動(dòng)能為 風(fēng)壓強(qiáng) 如圖 21a，根據(jù)伯努力方程，風(fēng)中物體受到的風(fēng)壓 Q為 阻力式風(fēng)力機(jī)的最大效率 建立簡單的理想模型，一個(gè)平板在風(fēng)的氣動(dòng)壓力作用下沿著風(fēng)速方向運(yùn)動(dòng)，如圖 2lb，并規(guī)定平板上游一定距離上的風(fēng)速為 fV ，平板的運(yùn)動(dòng)速度為 v，那么平板吸收的功率可以表示為 小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)及限速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 圖 21 平板模型 對給定的上游風(fēng)速玲，可以寫出以平板的運(yùn)動(dòng)速度 V為函數(shù)的功率變化關(guān) 系式，對 v進(jìn)行微分得 從上式中可以看出，阻力式風(fēng)力機(jī)的效率是比較低的，提高效率的唯一辦法是設(shè)法提高風(fēng)的阻力系數(shù) C。 一般風(fēng)能資源的潛力和特征用有效風(fēng)能密度和可利用年積累小時(shí)數(shù)兩個(gè)指標(biāo)表示。 由于我國地形復(fù)雜，風(fēng)的地區(qū)性差異很大，有必要將我國的風(fēng)能資源的大體分布列出，以便于人們了解哪些地區(qū)有開發(fā)利用風(fēng)能的潛力。這一特點(diǎn)恰與水電的枯水期和豐水期有著較好的互補(bǔ)性。中國風(fēng)力大小的出現(xiàn)規(guī)律是冬、春季風(fēng)大，降雨量少 。這個(gè)數(shù)量比 1996年全國 發(fā)電總裝機(jī)容量還大，說明中國風(fēng)能資源豐富，但是可供經(jīng)濟(jì)開發(fā)的風(fēng)能儲量數(shù)據(jù)尚需進(jìn)一步查明。 中國 10m高度層的風(fēng)能總儲量為 3226GW，這個(gè)儲量稱作風(fēng)能“理論可開發(fā)總量”。 根據(jù)風(fēng)的氣候特點(diǎn)，一般選取 10年風(fēng)速資料中年平均風(fēng)速最大、最小和中間的 3個(gè)年份為代表年份，分別計(jì)算該 3個(gè)年份的風(fēng) 功率密度然后加以平均，其數(shù)值可以作為當(dāng)?shù)亻L年風(fēng)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)及限速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 功率密度平均值。 我國的風(fēng)能資源及其分布 風(fēng)能是地球表面空氣移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)能。 (6)農(nóng)牧區(qū)。 (4)東南沿海各孤立的島嶼。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的某些技術(shù)問題及使用人員的素質(zhì)因素，沒有得到推廣。由于山高、道路狹窄歧嶇、運(yùn)輸困難，又不能使用明火，使用小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以基本解決觀 察站的照明及娛樂用電。 另外，我們大小河流湖泊上的船舶數(shù)量驚人，用小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)解決它們的照明、收視電視、聽廣播，有很重要的意義和市場。使用風(fēng)力發(fā)電機(jī)對蓄電池補(bǔ)充充電 效果很好，這方面有成功的經(jīng)驗(yàn)?；瘜W(xué)燃料不斷向大氣中排放對生物有害物質(zhì)，嚴(yán)重的威脅人們健康，而風(fēng)力能源則沒有任何影響人類健康的有害物質(zhì)。許多燃料是十分重要的化學(xué)原料，把它白白的燃掉是十分可惜的。 風(fēng)力發(fā)電近幾年發(fā)展如此之快，是因?yàn)樗性S多優(yōu)點(diǎn)： ，投資少，成本低，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的整個(gè)設(shè)備成本不足功率相當(dāng)?shù)幕鹆Πl(fā)電，水力發(fā)電和核電站成本的 1/4，在二、三年內(nèi)就可以收回全產(chǎn)投資； 。為此，國家從宏觀規(guī)劃角度出發(fā)，制定了“乘風(fēng)計(jì)劃”，面向國內(nèi)外市場發(fā)展風(fēng)力發(fā)電。同時(shí)也遏制了微型汽油發(fā)電機(jī)的發(fā)展，在節(jié)約石化燃料的同時(shí)，避免了各種有害氣體的排放。隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)日趨成熟，風(fēng)力發(fā)電規(guī)模也不斷擴(kuò)大，美國加州由數(shù)家風(fēng)能公 司提供給電網(wǎng)的電量，足以供應(yīng)舊金山這樣的大城市的居民需求。據(jù)統(tǒng)計(jì)，太陽向地球輻射的巨大能量中，約有 1%轉(zhuǎn)化為風(fēng)能。 風(fēng)能是對人類生存環(huán)境影響最小的能源。電力部己制定“大力發(fā)展水電，繼續(xù)發(fā)展火電，適當(dāng)發(fā)展核電，積極發(fā)展新能源發(fā)電”的基本原則，把風(fēng)力發(fā)電作為優(yōu)化我國電力工業(yè)結(jié)構(gòu) 跨世紀(jì)的戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)。此外，石油探明儲量預(yù)測僅能開采 34年，天然氣約能開采 60年。在電力的能源消費(fèi)中，也是以煤炭為主，燃煤發(fā)電量占總發(fā)電量的 80%。 研究 風(fēng) 力發(fā)電機(jī)的目的和意義 中國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費(fèi)國，能源利用以煤炭為主。這樣來自任何方向的風(fēng)都可以充分利用，提高了風(fēng)能利用率。立體式風(fēng)力發(fā)電機(jī)即風(fēng)力發(fā)電機(jī)的軸和風(fēng)的方向垂直。 1996年 10月還簽訂 3項(xiàng)合同，內(nèi)容為 :由新疆電力局與丹麥維斯塔思公司，內(nèi)蒙古電管局、浙江省電力局與丹麥麥康公司合作，除引進(jìn) 122臺 600kw風(fēng)電機(jī)之外，還將在國內(nèi)組裝生產(chǎn) 600kw風(fēng)電機(jī)組。又如第一拖拉機(jī)工程機(jī)械集團(tuán) 704分廠承擔(dān)了 250kw風(fēng)電機(jī)組的研制及組裝任務(wù)，保定 550廠協(xié)作生產(chǎn)葉片，該項(xiàng)目屬于一拖與德國胡蘇姆造船廠合作生產(chǎn)協(xié)議，總框架為 200臺，首批 10臺得到了德國政府補(bǔ)貼， 1995年 12月 4臺電風(fēng)機(jī)己在內(nèi)蒙錫林浩特風(fēng)電場并網(wǎng)發(fā)電。例如 200kW風(fēng)電機(jī)組的研制由浙江機(jī)電研究院、杭州發(fā)電設(shè)備廠、上海玻璃鋼研究所、中國空氣動(dòng)力研究中心、同濟(jì)大學(xué)、清華大學(xué)等 8個(gè)單位 聯(lián)合承擔(dān)。 (2)科研生產(chǎn)能力薄弱風(fēng)力機(jī)械行業(yè)歸口于畜牧機(jī)械，稍具規(guī)模的企業(yè)只有內(nèi)蒙商都牧機(jī)廠和內(nèi)蒙動(dòng)力機(jī)廠，缺少先進(jìn)設(shè)備，影響產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益的提高。 行業(yè)存在的主要問題有 : (l)產(chǎn)品品種不全目前雖然我國己能大批量生產(chǎn)小型風(fēng)電機(jī)組， 1995年并出口印尼 100W及 300W小型風(fēng)電機(jī)各 250臺，價(jià)值 340余萬元，但還停留在研究開發(fā) 55kw、 250kW的風(fēng)電機(jī)階段。大中型風(fēng)電機(jī)組 (20kw以上 )4000臺 。近幾年來己建立 14處規(guī)模不等的大中型風(fēng)電場，至 1995年共安裝 55kw以上機(jī)組 186臺，總裝機(jī)容量為 37Mw。 1995年全國生產(chǎn)風(fēng)電機(jī)組 8190臺，風(fēng)力提水機(jī)組 50臺。從事科研開發(fā)有 35家院校，科技人員 250人。 我國風(fēng)力機(jī)械行業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)及限速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，到 1993年底，全國生產(chǎn)風(fēng)電機(jī)組、風(fēng)力提水機(jī)組及配套件的工廠共 39家，其中主機(jī) 27家 。據(jù)內(nèi)蒙古電管局反映，不含稅風(fēng)電價(jià)為 ，比火電價(jià)高出 。正在籌建中的還有浙江臨海括蒼山、浙江舟山、內(nèi)蒙錫林、廣東海陵島等。三是建立風(fēng)電場，聯(lián)網(wǎng)后輸出，有的與柴油發(fā)電機(jī)組或太陽能電站聯(lián)合，有穩(wěn)定的輸出。其次是孤立的小居民區(qū)用，獨(dú)立運(yùn)行，有蓄電池、直流輸出或逆變交流輸出，統(tǒng)一向各家各戶供電或每天為其更換蓄電池，單機(jī)容量為 1一 5kw。 我國風(fēng)電的利用大體上采用三種方式，一是戶用式，可獨(dú)立運(yùn)行，用蓄電池，直流輸出或逆變交流輸出 。 1996年采用招標(biāo)評議方式確定“中國第一 拖拉機(jī)工程機(jī)械 (集團(tuán) )公司”和“西安航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)公司”為大型風(fēng)電機(jī)組總裝廠 。 1996年，國家在“雙加”工程中，按照扶強(qiáng)扶優(yōu)的原則，選擇了達(dá)阪城二廠、輝騰錫勒、括蒼山和張北四個(gè)風(fēng)電場進(jìn)行重點(diǎn)改造，進(jìn)口 133x600千瓦、 13x300千瓦機(jī)組，合計(jì) 83700千瓦，分別于 1997一 1998年竣工驗(yàn)收。 90年代初期國外商品機(jī)組單機(jī)容量 200一 300千瓦， 1992一 1996年我國進(jìn)口風(fēng)電機(jī)組以 200一 300千瓦機(jī)組為主， 1996年建成 17個(gè)風(fēng)電場，裝機(jī)合計(jì)57700千瓦。在我國很多地區(qū)，冬半年風(fēng)大，太陽輻射強(qiáng)度?。幌陌肽觑L(fēng)小，太陽輻射強(qiáng)度大，兩種能 源的分布季節(jié)正好相反，互補(bǔ)利用可滿足用戶用電需求。在網(wǎng)外地區(qū)利用風(fēng)柴蓄聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，能獲得穩(wěn)定的