【正文】 ........................8 工作風(fēng)速與輸出功率 .........................................................9 啟動(dòng)風(fēng)速和額定風(fēng)速的選定 .............................................9 風(fēng)能利用與氣象 .....................................................................12 風(fēng)的觀測(cè)對(duì)風(fēng)能利用的意義 ...........................................12 風(fēng)能利 用中需要的氣象調(diào)查 ...........................................13 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) XXVI 風(fēng)的觀測(cè) .................................................................................13 3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)方案和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .......................................................14 小型垂直式風(fēng)力發(fā)電機(jī)方案設(shè)計(jì) .........................................14 風(fēng)葉 .........................................................................................15 行星齒輪加速器設(shè)計(jì)計(jì)算 .....................................................16 設(shè)計(jì)要求 ...........................................................................16 選加速器類(lèi)型 ...................................................................16 確定行星輪數(shù)和齒數(shù) .......................................................17 壓力角 (α)的選擇 ..............................................................17 齒寬系數(shù)的選擇 ...............................................................18 模數(shù)選擇 ...........................................................................18 預(yù)設(shè)嚙合角 .......................................................................18 太陽(yáng)輪與 行星輪之間的傳動(dòng)計(jì)算 ...................................18 行星輪與內(nèi)齒輪之間的傳動(dòng)計(jì)算 ...................................19 行星排各零件轉(zhuǎn)速及扭矩的計(jì)算 .................................20 行星排上各零件受力分析及計(jì)算 .................................20 行星齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度校核計(jì)算 .....................................21 電磁離合器設(shè)計(jì)計(jì)算 .............................................................25 選型 ...................................................................................25 牙嵌式電磁離合器的動(dòng)作特性 .......................................25 離合器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 ...........................................................25 離合器的外徑 ...................................................................26 離合器牙間的壓緊力 .......................................................26 線圈槽高度 .......................................................................26 磁軛底部厚度 ...................................................................26 總結(jié) ....................................................................................................28 致 謝 ..................................................................................................29 參考文獻(xiàn) ............................................................................................30 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 前言 隨著 世界工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，使得能源消耗逐漸增加，全球工業(yè)有害物質(zhì)的排放量與日俱增，從 而造成氣候異常、災(zāi)害增多、惡性疾病的多發(fā)。由能源問(wèn)題引發(fā)的危機(jī)以及日益突出的環(huán)境問(wèn)題，使人們認(rèn)識(shí)到開(kāi)發(fā)清潔的可再生能源是保護(hù)生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的客觀需要。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 1 概述 開(kāi)發(fā)利用風(fēng)能的動(dòng)因 風(fēng)能作為一種新能源它的開(kāi)發(fā)利用是有一定動(dòng)因的，而且隨著時(shí)間的推移，開(kāi)發(fā)利用風(fēng)能的動(dòng)因也在變化。 經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)力 經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化 能源供應(yīng)的經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化提供了重視開(kāi)發(fā)利用的基本原理。與常規(guī)電網(wǎng)延伸和柴／汽油機(jī)發(fā)電相比，利用小型離網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)供電有成本優(yōu)勢(shì)。如果用電網(wǎng)延伸的方法，農(nóng)牧戶承擔(dān)的成本高于 8元 /KW。 化石能源資源枯竭與供應(yīng)安全 進(jìn)入工業(yè)社會(huì)后，人類(lèi)在飛速發(fā)展自己的文明過(guò)程中經(jīng)過(guò)了多次能源危機(jī)。目前石油儲(chǔ)量約 1300億噸，年消耗量約 35 億噸，計(jì)今后 25 年中平均年消耗量將達(dá) 50億噸，即使加上新發(fā)現(xiàn)的油田，專(zhuān)家估計(jì)總儲(chǔ)量也不會(huì)超過(guò) 2020億噸，有油資源在四五十年后也將枯竭。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 風(fēng)能作為新能源中最具工業(yè)開(kāi)發(fā)潛力的可再生能源，就格外引起人們的矚目。風(fēng)能的 開(kāi)發(fā)利用可以減少對(duì)國(guó)外能源的依賴(lài)，并加強(qiáng)本國(guó)的能源供應(yīng)安全水平，國(guó)內(nèi)的化石能源價(jià)格變化較小，社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定性也因此而增強(qiáng)。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研發(fā)、示范到商業(yè)化發(fā)展，最終進(jìn)入市場(chǎng)，將給整個(gè)能源產(chǎn)業(yè)帶來(lái)新的活力，成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的一種新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。 環(huán)境驅(qū)動(dòng)力 除了人們?cè)缦日J(rèn)識(shí)到的煙塵、二氧化硫等區(qū)域性的污染外，世界上越來(lái)越多的人開(kāi)始認(rèn)識(shí)到二氧化碳等溫室氣體的 大量排放對(duì)全球氣候變暖給人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)的有害影響。為減緩地球變暖， 1997 年在日本京都召開(kāi)的聯(lián)合國(guó)氣候變化框架締約方第 3 次大會(huì)上， 84 國(guó)代表審議通過(guò)《京都議定書(shū)》，要求工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家大幅度削減二氧化碳等溫室氣體排放量。風(fēng)能在能源轉(zhuǎn)化工程中不會(huì)產(chǎn)生任何排放量，因此除了不產(chǎn)生煙塵、二氧化硫等區(qū)域性污染外，也不會(huì)帶來(lái)全球環(huán)境污染。除了在工廠的生產(chǎn)和裝機(jī)工程中創(chuàng)造就業(yè)之外，在設(shè)備維護(hù)方面也會(huì)提供就業(yè)機(jī)會(huì)。許多民眾十分關(guān)注風(fēng)能的發(fā)展，并將利用風(fēng)能和其他可再生能源當(dāng)成他們的生活方式。 技術(shù)驅(qū)動(dòng)力 隨著科技的進(jìn)步，空氣動(dòng)力理論的不斷發(fā)展、新型高強(qiáng)度、輕質(zhì)材料的出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)的廣泛 應(yīng)用和自動(dòng)控制技術(shù)的不斷改進(jìn)，機(jī)械、電氣、電子元件制造技術(shù)的成熟，為風(fēng)電技術(shù)向大功率、高效率、高可靠性和高度自動(dòng)化方向發(fā)展提供了條件。 1987 年美國(guó)研制出單機(jī)容量為 的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，安裝于夏威夷群島的瓦胡島上。進(jìn)入 20世紀(jì) 80年代，單機(jī)容量在 100KW 以上的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī) 組的研究開(kāi)發(fā)及生產(chǎn)在歐洲的丹麥、德國(guó)、荷蘭、西班牙等國(guó)取得了快速發(fā)展。同時(shí)單機(jī)容量在 1MW 以上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組也研制開(kāi)發(fā)成功，并在湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 風(fēng)電場(chǎng)中成功運(yùn)行。歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)預(yù)計(jì)，全世界到 2020 年風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量將超過(guò) 1 億 KW，占?xì)W洲總發(fā)電量的 20%以上。 中國(guó)風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀 中國(guó)風(fēng)力發(fā)電起步較晚，但發(fā)展較快。 20 世紀(jì) 80 年代中期，中國(guó)開(kāi)始規(guī)劃風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的建設(shè)。 1986 年在新疆達(dá)坂城 安裝了 1臺(tái) 100KW 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組， 1989 年又安裝了 13 臺(tái) 150KW 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，同年在內(nèi)蒙古朱日和也安裝 5臺(tái)美國(guó) 100KW 機(jī)組，開(kāi)始了中國(guó)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行的試驗(yàn)和示范。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到 2020 年底，中國(guó)共建有 27 座風(fēng)電場(chǎng)，裝機(jī) 812 臺(tái)，總?cè)萘? 方 KW。 風(fēng)力發(fā)電展望 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)目前還在不斷發(fā)展，主要體現(xiàn)在單機(jī)容量不斷增大上。這就必然要采用一些新的復(fù)合材料和新的技術(shù)。目前最長(zhǎng)的葉片以做到 50m。槳葉也向柔性方向發(fā)展。對(duì)葉型的進(jìn)一步改進(jìn)，增強(qiáng)了風(fēng)力機(jī)捕捉風(fēng)能的效率。目前，丹麥、美國(guó)、德國(guó)等風(fēng)電科技較發(fā)達(dá)的國(guó)家，有許多專(zhuān)業(yè)研究人員在利用較先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)條件致力與新葉型的從理論到應(yīng)用的研究開(kāi)發(fā)。地處平坦地帶的風(fēng)力機(jī)。尤其值得注意的是 ， 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)發(fā)展了一種變速風(fēng)力發(fā)電機(jī) ， 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的研究組，取消了沉重的增速齒輪箱，發(fā)電機(jī)軸直接連接到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軸上，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)阻而改變， 其交流電的頻率也隨之變化，經(jīng)過(guò)置于地面的大功率電力電子變換器，將頻率不定的交流電整流成直流電，在逆變成與電網(wǎng)同頻率的交流電輸出。其運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用也較低。 風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)未來(lái)的發(fā)展趨向?qū)⒓性冢禾岣邫C(jī) 群安裝場(chǎng)地選擇的準(zhǔn)確性；進(jìn)機(jī)群布局的合理性：提高運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行的最佳控制；進(jìn)一步降低設(shè)備投資及發(fā)電成本；總裝機(jī)容量在 1MW 以上的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)將占據(jù)主導(dǎo)地位，風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)內(nèi)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量將主要是百千瓦以上至兆瓦級(jí)的。橫截面積為 s(m2)的氣流的動(dòng)能為 E= 式中 ρ—— 空氣密度，㎏ /m3 Vf —— 風(fēng)速， m/s 如果風(fēng)力機(jī)實(shí)際獲得的軸 功率為 P,那么風(fēng)能利用系數(shù)為 CP=P/E=P/() （ 21） 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 Q= 式中 C—— 空氣阻力系數(shù)與物體形狀有關(guān)，平板一般取 2 Vf—— 風(fēng)與平板的相對(duì)速度 阻力式風(fēng)力機(jī)的最大效率 建立簡(jiǎn)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 2l（ b），并規(guī)定平板上游一定距離上的風(fēng)速為 Vf，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 P=FV=QSV 式中 F—— 板受到風(fēng)的 壓力，牛頓 S—— 平板的面積， m2 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 圖 21 平板模型 F=QS=(VfV)2 所以 P=(VfV)2V (22) 對(duì)給定的上游風(fēng)速玲，可以寫(xiě)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(duì) V進(jìn)行微分得 dp／ dv=CP(VfV)(VfV／ 3) 令 dp／ dv=0， 可以得到兩個(gè)解： 1） V1=Vf沒(méi)有物理意義 2） V2=Vf／ 3對(duì)應(yīng)于最大值 Pmax=(4C/27) CPmax=4C/27 (23) 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。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) Cpmax。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。用 η 1表示。 η 2這一最低力矩值叫做風(fēng)力機(jī)的啟動(dòng)力矩。 因此風(fēng)力機(jī)有一最低工作風(fēng)速稱(chēng) Vfmin，只有風(fēng)速大于 Vfmin時(shí)風(fēng)力機(jī)才能工作。 最小風(fēng)速稱(chēng) Vfmin，和最大風(fēng)速 Vfmax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。 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(lái)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。單位時(shí)間通過(guò)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) ρ為空氣密度， V為風(fēng)速，則風(fēng)能密度 p=， p隨 V的立方增大，變化非?？欤手?道風(fēng)速的變化情況是利用風(fēng)能的先決條件。威布爾分布函數(shù)形如下式 其中 K為形狀參數(shù)，無(wú)量綱， C為尺度參數(shù)，量綱為 ms1。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