20千瓦风力发电机设计
摘要
自然风的速度和方向是随机变化的，风能具有不确定特点，如何使风力发电机的输出功率稳定，是风力发电技术的一个重要课题。迄今为止，已提出了多种改善风力品质的方法，例如采用变转速控制技术，可以利用风轮的转动惯量平滑输出功率。由于变转速风力发电组采用的是电力电子装置，当它将电能输出输送给电网时，会产生变化的电力协波，并使功率因素恶化。
风能利用发展中的关键技术问题风能技术是一项涉及多个学科的综合技术。而且，风力机具有不同于通常机械系统的特性：动力源是具有很强随机性和不连续性的自然风，叶片经常运行在失速工况，传动系统的动力输入异常不规则，疲劳负载高于通常旋转机械几十倍。
本文通过对风力发电机的总体设计，叶片、轮毂机构的设计，水平回转机构的设计，齿轮箱系统的设计，以达到利用风能发电的目的，有效利用风能资源，减少对不可再生资源的消耗，降低对环境的污染。
关键词：风能；风力发电机；叶片；轮毂；齿轮箱
Abstract
Natural wind speed and direction of change is random, wind characteristics of uncertainty, how to make wind turbine output power stability, wind power technology is an important subject. So far, have raised a variety of ways to improve the quality of the wind, such as the use of variable speed control technology, can make use of wind round the moment of inertia smooth power output. Because variable speed wind power group using a power electronic devices, when it will transfer to the output of electric power grids, will change in the wave's power, and power factor deterioration.
Use of wind energy in the development of key technical issues involved in wind energy technology is one of a number of integrated technical disciplines. Moreover, the wind turbine is usually different from the mechanical system characteristics: a strong power source is not random and continuity of the natural wind, the leaves often run in the stall condition, the power transmission system very irregular importation, fatigue load than Rotating Machinery usually several times.
Based on the wind turbine design, leaves, the wheel design, level of rotating the design, gear box system design, use of wind power to achieve the objective of effective use of wind energy resources, reduce non-renewable resources Consumption, reduce the environmental pollution.
Key words: wind power； wind power generators；blade；wheel；Gearbox
目录
前言………………………………………………………………………………1
1概述 ……………………………………………………………………………2
1.1风力发电机的发展简史 ……………………………………………………2
1.2我国现阶段风电技术发展状况 ……………………………………………2
1.3风力的等级选择 ……………………………………………………………3
1.4风能利用发展中的关键技术问题 …………………………………………4
2风轮的结构设计 ………………………………………………………………6
2.1风轮设计中的关键技术—迎风技术 ………………………………………6
2.2风轮桨叶的结构设计 ………………………………………………………7
2.2.1桨叶材料的选择 …………………………………………………………7
2.2.2风轮扫掠半径参数计算 …………………………………………………7
2.2.3风轮的半径分配问题 ……………………………………………………8
2.3理想风能的利用 ……………………………………………………………8
2.4桨叶轴的结构设计计算……………………………………………………11
2.4.1桨叶轴危险截面轴颈的计算……………………………………………11
2.4.2桨叶轴各轴段轴颈的结构设计计算……………………………………13
2.5风力发电机组的功率调节问题……………………………………………13
2.6风轮桨叶的复位弹簧参数计算……………………………………………15
2.7风轮的桨叶轴轴承座的螺栓强度校核计算………………………………18
2.7.1轴承座上螺栓组的布置问题……………………………………………18
2.7.2螺栓的受力分析和参数计算……………………………………………19
2.7.3轴承座上螺栓直径的计算………………………………………………20
2.7.4轴承座上螺栓疲劳强度校核……………………………………………20
3风力发电机的主轴结构设计…………………………………………………22
3.1主轴的相关参数的选择和计算……………………………………………22
3.2轴段的设计与校核…………………………………………………………22
4风力发电机的增速器和发动机的选取………………………………………25
4.1主轴与增速器之间的联轴器………………………………………………25
4.1.1联轴器的特点……………………………………………………………25
4.2.2联轴器的型号及主要参数………………………………………………25
4.2风力发电机增速器的选择…………………………………………………25
4.2.1使用范围和特点…………………………………………………………25
4.2.2型号的选择………………………………………………………………26
4.3发电机的选取………………………………………………………………26
4.3.1选择发电机应综合考虑的问题…………………………………………26
4.3.2型号的选择………………………………………………………………26
5风力发电机的回转体结构设计和参数计算…………………………………27
5.1初步估计回转体危险轴颈的大小…………………………………………27
5.2结构设计……………………………………………………………………28
6风力发电机的其他元件的设计………………………………………………29
6.1刹车装置的设计……………………………………………………………29
6.2选择滑环……………………………………………………………………29
6.3托架的基本结构……………………………………………………………30
7结论……………………………………………………………………………31
致谢 ……………………………………………………………………………32
参考文献 ………………………………………………………………………33
附录A译文 ……………………………………………………………………34
附录B外文文献 ………………………………………………………………46
参考文献
[1] 李柱国.机械设计与理论 （2）第2版.北京：科学出版社.2004
[2] 唐增宝.机械设计课程设计。第2版。华中科技大学出版社。1998
[3] 成大先 .机械设计手册 单行本.北京：化学工业出版社.2004，4
[4] 孟宪源．现代机构手册[M]．第1版．北京：机械工业出版社．1994，6
[5] 吴治坚．新能源和可在生能源的利用[M]．北京：机械工业出版社，2006.1
[6] 王承煦，张源．风力发电．北京：中国电力出版社，2002，8
[7] 王承煦．风力发电实用技术[M]．北京：金盾出版社，1995
[8] 徐灏．机械设计手册（1）[M] ．第2版．北京：机械工业出版社．2000
[9] 徐灏．机械设计手册（2）[M] ．第2版．北京：机械工业出版社．2000
[10] 徐灏．机械设计手册（3）[M] ．第2版．北京：机械工业出版社．2000
[11] Chen JL， Hajela P．A rule based approach to optimization design modeling[J]．Computer
and Structure．1989
[12] Akagi S， Fujitak．Building and expert system for engineering design based on the object_
Oriented representation concept[J]．ASME Trans．J．Mech．design，1990
[13] 1 Dejan Schreiber Applied Designs Turbines And New Approaches PCIMof Variable
2002．3：202-207
http://www.bysj360.com/ http://www.bysj360.com/html/5215.html http://www.bylw520.net
