十千瓦風力發(fā)電機設計（機械類）畢業(yè)論文.doc

前言傳統燃料終將逐漸耗竭，其價格勢必日益上漲。因此，風能業(yè)已喚起人們再檢視其能否成為未來主要可靠能源之一。風能是一種干凈的、儲量極為豐富的可再生能源，他和存在于自然界的礦物燃料能源，如煤、石油、天然氣等不同，它不會隨著其本身的轉化和利用而減少，因此也可以說是一種取之不盡、用之不竭的能源。風能利用已有數千年的歷史，在蒸汽機發(fā)明以前，風帆和風車是人類生產和生活的重要動力裝置埃及被認為可能是最先利用風能的國家，約在幾千年以前，他們就開始用風帆來幫助行船。波斯和中國也很早開始利用風能，主要使用垂直軸風車。我國是最早使用風帆船和風車的國家之一，至少在3000年前的商代就出現了帆船，到唐代風帆船已廣泛用于江河航運。明代以后風車得到了廣泛的應用，我國沿海沿江的風帆船和用風力提水灌溉或制鹽的做法，一直延續(xù)到20世紀50年代，僅在江蘇沿海利用風力提水的設備增達20萬臺。有效利用風能資源，減少對不可再生資源的消耗，降低對環(huán)境的污染。在設計的過程中主要解決的問題是風力發(fā)電機的總體設計，葉片、槳葉復位機構的設計，回轉體機構的設計等。大自然的風完全不用進口，是地道的自產能源，多加利用可減低對進口石油、煤炭等化石能源的依賴，促進能源來源多元化，在國家安全上也有其戰(zhàn)略意義。另外，風力發(fā)電機作為防風墻不但可以發(fā)出電能還可以為我國沙塵天氣的防治起到一定的作用，并且在偏遠山區(qū)電網無法安裝的地區(qū)風力發(fā)電機還可以為其解決用電難的問題3,2,1。所以我選擇這個題目作為我的畢業(yè)設計，希望可以在發(fā)揮出其基本功能的前提下，做出價格便宜，結構簡單，通用性強的機械設備來填寫我在大學最后的一次答卷！21概述1.1選題的目的與意義人類追求經濟成長及現代化的結果使得能源大量消耗，然而地球的化石燃料蘊藏量有限，統計顯示依照目前的消耗速率，石油蘊藏量能供人類使用不到50年，天然氣不到70年，煤炭較久超過200年，終有一日人類將沒有石油可用。然而風力發(fā)電不一樣，由于攝取大自然的風能，只要太陽及地球仍在運行即無匱乏之虞，而且一部裝置在一般地區(qū)的風力發(fā)電機，在它20年使用壽命中所生產的電力發(fā)電機，在卸除它能耗費能源的80倍，是能讓人們永續(xù)使用的再生能源之一。大自然的風完全不用進口，是地道的自產能源，多加利用可減低對進口石油、煤炭等化石能源的依賴，促進能源來源多元化，在國家安全上也有其戰(zhàn)略意義。在經濟社會層面，風力發(fā)電可制造工作機會，從零組件的生產、運輸、組裝、維護等，皆為設置風力發(fā)電機當地帶來相當的就業(yè)機會與新的產業(yè)。有效利用風能資源，減少對不可再生資源的消耗，降低對環(huán)境的污染1。風能利用已有數千年的歷史，在蒸汽機發(fā)明以前，風帆和風車是人類生產和生活的重要動力裝置埃及被認為可能是最先利用風能的國家，約在幾千年以前，他們就開始用風帆來幫助行船。波斯和中國也很早開始利用風能，主要使用垂直軸風車。我國是最早使用風帆船和風車的國家之一，至少在3000年前的商代就出現了帆船，到唐代風帆船已廣泛用于江河航運。最輝煌的風帆時代是明代，14世紀初葉中國航海家鄭和七下西洋，龐大的風帆船隊功不可沒。明代以后風車得到了廣泛的應用，我國沿海沿江的風帆船和用風力提水灌溉或制鹽的做法，一直延續(xù)到20世紀50年代，僅在江蘇沿海利用風力提水的設備增達20萬臺。歐洲到中世紀才廣泛利用風能，荷蘭人發(fā)展了水平軸風車。18世紀荷蘭曾用近萬座風車排水，在低洼的海灘上造出良田，成為著名的風車之國。隨著蒸汽機的出現，以及煤、石油、天然氣的大規(guī)模開采和廉價電力的獲得，各種曾經被廣泛使用的風力機械，由于成本高、效率低、使用不方便等，無法與蒸汽機、內燃機和電動機等相競爭，漸漸被淘汰。到了19世紀末，開始利用風力發(fā)電，這在解決農村電氣化方面顯示了重要的作用，特別是20世紀70年代以后，利用風力發(fā)電更進入了一個蓬勃發(fā)展的階段。太陽輻射造成地表面受熱不均引起大氣溫度、密度和壓力差別。風能是地球表面空氣從壓力高的地方向壓力低的地方移動時產生的動能，風能資源是經過測在量和質上可供人類開發(fā)利用的風能。風能的大小用風功率密度來度量，它與風速的立方和空氣密度成正比。太陽輻射的能量在地球表面約有2%轉化為風能。根據荷蘭和美國對風能資源的研究，考慮城鎮(zhèn)、森林、復雜地形、交通困難的山區(qū)及社會環(huán)境的制約，如景觀和噪音影響等，取具有風能資源土地面積的4%推算，可利用的風能資源儲量估計約96億kW或18.7萬億kWh/a。另外，海岸線附近的淺海區(qū)域也有非常豐富的風能資源，且平均風速大、湍流小，僅歐盟國家沿岸的海上風能資源估計約3萬億kWh/a，比歐盟12國目前的年用電量2萬億kWh還大，如按年滿功率發(fā)電2500h計劃，則裝機容量可達12億kW。風能是一種干凈的、儲量極為豐富的可再生能源，他和存在于自然界的礦物燃料能源，如煤、石油、天然氣等不同，它不會隨著其本身的轉化和利用而減少，因此也可以說是一種取之不盡、用之不竭的能源；而煤、石油、天然氣等礦物燃料能源，其儲量將隨著利用時間的增長而日趨減少。礦物燃料在利用過程中會帶來嚴重的環(huán)境污染問題，如空氣中的CONOSOCOx、22等氣體的排放量的增長導致了溫室效應、酸雨等現象的產生。因此自20世紀70年代末以來，隨著世界各國對環(huán)境保護、能源短缺及節(jié)能等問題的日益關注，認為大規(guī)模利用風力發(fā)電是減少空氣污染、減少有害氣體（2CO等）排放氣體的有效措施之一。傳統火力發(fā)電燃燒化石燃料而排放大量的二氧化碳及其它污染物質，破壞環(huán)境并造成全球暖化，嚴重影響生態(tài)系統病危及人類健康；核能發(fā)電雖不像火力發(fā)電般排放許多污染物質，但溫排水可能影響海洋生態(tài)，而且目前尚無法完善處理半衰期長達數千、數萬年的高放射性核廢料，使其部分環(huán)境造成影響。相比之下風力發(fā)電完全沒有上述問題。風力發(fā)電機在轉換電力過程中不排放二氧化碳及任何污染物質，更沒有放射性物質的困擾，是非常干凈的能源，因此廣受注重環(huán)境保護的歐美國家的歡迎，成為應用最多的再生能源技術之一。1.2目前國內外風電技術發(fā)展狀況風力發(fā)電機組(簡稱風電機)是將風能轉化為電能的機械。風輪是風電機最主要的部件，由漿葉和輪轂組成。槳葉具有良好的空氣動力外形，在氣流作用下能產生空氣動力使風輪旋轉，將風能轉換成機械能，再通過齒輪箱增速，驅動發(fā)電機轉變成電能。在理論上，最好的風輪只能將約60%的風能轉換為機械能。現代風電機風輪的效率可達到40%。風電4機輸出達到額定功率前，功率與風速的立方成正比，即風速增加1倍，輸出功率增加8倍，所以同力發(fā)電的效益與當地的風速關系極大。由于風速隨時在變化，風電機常年在野外運行，承受十分復雜惡劣的交變載荷。當前生產的主力機型為600750kW，機體龐大，風輪直徑和塔架高度都達到4050m，設計和制造較困難。目前風電機的設計壽命是20a，要求經受住60m/s的11級暴風襲擊，代表機組可靠性的可利用率要達到95%以上。德國、丹麥、西班牙、英國、荷蘭、瑞典、印度、加拿大等國在風力發(fā)電技術的研究與應用上投入了相當大的人力及資金，充分綜合利用空氣動力學、新材料、新型電機、電力電子技術、計算機、自動控制及通信技術等方面的最新成果，開發(fā)建立了評估風力資源的測量及計算機模擬系統，發(fā)展了變漿距控制及失速控制的風力機設計理論，采用了新型風力機設計理論，采用了新型風力機葉片材料及葉片翼型，研制出了變極、變滑差、變速、恒頻及低速永磁等新型發(fā)電機，開發(fā)了由微機控制的單臺及多臺風力發(fā)電機組成的機群的自動控制技術，從而大大提高了風力發(fā)電的效率及可靠性。當前，世界風電技術發(fā)展的特點是：1）風力機單機大型化風力機單機容量不斷增加是風電技術的顯著特點之一。商業(yè)風力機平均單機容量從1982年為55kw到2002年約為1100kw，20年增加了近20倍。隨著技術的逐漸成熟早年多樣化的設計理念也趨向統一。單機容量大，有利于降低每千瓦的制造成本；而且大型機組采用更高的塔架，有利于捕獲風能，50m高度捕獲的風能要比30m高度處多20%。目前，商業(yè)化機組的單機容量已達3.6MW。2）變速恒頻機組將成為主流機型目前，世界各地風電場的風力發(fā)電機組，絕大多數為恒速運行機組。隨著控制技術的發(fā)展和變速恒頻機組的應用，風力機開始改恒速運行為變速運行，風輪轉速隨風速變化，在低于額定風俗的相當大范圍內保持最佳葉尖速比已獲得最大風能。3）重量更輕、結構更具柔性隨