垂直軸風力發(fā)電機研究報告

1、垂直軸風力發(fā)電機研究報告1.垂直軸與水平軸對比垂直軸風力發(fā)電機與水平軸風力發(fā)電機相比，有其特有的優(yōu)點：水平軸風力發(fā)電機組的機艙放置在高高的塔頂，而且是一個可旋轉(zhuǎn) 360 低了成本。風力發(fā)電機的客戶越來越需要使用壽命長、可靠性高、維修方便的產(chǎn)品。風力發(fā)電機由于高度限制和周圍地貌引發(fā)的亂流，常常處于風向和風強變化劇烈的情況，垂直軸風力發(fā)電機有克服“對風損失”和“疲勞損耗”上有水平軸風力發(fā)電機不可比的優(yōu)點，且理論風能利用率可達 40以上因此在考慮了較小的啟動風速和對風力機影響較大的“對風損失”之后，從而提高垂直軸風輪的風能實際利用率。36036057好處是顯而易見的，以前因為噪音問題不能應(yīng)用風力發(fā)電

2、機的場合(城市公共設(shè)頁腳施、民宅等)，現(xiàn)在可以應(yīng)用垂直軸風力發(fā)電機，因此，垂直軸風力發(fā)電機比水平軸有更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。垂直軸風機風輪設(shè)計風能風功率計算公式為圖 1 空氣流的動能P W / tm VV SL1聯(lián)立以上各式得W 2 mv212 mv2SLv21P Sv3t2Cp風能利用系數(shù) Cp是表示風力機效率的重要參數(shù)，由于風通過風輪的風能不能完全轉(zhuǎn)化為風輪機械能，其風能利用率 C 為p風力機輸出的機械功率 PC=mp輸入風輪的功率Pw其中 Pm為風力機輸出的機械功率；Pw為風力機輸入的風能。頁腳0.40.41000W，則風能為1000 / 0.4 。Sv3 2500 2 / 5000 /1.2

3、5 4000 ，若滿載額定風速為 20m/s 的話，S=0.5m2，顯然設(shè)定的額定風速越低，S 將越大。S 2r L ，SrL片的高。1000W0.5m2r的話，L1m?？梢圆捎媚壳肮S頂部風機形狀。風力機轉(zhuǎn)矩：T R3 v2p20.53.141.250.40.253 2026 0.82N m2.3 葉尖速比葉尖速比衡量。 2Rn vv式中：nr / s rad / s ；R風輪半徑，m。在這種情況下，輸出功率（同風速的立方成正比）根據(jù)葉尖轉(zhuǎn)速比與 Cp的關(guān)系及 Cp與輸出功率之間關(guān)系，我們可以知道在風速固定時，不同的轉(zhuǎn)速即對應(yīng)不同的葉尖轉(zhuǎn)速比，也即對應(yīng)不同的 Cp值，也速下輸出功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)

4、系，如下圖所示：頁腳圖 2 風輪轉(zhuǎn)速與輸出功率及風速曲線圖486，功率也比較難做大。H一般超過 500W 的垂直軸風機，都采用 H 型翼片或型翼片。圖 3 H 型垂直軸風機圖 4 型垂直軸頁腳翼片選型力機的重要部件。翼片的設(shè)計目標主要有：良好的空氣動力外形；可靠地結(jié)構(gòu)強度；合理的翼片剛度；良好的結(jié)構(gòu)動力學特性和啟動穩(wěn)定性；耐腐蝕、方便維修；滿足以上目標前提下，盡可能減輕翼片重量，降低成本。NACANRELRISFFA-WNACA 翼型是美國國家宇航局的前身國家航空咨詢委員會翼型系列，具有低阻力系數(shù)的特點，適合低速運行。翼片實度（風輪掃掠面積之比稱為實度比（容積比），是風力機的一個參考數(shù)據(jù)。垂直

5、軸風力機的翼片實度計算公式為： NCL / 2RL NC / 2R列要求：升力系數(shù)斜度大；阻力系數(shù)??；阻力系數(shù)與零升角對稱。NACA0012對稱翼型。NACA0012c（1.00）；x（x/c）；yx頁腳翼面與弦的距離（單位是 y/c）。圖 5 NACA0012 翼型參數(shù)實度比選擇在 0.50.6 圍較好。為此可以得出風輪翼片的弦長：C 2R2*1*0.6 0.4mN30.4m，數(shù)據(jù)只需將表中各數(shù)字適當縮放即可翼片形狀及材料材料填充,剖面形式如圖所示。圖 6 翼片剖面入聚氨酯直接發(fā)泡填充成型。由此，風力機的基本參數(shù)可以確定，如表所示。表 風力機參數(shù)額定風速平均效率葉尖速比設(shè)計功率頁腳10m/s

6、40%61000W電氣設(shè)備及傳動設(shè)計硅整流交流發(fā)電機硅整流交流發(fā)電機的結(jié)構(gòu)硅整流交流發(fā)電機由一臺三相同步交流發(fā)電機和 風扇葉輪等組成。圖 7 硅整流交流發(fā)電機轉(zhuǎn)子用來在發(fā)電機工作時建立磁場。它由壓裝在轉(zhuǎn)子軸上的兩塊爪形磁極、兩塊磁極之間的勵磁繞組和壓裝在轉(zhuǎn)子軸上的兩個滑環(huán)組成。兩個滑環(huán)彼此絕緣并與軸絕緣。勵磁繞組的兩端分別焊接在兩個滑環(huán)上。63頁腳機的負極，其引線為負極，稱為負極二極管。流器總成也安裝在驅(qū)動端蓋上，以有利于檢修。在工作過程中，發(fā)電機轉(zhuǎn)速是不斷變化的，要使發(fā)電機端電壓保持不變，可電氣系統(tǒng)電路設(shè)計如圖所示，勵磁調(diào)節(jié)器由電壓繼電器V1、電流繼電器I1、逆流繼電器I2V1、I1I2R2

7、圖 8 發(fā)電機勵磁圖頁腳（即勵磁磁通來抵消因風速變化而導致的發(fā)電機轉(zhuǎn)速變化對發(fā)電機端電壓的影響。V1V1V1R2，勵磁電流及磁通隨之減小，發(fā)V1圖 9 發(fā)電機端電壓與發(fā)電機轉(zhuǎn)速的關(guān)系風力發(fā)電機組運行時，當用戶投入的負載過多時，可能出現(xiàn)負載電流過大超I1I1I1I1R2發(fā)電機負載電流與發(fā)電機轉(zhuǎn)速的關(guān)系如圖所示。圖 10 發(fā)電機負載電流與發(fā)電機轉(zhuǎn)速的關(guān)系頁腳為了防止無風或風速太低時，儲能電池組向發(fā)電機勵磁繞組送電，及儲能電I2。發(fā)電機正常工作時，逆流繼電器的電壓線圈及電流線圈流過的電流產(chǎn)生的吸力是動合觸點 I2 而電壓線圈流過的電流由于發(fā)電機電壓下降也減小了，由其產(chǎn)生的磁場也減弱 了，故由電壓線圈

8、及電流線圈電流所產(chǎn)生的總磁場的吸力減弱，是的動合觸點 I2（可采用電子開關(guān)進行傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算傳動軸的設(shè)計徑：p3p3n3 14d 3 14A5-1-19dr/min；PkW； 為空心軸的徑 d1d，=d/d。1按照主軸扭轉(zhuǎn)剛度計算直徑：p4p4n3 14d 3 14頁腳B5-1-20選取。行本軸-承及其連接表 5-1-22。校核主軸安全系數(shù)。圖 11 主軸示意圖主軸最大轉(zhuǎn)矩為最大風速下承受轉(zhuǎn)矩：2T R3 mp2只考慮扭拒作用時的安全系數(shù)為KSK1 am為對稱循環(huán)應(yīng)力下的材料扭轉(zhuǎn)疲勞極限，Mpa，見機械設(shè)計手冊單-1行本軸-承及其連接表5-1-1 1 115 ；K為扭轉(zhuǎn)時的有效應(yīng)力集中

9、系數(shù)機械設(shè)計手冊單行本軸-承及其連接表5-1-30表5-1-32，K 1.8 為表面質(zhì)量系數(shù)，一般用機械設(shè)計手冊單行本-承及其連接表5-1-36；軸表5-1-385-1-355-1-37 0.44為扭轉(zhuǎn)時的尺寸影響系數(shù)，見機械5-1-34 0.89 為扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的應(yīng)am力幅和平均應(yīng)力， Mpa 見機械設(shè)計手冊單行本軸-承及其連接表 5-1-25，Tma2Zp60.3 2 6.1為材料扭轉(zhuǎn)的平均盈利折算系數(shù)，見機械設(shè)計手冊單行本軸-承及其連接表 5-1-33， 0.21 。代入上式，可求得安全系頁腳數(shù)S5.5，然后根據(jù)鋼材的材質(zhì)標號，查表看安全系數(shù)是否滿足，不滿足就再增加主軸直徑。軸承的計算及選型

10、個角接觸球軸承。1角接觸球軸承 1 的安裝位置如圖所示。角接觸 球軸承圖 12 軸承 1 的安裝位置d=30mm,T=4.3Nm6-2-82可選擇角接觸球軸承。軸向載荷：Fmmng ?kg10N /kg ?Na為：P 0.5 v2 0.51.25102 62.5Pa作用在葉片上的總力為Fr PS 62.540.6 150N6-2-12100000承當量動載荷的計算公式為P XFrYFa式中 X、Y 分別為徑向動載荷系數(shù)及軸向動載荷系數(shù)?？赏ㄟ^查機械設(shè)計頁腳手冊表 283-2得到，然后計算載荷 P。軸承基本額定動載荷按如下公式計算：C fh ffnm fd fTC fn 為速度因數(shù)，按機械設(shè)計手冊6-2-9fm 為力矩載荷因數(shù)，力矩載荷較小時取 1.5，較2，fd 為沖擊載荷因數(shù)，按機械設(shè)計手冊單行本-軸承表6-2-10fT 6-2-11選取1；fh 6-2-80.405；P 為CCr比較，小于 Cr即可。2角接觸球軸承 2 的安裝位置如圖所示。軸承圖 13 軸承 2 安裝位置6-2-821公式對軸承進行校核。由機械設(shè)計基礎(chǔ)（第五版）公式 16-3計算軸承壽命：60n TL 1060n ThdC PP式中： fT為溫度因數(shù)，按機械設(shè)計手冊單行本-軸承表