垂直軸風(fēng)力機(jī)開題報(bào)告

題目： 垂直軸風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化學(xué)生姓名：學(xué)號：090501234專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師： 劉恩福（教授）2013年03月30日1文獻(xiàn)綜述1.1引言為了減小能源危機(jī)的影響，世界各國近幾十年來對風(fēng)能、太陽能、核能、生物質(zhì)能、潮汐能及地?zé)崮艿刃履茉催M(jìn)行了研究。目前，風(fēng)能的利用在技術(shù)上最成熟，具有同燃油、燃煤、核電等發(fā)電技術(shù)相競爭的經(jīng)濟(jì)性。而且，單機(jī)容量從最初的數(shù)十千瓦級發(fā)展到現(xiàn)在的兆瓦級機(jī)組，功率控制方式從定槳距失速控制向全槳葉變距變速控制的方向發(fā)展，商業(yè)化風(fēng)電場已形成了相當(dāng)?shù)囊?guī)模和經(jīng)濟(jì)效益。在技術(shù)上全球風(fēng)電資源是整個(gè)世界預(yù)期電力需求的2倍，只要利用地球上50%的風(fēng)電資源就能滿足全球能源需求［1］。我國作為一個(gè)風(fēng)能大國，風(fēng)能資源豐富，風(fēng)能儲量大，分布面廣，可開發(fā)利用的風(fēng)能儲量為10億千瓦，這些資源主要分布在我國的東南沿海、內(nèi)蒙古、新疆和甘肅一帶。到2012年，我國風(fēng)電總裝機(jī)容量已超過了5258萬千瓦，并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電將近5026萬千瓦，成為世界第一的風(fēng)電大國⑵。我國風(fēng)力發(fā)電的巨大潛力帶動(dòng)了國內(nèi)風(fēng)電設(shè)備的大發(fā)展，但是目前在風(fēng)電設(shè)備市場，外資企業(yè)產(chǎn)品占據(jù)了大半江山，主要原因是盡管國產(chǎn)風(fēng)機(jī)自主創(chuàng)新取得一定進(jìn)展，但市場認(rèn)可度仍然偏低，生產(chǎn)能力有待提升。因此，逐步掌握核心技術(shù)，是風(fēng)電設(shè)備行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵，以此來實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組基本國產(chǎn)化，以國產(chǎn)化降低風(fēng)電建設(shè)成本，是我國大規(guī)模發(fā)展風(fēng)電的必由之路。1.2風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的種類風(fēng)力發(fā)電就是把風(fēng)能通過轉(zhuǎn)換裝置而生產(chǎn)電能，即是通過風(fēng)力機(jī)這種機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)裝置把自然界中的風(fēng)能捕獲，然后經(jīng)過轉(zhuǎn)換產(chǎn)生電能。為了有效地利用風(fēng)能發(fā)電，世界各國對風(fēng)力發(fā)電形式進(jìn)行了廣泛深入的研究，歸納起來風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行方式有以下三種方式⑶。（1） 獨(dú)立運(yùn)行式。這種運(yùn)行方式主要對象是微小型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。微小型機(jī)組由于容量小、負(fù)載小和不需要并網(wǎng)，所以可以用蓄電池儲能，且使用風(fēng)速范圍較大，無精確調(diào)速控制系統(tǒng)。（2） 多臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)組成風(fēng)車田方式。它由數(shù)十臺甚至數(shù)百臺兆瓦級的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組成風(fēng)電場聯(lián)合向電網(wǎng)供電。（3） 風(fēng)力發(fā)電混合能源系統(tǒng)。它是由兩種或兩種以上的能源組成的供電系統(tǒng)，其中至少有一種能源相對穩(wěn)定，才能保證系統(tǒng)供電的連續(xù)性和穩(wěn)定性。例如，風(fēng)柴系統(tǒng)、太陽能系統(tǒng)與柴油機(jī)發(fā)電構(gòu)成的系統(tǒng)、風(fēng)一柴一蓄電池系統(tǒng)等，都屬于混合能源系統(tǒng)。1.3風(fēng)力發(fā)電機(jī)的分類及比較風(fēng)力機(jī)經(jīng)過多年的研究和發(fā)展，出現(xiàn)了多種多樣的風(fēng)力機(jī)，一般根據(jù)風(fēng)力機(jī)的用途、容量、葉片個(gè)數(shù)和風(fēng)輪與塔架的相對位置等進(jìn)行分類⑷。一般按照風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸與風(fēng)

向位置分的水平軸風(fēng)力機(jī)和垂直軸風(fēng)力機(jī)。（1）水平軸風(fēng)力機(jī)水平軸風(fēng)力機(jī)是目前國內(nèi)外研制最多，最常見的一種風(fēng)力機(jī)，也是技術(shù)最成熟的占整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)使用的97%。其風(fēng)輪葉片數(shù)一般為2-3葉，葉片形狀該風(fēng)輪啟動(dòng)力矩較大，風(fēng)能利用系數(shù)高。為使掃風(fēng)面隨時(shí)對風(fēng)，需裝有調(diào)一種風(fēng)力機(jī)一般為翼形向裝置⑸。（2）垂直軸風(fēng)力機(jī)垂直軸風(fēng)力機(jī)葉直'型垂直軸風(fēng)力機(jī)。目前型、平板型和馬達(dá)拉斯、渦輪型、風(fēng)杯軸風(fēng)力機(jī)那樣采用迎風(fēng)裝置。垂直軸風(fēng)力機(jī)可分為2個(gè)主要類型：一類是利用空氣動(dòng)力的阻力做功，稱為阻力代表。根據(jù)這些典型的風(fēng)力機(jī)的工作原理和形狀又可以派生出許多形狀不同、功能各異的阻力型垂直軸風(fēng)力機(jī)。另一類是利用翼型的升力做功，稱為升力型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，最典型的是達(dá)里厄（Darrieus）型風(fēng)力機(jī)。達(dá)里厄風(fēng)力機(jī)有多種形式，0型、H型、Y型和菱形。但總的說來，目前研究應(yīng)用的主流基本上是直葉片和彎葉片，以H型和0型風(fēng)輪最為典型［一種風(fēng)力機(jī)一般為翼形向裝置⑸。（2）垂直軸風(fēng)力機(jī)垂直軸風(fēng)力機(jī)葉直'型垂直軸風(fēng)力機(jī)。目前型、平板型和馬達(dá)拉斯、渦輪型、風(fēng)杯（3）水平軸與垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的簡單比較水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)因具有風(fēng)能利用效率高和理論研究成熟的優(yōu)點(diǎn)成為目前商業(yè)化風(fēng)力發(fā)電的主要形式。隨著科技的發(fā)展，人們在對水平軸風(fēng)力機(jī)的研究時(shí)，發(fā)現(xiàn)垂直軸風(fēng)力機(jī)在某些關(guān)鍵技術(shù)方面可能能夠很好的解決水平軸風(fēng)力機(jī)目前所要面臨的問題，主要由于垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)的齒輪箱在底部，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，采用鋼索等，這樣系統(tǒng)維護(hù)便利和制造成本大大減少；不需要對風(fēng)系統(tǒng)，系統(tǒng)復(fù)雜性降低，能接受來自各個(gè)方向上的風(fēng)能并且減少了對風(fēng)損失；垂直軸風(fēng)力機(jī)的尖速比要比水平軸的小，氣動(dòng)噪聲也就小。因此垂直軸風(fēng)力機(jī)的有點(diǎn)主要體現(xiàn)在在整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠、制造成本相對較低、風(fēng)能利用率較高和環(huán)保效果好等方面冏。1.4垂直軸風(fēng)力機(jī)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀垂直軸風(fēng)力機(jī)的應(yīng)用早于水平軸風(fēng)力機(jī)。中國最早利用風(fēng)能的形式機(jī)是阻力型垂直軸風(fēng)車。當(dāng)時(shí)普遍認(rèn)為，垂直軸風(fēng)力機(jī)不如水平軸風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用率高，所以垂直軸風(fēng)力機(jī)并沒有得到確實(shí)的發(fā)展。隨著科技的發(fā)展，人們逐漸認(rèn)識到要進(jìn)一步發(fā)展水平軸風(fēng)力機(jī)受到材料和解決系統(tǒng)復(fù)雜性等方面的限制，恰恰垂直軸風(fēng)力機(jī)具備這方面的優(yōu)勢，而且目前的研究也表明以往認(rèn)為的垂直軸風(fēng)輪的尖速比不能大于1僅僅適用于阻力型風(fēng)輪，而升力型風(fēng)輪的尖速比甚至可以達(dá)到6,并且其風(fēng)能利用率也不低于水平軸，兆瓦級的垂直軸風(fēng)力機(jī)也成為可能［9~10］。垂直軸在這樣的背景下，被提上風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)展方向的議程。目前最常見的垂直軸風(fēng)力機(jī)是1931年發(fā)明的達(dá)里厄型風(fēng)力機(jī)（Darrieusturbine）。國外發(fā)展研究垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)在20世紀(jì)70年代開始迅速發(fā)展，特別是達(dá)里（Darrieus）型風(fēng)力機(jī)由于石油危機(jī)在北美迎來了發(fā)展高峰［11］。到80年代，達(dá)里厄型風(fēng)力機(jī)已經(jīng)在加利福利亞的一些風(fēng)電場實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。目前已經(jīng)建成的最大的風(fēng)力機(jī)的額定功率達(dá)4兆瓦。然而，由于達(dá)里厄型風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)存在的問題和風(fēng)力機(jī)在能源市場的占有率極少，所以很多垂直軸風(fēng)力機(jī)被拆除并且有些研究也被迫停止。近期發(fā)展方向主要集中在研究和發(fā)展小型的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)上。在我國，垂直軸風(fēng)力機(jī)的研究主要集中在空氣動(dòng)力學(xué)特性方面，主要包括對垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的適用翼型空氣動(dòng)力學(xué)性能研究和使用各種翼型的整體空氣動(dòng)力學(xué)性能研究，取得了一定的進(jìn)展，但并沒有獲得規(guī)律性的認(rèn)識。1.5垂直軸風(fēng)力機(jī)的主要研究方向（1）進(jìn)一步發(fā)展垂直軸風(fēng)力機(jī)的可行性和實(shí)用性的研究目前的垂直軸風(fēng)力機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中還沒有被大型化，小型的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)已經(jīng)投入市場。TrevorJ.Price主要介紹了名為Musgrove型的垂直軸風(fēng)力機(jī)，在20世紀(jì)80~90年代，Musgrove型垂直軸風(fēng)力機(jī)曾作為一種可與水平軸風(fēng)力機(jī)競爭的風(fēng)機(jī)，并且受到英國政府和中央發(fā)電局的鼓勵(lì)和支持，并且在英格蘭和威爾士等地得到了應(yīng)用［12］。張國銘從風(fēng)電機(jī)的效率與風(fēng)向關(guān)系，風(fēng)能利用系數(shù)，風(fēng)電機(jī)的啟動(dòng)，風(fēng)渦輪動(dòng)力系統(tǒng)的合理性，葉片結(jié)構(gòu)，單機(jī)容量等方面，論述了發(fā)展大型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的合理性，為發(fā)展兆瓦級的垂直軸風(fēng)力機(jī)準(zhǔn)備了條件［13］。楊慧杰等論述了小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)在國外的新發(fā)展，小型垂直風(fēng)力機(jī)能運(yùn)用野外工作，家庭供電，屋頂安放發(fā)電等，表明垂直軸風(fēng)力機(jī)已經(jīng)開始適應(yīng)市場的需要，也為國內(nèi)發(fā)展垂直軸風(fēng)力機(jī)提供了參考［14］。尹建國等利用垂直軸風(fēng)力機(jī)噪聲低，系統(tǒng)簡單，360°接受風(fēng)能的特點(diǎn)，認(rèn)為能運(yùn)用于通信基站的供電，進(jìn)一步推廣了垂直軸風(fēng)力機(jī)的適用場合［15］。因此發(fā)展垂直軸風(fēng)力機(jī)具有小型化的實(shí)用性、大型化的可能性，將具有廣闊的應(yīng)用前景。優(yōu)化垂直軸風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)動(dòng)力方面的研究垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)性能決定著風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)是否安全可靠。D.W.Lobitz等認(rèn)為垂直軸風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行主要因素是疲勞失效和系統(tǒng)的可靠性，并且介紹了適用于垂直軸風(fēng)力機(jī)的受力分析模型，包括了陀螺效應(yīng)，結(jié)構(gòu)阻尼，空氣動(dòng)力風(fēng)荷載等方面，為結(jié)構(gòu)動(dòng)力的分析奠定了一定的基礎(chǔ)［16］。田海姣等分析了巨型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的動(dòng)力特性分析，揭示了轉(zhuǎn)子與纖繩這兩部分的動(dòng)力特性，認(rèn)為整體結(jié)構(gòu)的頻率隨著纖繩預(yù)應(yīng)力的增大而減?。?7］。張婷婷等采用有限元法對垂直軸風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行了研究分析了工作狀態(tài)下風(fēng)機(jī)的動(dòng)力鋼化問題，認(rèn)為風(fēng)機(jī)在一定的轉(zhuǎn)速下，能避開共振區(qū)，是能夠安全運(yùn)行的［18］?？傊怪陛S風(fēng)力機(jī)大型化在結(jié)構(gòu)方面的制作是可行的，并且它在穩(wěn)定性和可靠性等方面優(yōu)于水平軸風(fēng)力機(jī)。垂直軸風(fēng)力機(jī)的靜、動(dòng)力學(xué)分析風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在氣動(dòng)性能分析之后進(jìn)行，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須對系統(tǒng)收受的外載荷進(jìn)行分析。作用在風(fēng)力發(fā)電機(jī)上的載荷有靜載荷和動(dòng)載荷。在不同工況下系統(tǒng)所受的載荷情況不同，H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)考慮的荷載主要包括：轉(zhuǎn)速變化、風(fēng)壓變化、陣風(fēng)效應(yīng)、突然停機(jī)、停機(jī)遇最大陣風(fēng)。同時(shí)也要考慮風(fēng)力機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)振動(dòng)的問題，包括靜態(tài)固有頻率、動(dòng)態(tài)固有頻率、轉(zhuǎn)速與固有頻率的關(guān)系等。通過計(jì)算，確定最危險(xiǎn)的疲勞載荷和靜載荷作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)［19］。國內(nèi)外對垂直軸風(fēng)力機(jī)的靜、動(dòng)力學(xué)分析研究主要包括以下幾方面：研究一個(gè)相對性能的鋼和混凝土塔架的設(shè)計(jì)選擇方案，通過一個(gè)數(shù)值模型的風(fēng)力機(jī)的高度和風(fēng)速大小來選擇塔架結(jié)構(gòu)尺寸。并且對塔架受到風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生振動(dòng)進(jìn)行分析，為塔架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)［20~21］。結(jié)合有限元分析軟件ANSYS，對垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)輪、塔架、葉片、主軸等關(guān)鍵部位進(jìn)行了強(qiáng)度校核及有限元仿真分析，以確定其強(qiáng)度剛度能否滿足要求，并根據(jù)仿真結(jié)果優(yōu)化結(jié)構(gòu)和尺寸參數(shù)。根據(jù)動(dòng)力學(xué)有限元的基本原理，討論模態(tài)分析時(shí)有限元模型建立的原則和方法，分析風(fēng)機(jī)的低階固有頻率和固有振型，并結(jié)合風(fēng)機(jī)的實(shí)際工作條件，進(jìn)行了系統(tǒng)的共振特性評估[22-23]。對風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性進(jìn)行了研究，分析了工作狀態(tài)下風(fēng)機(jī)的動(dòng)力剛化問題。對某垂直軸風(fēng)力機(jī)進(jìn)行不同轉(zhuǎn)速下的固有頻率分析，繪制Campbell圖，并計(jì)算了風(fēng)機(jī)的臨界轉(zhuǎn)速，以判斷其工作狀態(tài)是否安全，為立軸風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性設(shè)計(jì)提供參考[24-25]。文獻(xiàn)[26]針對750KW風(fēng)力發(fā)電機(jī)輪轂和主軸的變形問題，運(yùn)用UG三維繪圖軟件構(gòu)建750KW風(fēng)機(jī)中輪轂和主軸的實(shí)體模型，借助有限元軟件ANSYS，對輪轂和主軸進(jìn)行應(yīng)力分析，計(jì)算輪轂和主軸的最大應(yīng)力和最大應(yīng)變，歸納出輪轂和主軸設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的問題，為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。1.6結(jié)語目前世界正逢風(fēng)電發(fā)展的大好時(shí)機(jī)，風(fēng)電設(shè)備市場需求增加。國家的政策支持將是風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)迅猛發(fā)展的根本保障，隨著中國國產(chǎn)風(fēng)機(jī)設(shè)備的自主制造能力不斷加強(qiáng)，風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)面臨難得的歷史發(fā)展機(jī)遇。總的說來，相對于傳統(tǒng)的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有設(shè)計(jì)方法先進(jìn)、風(fēng)能利用率高、無噪聲等眾多優(yōu)點(diǎn)，具有更加廣闊的市場應(yīng)用前景。目前國內(nèi)外對垂直軸風(fēng)力機(jī)的研究可以說尚處于初級階段，從垂直軸風(fēng)力機(jī)的研究進(jìn)展方面，特別是研究方法方面，論證了目前對垂直軸風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)制作的方面尚處于探索階段，并沒有形成規(guī)律性的認(rèn)識。垂直軸風(fēng)力機(jī)的發(fā)展還需要政府、企業(yè)和研究工作者做大量的工作，它的發(fā)展將為未來的風(fēng)力發(fā)電事業(yè)做出大的貢獻(xiàn)。1.7參考文獻(xiàn)[1]李俊峰，時(shí)璟麗，施鵬飛等.風(fēng)力12在中國[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005-10,1-12.⑵能源工程編輯部.我國并網(wǎng)風(fēng)電超過5000萬kW成為世界第一風(fēng)電大國[J].能源工程,2012(4):35.伊煉,劉文洲.風(fēng)力發(fā)電[M].北京:中國電力出版社,2001,98-179.李巖.垂直軸風(fēng)力機(jī)技術(shù)講座(一):垂直軸風(fēng)力機(jī)及其發(fā)展概況[J].可再生能源,2009,27(1):121-123.倪受元.風(fēng)力發(fā)電講座第一講風(fēng)力機(jī)的類型與結(jié)構(gòu)[J].太陽能,2000,6(2):6-10.李巖.垂直軸風(fēng)力機(jī)技術(shù)講座(二)一阻力型垂直軸風(fēng)力機(jī)[J].可再生能源,2009,27(2):119-121.李巖.垂直軸風(fēng)力機(jī)技術(shù)講座(三)一升力型垂直軸風(fēng)力機(jī)[J].可再生能源，2009,27(3)：120-122.蔣超奇，嚴(yán)強(qiáng).水平軸與垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的比較研究[J].上海電力,2007(2):163-165.ParaschivoiuI.WindTurbinedesign-EmphasisonDarrieusConcept[M].PrintedinCanada,2002.SandraEriksson.Evaluationofdifferentturbineconceptsforwindpower[J].RenewSustainEnergyReviews,2008,12(5):1419-1434.趙永強(qiáng)，李俊峰.風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r與趨勢分析[J].中國能源科學(xué)與技術(shù).2006,69-71.PriceTJ.UKlarge-scalewindpowerprogrammefrom1970to1990:theCarmarthenBayexperimentsandthemusgrovevertica-laxisturbines[J].WindEngineering,2006,30(3):225-242.張國銘.論兆瓦級垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的合理性[J].風(fēng)力發(fā)電,2001,(4):55-61.楊慧杰.楊文通.小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)在國外的新發(fā)展[J].電力需求側(cè)管理,2001,9(3):68-70.尹建國.垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)在通訊基站的應(yīng)用探討[C].2008通訊電源學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集.2008.86-88.LobitzDW,SullivanWN.VAWTDYN-ANumericaIPackagefortheDynamicAnalysisofVerticalAxisWindTurbines[R].SandiaNationalLaboratoriesReport,SAND80-0085,1980.田海姣，高日，王鐵龍，等.巨型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性分析 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實(shí)現(xiàn)對垂直軸風(fēng)力機(jī)葉片槳距角的自動(dòng)化控制。2） 風(fēng)力機(jī)的額定功率初步定為3MW。3） 風(fēng)力機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)額定風(fēng)速初步定為11.5m/s（或由風(fēng)電場數(shù)據(jù)計(jì)算得出）。4） 保證風(fēng)力機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，額定轉(zhuǎn)速初步定為15r/min,運(yùn)行范圍為9-19r/min。5） 風(fēng)力機(jī)運(yùn)行溫度范圍-20^到40°C。（3） 設(shè)計(jì)要求1） 畢業(yè)實(shí)習(xí)期間要求深入了解垂直軸風(fēng)力機(jī)原理及相關(guān)機(jī)械結(jié)構(gòu)功能，熟悉現(xiàn)有垂直軸風(fēng)力機(jī)技術(shù)及其應(yīng)用，完成前期資料的收集與整理。2） 確定變槳距垂直軸風(fēng)力機(jī)工作原理及方案。（包括調(diào)研，資料檢索，確定原理，總體方案的論證）完成垂直軸風(fēng)力機(jī)的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，綜合設(shè)計(jì)、計(jì)算。3） 應(yīng)用UG工程設(shè)計(jì)軟件繪制整機(jī)的二維、三維總體裝配圖和零件圖。4） 研究垂直軸風(fēng)力機(jī)載荷計(jì)算分析的方法，對變槳矩垂直軸風(fēng)力機(jī)進(jìn)行載荷分析。并應(yīng)用UG/ANSYS對關(guān)鍵部件（葉輪、葉片、塔架）進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。5） 編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。要求文獻(xiàn)綜述、方案選擇、問題解決方法、計(jì)算過程等。2.2技術(shù)路線和實(shí)施方案（1）基于對垂直軸風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)原理的分析，進(jìn)行所開發(fā)新型風(fēng)力機(jī)的基本功能設(shè)計(jì)和原理分析。首先，我們深入學(xué)習(xí)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的氣動(dòng)理論，包括動(dòng)量理論模型、葉素理論、多流管模型。依據(jù)旋轉(zhuǎn)葉片式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)特性，分析出哪種理論更加適合其氣動(dòng)性能分析。其次，通過對目前變槳距垂直軸風(fēng)力機(jī)的學(xué)習(xí)和研究，構(gòu)思出新型變槳距控制方法，圖3展示了控制機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想，偏心距e的大小即為從旋轉(zhuǎn)中心O到偏心點(diǎn)P的距離。偏心相角e即OP線和垂直線之間的角度。偏心距的大小和相角用于調(diào)整轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的幅度和方向。圖4顯示出了當(dāng)最大槳距角是10°時(shí)，槳距角隨方位角的變化。此變槳距控制方法屬于同步控制，簡單、方便，有利于使葉片處于最佳槳距角，從而更好地實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能的利用。

圖3CWT控制機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想圖4擺線風(fēng)力機(jī)槳距角的變化圖3CWT控制機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想圖4擺線風(fēng)力機(jī)槳距角的變化垂直軸風(fēng)力機(jī)工

作原理垂直軸風(fēng)力機(jī)

變槳距設(shè)計(jì)思想垂直軸風(fēng)力機(jī)

變槳距方式制定葉素理論

圖5（2）以水平軸變槳矩風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)為基礎(chǔ)，開展變槳矩垂直軸風(fēng)力機(jī)的總體技術(shù)方案的研究，進(jìn)行風(fēng)力機(jī)總體參數(shù)、總體布局等方面的設(shè)計(jì)工作?；谧儤卮怪陛S風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)原理和功能設(shè)計(jì)，以水平軸變槳矩風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)為基礎(chǔ)，開