摘 要

本文首先简述了风力机的研究意义以及目前的研究进展,在拟定工作环境为二类标准风场后对1.0MW双风轮水平轴风力机进行气动性能分析,根据所得的相关数据进行设计,主要设计部分有:叶片,主传动链（包括主轴,增速箱,轴承等）,变桨系统,塔架。其中,尝试引入了共轴反桨机构作为创新,最终设计出了一基本满足要求的完整成品。最后借助绘图软件进行三维建模以及工作情况模拟,结果表明设计成品可以顺利进行工作运转,在此基础上可以针对获取更高工作效率方面进行进一步的改进。

关键词:风力发电机 叶片设计 传动链设计

Design of 1.0mw horizontal axis wind turbine with two wind turbines

Abstract

This paper briefly described the research significance and current research progress of wind turbine, after the drafting work environment for the second class standard wind field it starts aerodynamic performance analysis of the 1.0 MW double rotor horizontal axis wind turbine, according to the relevant data to carry on the design of main part design: blade, main transmission chain (including spindle, growth box, bearing, etc.), variable propeller system, the tower. In the end, a complete product that meets the requirements is designed. Finally with the help of drawing software for 3 d modeling and performance simulation, the results show that design product can operate smoothly, on the basis of this can work to obtain higher efficiency for further improvement

Key Words: Wind turbine；blade design；transmission chain design

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究意义 1

1.2国内外研究进展 1

1.3本设计拟用方法 3

第二章 风力机空气动力学理论 4

2.1动量理论 4

2.2 叶素理论 8

第三章 1.0MW双风轮水平轴风力发电机基本参数设计 10

3.1总体参数设计 10

3.1.1风场选择 10

3.1.2风轮直径设计 10

3.1.3叶片数 11

3.1.4风轮额定转速 11

3.2叶片设计 12

3.2.1叶片材料 12

3.2.2翼型及其最佳攻角,升力系数,阻力系数 12

3.2.3叶片弦长计算 13

3.3 应用叶素动量理论的风机气动载荷计算 14

3.3.1叶片载荷计算 14

3.3.2风轮载荷计算 15

第四章 风力机主要部件及塔架设计 17

4.1传动与控制机构设计 17

4.1.1 发电机 17

4.1.2主轴 18

4.1.3齿轮增速箱 19

4.1.4 轴承 25

4.1.5联轴器 26

4.2塔架设计 26

4.2.1塔架形式选择 26

4.2.2塔架高度计算 27

4.2.3塔架的结构尺寸,重量,材料 27

4.2.4塔架的强度校核 27

4.3变桨系统设计 30

4.4 共轴反转机构 30

4.5 成本核算 31

第五章 总结和展望 32

参考文献 33

第一章 绪论

1.1研究意义

随着矿物能源出现短缺带来的能源危机以及大量使用矿物能源引起的严重环染污染，人们开始尝试寻找可再生，无污染的新能源用于替代传统的矿物能源。风能成为最主要的开发对象之一。其蕴量巨大,远远多于水能等其他新能源。把风的动能转转化为机械能，再把机械能转化为电能的风力发电则是当前风能应用的主要形式。目前,主要依靠风力发电机组来实现该功能。风力发电机是风能利用研究中的重点。

1.2国内外研究进展

经过长时间的研究，风力发电机已经有了系统的理论基础以及研究方法。目前的研究方法主要是基于BEM理论的模型分析法。在研究过程中，BEM模型不断被改进完善，衍生出许多更为可靠的新模型。文献^[1]中对BEM模型的动态性能进行了相关改进，获得了一组动态精确度更高的新模型。文献^[2]中针对BEM模型在后失速区域无法被应用的缺陷，加入了经验模型进行修正，并用两个不同的模拟风轮进行验证实验，成功实现了BEM模型应用范围的扩展，同时，也改进了BEM模型在低速区的精确度，实现了优化。文献^[3]在BEM的基础上加入了叶尖损失修正、Buhl经验校正，考虑了倾斜尾迹和旋转效应，对模型进行了改进，并应用于一台3.5kw的水平轴风电机进行测试，结果显示效率提升超过了10%，验证了改进的成功。文献^[4]为了解决经典BEM模型对风电机叶片根部气动力预测不准确的问题，参考了AD模型的公式进行修正，并采用了叶尖损失修正，最后经过比较验证，成功提升了经典BEM模型的预测准确性。施璐利用Fortran程序，主要研究模拟了垂直轴风力机，并综合二维，三维两种模型进行比较，发现了两模型各自的优劣:二维模型能够稳定的预测C_N和C_T的瞬时性变化趋势; 三维模型在低至中等叶尖速比的情况下更加可靠。本研究为研究模型的选择提供了重要的参考依据^[5]。

在模型分析的基础上，部分研究人员搭建了风电机仿真系统进行更加精确的实验，文献^[6]中基于BEM理论对水平轴风电机进行分析，并将工程用风电机尺寸等比例缩小，对传动机构，控制电路进行简化，成功搭建了一台可以模拟不同功率的仿真水平轴风电机，可以收集到更接近实际的获得风电机工作的数据。

相关图片展示：