500W垂直軸風力發(fā)電機的設(shè)計【含14張CAD圖紙、說明書】【GC系列】
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本科畢業(yè)設(shè)計開題報告課題名稱垂直軸風力發(fā)電機的設(shè)計學(xué) 號 XXXXXXXX 姓 名 XXX 專 業(yè) 機械工程 指導(dǎo)教師 XXX 開題時間 2017年 3月 20日XX大學(xué)機械工程與自動化學(xué)院一、立論依據(jù)1 本課題的目的和意義1.1目的:風能是一種取之不盡,無任何污染的可再生能源。地球上的風能資源極其豐富,據(jù)專家估計,僅1%的地面風力就能滿足全世界對能源的需求。人類利用風能已有數(shù)千年歷史,在蒸汽機發(fā)明以前風能曾作為重要的動力,應(yīng)用于人類生活的眾多方面。風力發(fā)電的探索,則起源于19世紀末的丹麥,但是直到20世紀70年代以前,還只有小型充電用風力發(fā)電機達到實用階段。1973年爆發(fā)石油危機以后,美國、西歐等發(fā)達國家為尋求替代石油燃料的能源,投入了大量經(jīng)費,動員高科技產(chǎn)業(yè),利用計算機、空氣動力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域的新技術(shù)研制風力發(fā)電機組,開創(chuàng)了風能利用的新時代。由于風力發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展,風力發(fā)電越來越受到世界各國的重視。綜上我們知道:清潔能源利國利民,但由于目前資源型能源價格低,可再生能源投資大有資源型能源,投資回收期長,因而造成清潔能源發(fā)展緩慢。但隨著資源型能源的價值提高,給可再生能源帶來了一定的生機,特別是沿海等風帶的風力發(fā)電更是發(fā)展迅猛。但城郊等低高度低風速的應(yīng)用尚不普及,特別是可應(yīng)用于公共設(shè)施的垂直軸低風速發(fā)電機開發(fā)少之又少。因此,充分利用低速風能的垂直軸風力發(fā)電機的設(shè)計在提倡可持續(xù)發(fā)展的今天顯得尤為重要。本課題來自于社會的需求,風力是一種清潔能源,是一種環(huán)保能源。相對于傳統(tǒng)的水平軸風力發(fā)電機,垂直軸風力發(fā)電機具有設(shè)計方法先進、風能利用率高、起動風速低、無噪音等眾多優(yōu)點,具有更加廣闊的市場應(yīng)用前景,相信在不久的將來,垂直軸風力發(fā)電機將大有作為。因此充分利用低速風能的垂直軸風力發(fā)電機的設(shè)計在提倡可持續(xù)發(fā)展的今天顯得尤為重要1.2意義目前,中國的大氣污染已經(jīng)對社會環(huán)境構(gòu)成嚴重威脅,從中央到地方,無不對工業(yè)污染造成的經(jīng)濟發(fā)展制約和國際對華投資的負面影響而擔憂。垂直軸風力機由于具有噪聲低、美觀、可以與建筑一體化等方面的優(yōu)勢,用它來發(fā)電可作為生產(chǎn)清潔能源的補充。水平軸風力發(fā)電和光伏做不到的領(lǐng)域,垂直軸風力機發(fā)電可以做到。綜上所述,本課題所設(shè)計的垂直式風力發(fā)電機具有十分重要的使用價值。二、文獻綜述1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動態(tài)垂直軸風力發(fā)電機使風電建筑一體化成為可能風力發(fā)電和太陽能發(fā)電一樣,最初是為了解決應(yīng)急電源和邊遠地區(qū)供電而開發(fā)出來的產(chǎn)品,因而在最初發(fā)展并不是很快。到了上個世紀二、三十年代,全球經(jīng)濟危機帶來的能源緊張,讓世界各國的專家想到了以風力發(fā)電作為補充能源的可行性。第二次世界大戰(zhàn)后,各國紛紛進行研究,由于當時的技術(shù)水平較差,啟動風速要求較高,發(fā)電噪音也很大,所以只能將風力發(fā)電機放在人跡罕至的地方或風力較大的地方。設(shè)備也是往大型風力發(fā)電機發(fā)展,專門建設(shè)大型風力發(fā)電場,由于水平軸風力發(fā)電機的特性,小型風力發(fā)電在相當長的時間里未得到較好的發(fā)展。2002年,中國率先開始了新型垂直軸風力發(fā)電機的研究,由部隊通訊部牽頭,上海某公司為研發(fā)主體,西安軍電、西安交大、同濟大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)等高校的多位專家配合,在短短的一年時間里就生產(chǎn)出了首臺新型垂直軸風力發(fā)電機。并在不到5年的時間里將功率擴展至200W100KW,處于世界領(lǐng)先地位。 世界上其他國家也都進行了新型垂直軸風力發(fā)電機的研制,日本在2002年初開始研究,2003年初產(chǎn)品投放市場,功率在0.530KW之間。美國、英國、德國、奧地利、韓國等國家也都在2006年已生產(chǎn)出樣機,準備投入規(guī)?;a(chǎn),功率都在10KW以內(nèi)。2 所閱文獻的查閱范圍及手段網(wǎng)絡(luò)資源,圖書館借閱。參考文獻1 宋海輝,風力發(fā)電技術(shù)及工程 中國水利水電出版社 2009.22 葉杭冶,風力發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計、運行與維護 2010.63 吳雙群,風力發(fā)電原理 2011.104 馬麗娜,風力發(fā)電實用技術(shù)問答 2009.95 孫志禮,機械設(shè)計M,北京:科學(xué)出版社,2015.36 李樹軍,機械原理M,北京:科學(xué)出版社,2009.87 王季秩等電機實用技術(shù)上海:科學(xué)技術(shù)出版社,19978 Yin X X, Lin Y G, Li W, et al. Design, modeling and implementation of a novel pitch angle control system for wind turbineJ. Renewable Energy, 2015, 81:599-608. 9 Kristian Regenstein, Design of an open hardware architecture for the humanoid robot ARMAR三、研究內(nèi)容1課題的構(gòu)想與思路 根據(jù)實際應(yīng)用和課題的目標,選擇發(fā)電機的種類,設(shè)計計算它的各種數(shù)據(jù),選擇發(fā)電機各個部件的材料,對啟動阻力矩和負載轉(zhuǎn)矩進行計算,并校核發(fā)電機軸和軸系零件,對軸承進行強度校合和壽命計算。2主要設(shè)計內(nèi)容風力發(fā)電機的設(shè)計方案:包括發(fā)電機整體方案的設(shè)計,葉片葉型的設(shè)計與選擇,制動裝置的設(shè)計等。在已有的垂直軸風力發(fā)電機中,較為典型的有:達里厄(Darrieus)式垂直風力發(fā)電機、旋翼式風力發(fā)電機等。大型達里厄垂直風力發(fā)電機主要由風輪、垂直軸、增速器、聯(lián)軸器、制動器、發(fā)電機、塔架和拉線等組成。3擬解決的關(guān)鍵技術(shù)增速器及增速箱的設(shè)計及選擇:包括箱體的具體設(shè)計及各個齒輪傳動比等的設(shè)計。4 總體設(shè)計方案1)、安全性:由于垂直軸風力發(fā)電機采用了垂直葉片和三角形雙支點設(shè)計,并且主要受力點集中于輪轂,因此葉片脫落、斷裂和葉片飛出等問題得到了較好的解決。2)、噪音:垂直軸風力發(fā)電機采用了水平面旋轉(zhuǎn)以及葉片應(yīng)用飛機機翼原理設(shè)計,使得噪音降低到在自然環(huán)境下測量不到的程度。3)、抗風能力垂直軸風力發(fā)電機的水平旋轉(zhuǎn)和三角形雙支點設(shè)計原理,使得它受風壓力小,可以抵抗每秒45米的超強臺風。4)、回轉(zhuǎn)半徑垂直軸風力發(fā)電機由于其設(shè)計結(jié)構(gòu)和運轉(zhuǎn)原理的不同,比其他形式風力發(fā)電具有更小的回轉(zhuǎn)半徑,節(jié)省了空間,同時提高了效率。5)、發(fā)電曲線特性由于垂直軸風力發(fā)電機的運轉(zhuǎn)特性,它的啟動風速低于其他形式的風力發(fā)電機,發(fā)電功率的上升幅度較平緩,因此在5-8米風速范圍內(nèi),它的發(fā)電量較其他類型的風力發(fā)電機高10%30%6)、利用風速范圍垂直軸風力發(fā)電機采用了特殊的控制原理,使它的適合運行風速范圍擴大到2.525m/s,在最大限度利用風力資源的同時獲得了更大的發(fā)電總量,提高了風電設(shè)備使用的經(jīng)濟性。7)、剎車裝置垂直軸風力發(fā)電機可配置機械手動和電子自動剎車兩種,在無臺風和超強陣風的地區(qū),僅需設(shè)置手動剎車即可。8)、運行維護由于垂直軸風力發(fā)電機采用直驅(qū)式永磁發(fā)電機,無需齒輪箱和轉(zhuǎn)向機構(gòu),定期(一般每半年)對運轉(zhuǎn)部件的連接進行檢查即可。5、預(yù)期效果設(shè)計了一臺額定風速320m/s,輸出功率為500W的垂直式風力發(fā)電機,增加了增速器,并為其設(shè)計了對應(yīng)的支架,使得當風力小的時候,還能保證發(fā)電機依舊可以工作。四、工作計劃序號階段及內(nèi)容工作量估計(時數(shù))起止日期階段成果形式1查閱資料,了解本設(shè)計的目的、意義,國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,發(fā)展動態(tài);明確風力發(fā)電機的基本組成部分,各部分主要功能和主要的設(shè)計參數(shù),進行方案設(shè)計;翻譯英語文獻。1601-4周完成開題報告、英語文獻翻譯。2根據(jù)設(shè)計方案,進行基本參數(shù)設(shè)計計算、重要部件的強度計算;對主要零部件進行三維結(jié)構(gòu)設(shè)計2005-9周完成主要結(jié)構(gòu)的三維設(shè)計、中期報告。3根據(jù)計算所得設(shè)計參數(shù)進行二維設(shè)計;修改、完善二維裝配圖設(shè)計;進行部分零件圖設(shè)計。16010-13周完成三維設(shè)計,二維裝配圖設(shè)計、部分零件圖設(shè)計。4撰寫畢業(yè)論文;8013-14周按要求完成畢業(yè)論文5論文修改、提交材料準備答辯。8014-15周準備好各項材料合計工作量:160+200+160+80+80=680五、評審意見指導(dǎo)教師對本課題的評價指導(dǎo)教師簽名 年 月 日4
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上傳時間:2020-05-02
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