风力发电机传动链设计【6张CAD图纸和说明书】
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共53页)
编号：6056244
类型：共享资源
大小：1.43MB
格式：ZIP
上传时间：2017-11-03
上传人：俊****计
认证信息
个人认证
束**（实名认证）
江苏
IP属地：江苏
40
积分
- 关 键 词：
-
风力发电机
传动链
设计
cad
图纸
以及
说明书
仿单
- 资源描述：
-
- 内容简介：
-
湘潭大学本科毕业设计说明书湘潭大学兴湘学院毕业论文题 目：风力发电机传动链设计专 业：机械设计制造及其自动学 号：2010962910 姓 名：贺勃 指导教师：彭锐涛 完成日期：2014 年 5 月 26 日 湘潭大学本科毕业设计说明书湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）任务书论文（设计）题目：风力发电机传动链设计 学号：2010962910 姓名：贺勃 专业：机械设计制造及其自动 指导教师： 彭锐涛 系主任： 一、主要内容及基本要求 现代风力发电机组正在向轻型、高效、高可靠性及大型化方向发展，减小机组故障率，可靠、安全、稳定是所有风机厂商追求的目标之一，这就要求风机的主传动链具有可靠的性能，风机主传动链包括主轴、齿轮箱（增速箱） 、机械刹车以及相关组件。针对这一需求，本设计以大中型风力发电机主传动链的设计、动力学分析和运动仿真为主要内容。 主要的研究内容为：主轴结构设计，参数计算与校核，齿轮箱传动结构形式的确定，要求采用行星齿轮传动，总传动比的分配，各级齿轮参数的优选，校核单个齿轮的弯曲安全系数和接触强度安全系数，刹车方案与结构设计，基于 Solid Works 的力学分析与运动仿真等。 基本要求：字数 8000 字以上；图纸在两张 A0 以上。 二、重点研究的问题 风机主传动链包括主轴、齿轮箱（增速箱） 、机械刹车以及相关组件的结构设计，力学分析，参数计算，三维建模，仿真。其中齿轮箱的设计之中的行星轮系传动设计，齿轮、轴、轴承的计算与校核，三维建模师最主要的研究内容。主轴和刹车的结构设计与仿真于是重点内容。 湘潭大学本科毕业设计说明书三、进度安排序号 各阶段完成的内容 完成时间1 资料收集 3.112 毕业设计开题 3.113.173 方案确定 3.224 设计计算 4.155 毕业设计中期检查 4.154.216 三维建模及运动力学仿真 5.57 完善设计、翻译及论文撰写 5.258 毕业答辩 5.256.2四、应收集的资料及主要参考文献1.陈乃士主编。减速器和变速器设计与选用手册M. 北京：机械工业出版社，2007 . 2.廖念钊, 古莹蓭，莫雨送等主编. 互换性与技术测量 M.北京：中国计量出版社，20073.濮良贵，纪名刚主编。机械设计（第八版） M.北京：高等教育出版社，2006 4.徐灏主编.机械设计手册M.北京：机械工业出版社，2006 .5.成大生主编.机械设计手册单行本M.化学工业出版社，2004. 6.全国滚轴标委员会主编 .中国机工标准汇编（滚动轴承卷）M.北京:中国标准出本社2004. 7.宫靖远主编.风电工程技术手册M.北京：机械工业出版社.2007 8.Erich Hau 编著.Wind Turbines.Spring M.2005. 9.陈超祥主编.SolidWorks Motion 运动仿真教程M.北京：机械工业出版社，2012. 10.陈超祥主编.SolidWorks Simulation 基础教程M.北京：机械工业出版社，2012. 11. CADCAMCAE 技术联盟主编。SolidWorks2012 中文版从入门到精通M. 北京：清华大学出版社.2012. 12.姚兴佳主编.风力发电机技术讲座M.沈阳工业大学风能技术研究所 .2006. 13韩德海 .风力发电机主轴系统的结构分析研究D.重庆大学硕士论文，2009. 湘潭大学本科毕业设计说明书湘潭大学本科毕业设计说明书湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）评阅表学号 2010962910 姓名 贺勃 专业 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计）题目：风力发电机传动链设计 评价项目评 价 内 容选题1.是否符合培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的；2.难度、份量是否适当；3.是否与生产、科研、社会等实际相结合。能力1.是否有查阅文献、综合归纳资料的能力；2.是否有综合运用知识的能力；3.是否具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力；4.是否具备一定的外文与计算机应用能力；5.工科是否有经济分析能力。论文（设计）质量1.立论是否正确，论述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表图纸是否完备、整洁、正确，引文是否规范；2.文字是否通顺，有无观点提炼，综合概括能力如何；3.有无理论价值或实际应用价值，有无创新之处。综合评价论文选题符合培养目标要求，能体现学科专业特点，达到了综合训练的目的。该生具有较强的文献查阅、资料综合归纳整理的能力，能在设计中熟练运用所学知识，设计方案可行，工作量饱满，论文质量符合本科生毕业设计要求。同意参加答辩评阅人： 2014 年 5 月 30 日湘潭大学本科毕业设计说明书湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）鉴定意见学号： 2010962910 姓名： 贺勃 专业：机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计说明书） 51 页 图 表 6 张论文（设计）题目：风力发电机传动链设计 内容提要： 风力发电机传动链设计主要内容为设计 1500KW 风力发电机的传动链，主要设计包括风力发电机传动链的主轴设计，主轴设计中包含主轴的方案选择以及主轴应力的核算等。增速器设计主要包括，增速器的行星齿轮设计，行星齿轮架设计等。制动器设计，制动器设计方案的选择，以及制动器的基本计算。本设计中不仅包含基本的风力发电机的设计，还有风力发电机发展前景以及国内外风力发电机现状的基本介绍，现有的风力发电机技术的介绍等。目前风力发电机的发展趋势为大型化、简单化，设计重点集中在可靠性。目前风力发电机的主要难点也集中在这些方面，中国的风力资源占有率处在世界前列，风力发电的发展还有很大的发展空间，特别是在大功率风力发电机上。风能是一种清洁并且可再生的能源，利用风能发电能够大量减少其它发电方式对环境的污染。风力发电机的原理是：一定速度前进的风吹在静止的风力机叶片上做功并驱动发电机发电，先通过叶轮将风能转变成机械能，在由发电机将机械能转变成电能。本文设计了一台功率为 1500 千瓦的风力发电机，其为水平轴风力发电机，由风轮、发电机、偏航装置、控制系统、塔架等部件组成。对其叶片，行星齿轮增速器，塔架湘潭大学本科毕业设计说明书等进行了详细的方案选择及设计计算。湘潭大学本科毕业设计说明书指导教师评语贺勃同学在毕业设计期间阅读了一些国内外相关参考文献，基本了解相关领域的研究现状。在毕业设计期间，对结构方案进行了设计，并对相关零部件进行了校核计算设计，设计较为合理，但是图纸尚存在较多问题，毕业设计期间表现一般。同意参加答辩。建议评定成绩为“及格” 。指导教师： 2014 年 5 月 30 日答辩简要情况及评语答辩小组组长： 2014 年 5 月 30 日湘潭大学本科毕业设计说明书答辩委员会意见答辩委员会主任： 2014 年 5 月 30 日湘潭大学本科毕业设计说明书目录1. 绪论 .31.1 风力发电发展概况 .31.2 风力发电的背景 .41.2.1 能源危机 .41.2.2 环境危机 .41.2.3 可再生能源开发利用 .51.2.4 风能开发利用 .51.3 风力发电国内外发展现状 .61.3.1 国外风电发展现状 .61.3.2 国内风电发展现状 .71.4 国内外风电机技术发展趋势 .71.4.1 产业集中是总的趁势 .81.4.2 水平轴风电机组技术成为主流 .81.4.3 风电机组单机容量持续增大 .82. 发电机的工作原理及基本结构 .92.1 风电机的功能单元的划分 .92.2 风电机组的工作原理 .102.3 风力发电机传动链的基本结构及三维建模 .122.3.1 主轴 .122.3.2 齿轮箱 .123. 风电发电机传动链主要零件的设计计算 .133.1 确定设计目标 .133.1.1 风力发电机总体设计方案 .133.2 风力发电机传动链零件设计方案 .154. 风力发电机增速器的设计计算 .164.1 传动方案的确定 .174.2 增速器基本设计要求及设计步骤 .184.3 传动原理图 .184.4 增速器各传动部件的材料及力学性能 .194.5 第一级行星轮系传动设计 .204.6 第二级行星轮系传动设计 .214.7 第三级平行轴圆柱直齿轮设计 .224.8 行星齿轮具体结构的确定 .225 主轴制动系统的研究 .235.1 制动器的结构形式选择 .23湘潭大学本科毕业设计说明书5.1.1 鼓式制动器的结构形式 .245.1.2 盘式制动器的结构形式 .265.1.3 制动器结构的最终选择 .315.2 盘式制动器的结构 .315.2.1 制动器主要部件的结构 .315.2.2 制动器的工作原理及安装位置 .355.3 制动器静载荷接触分析 .355.3.1 制动任务 .355.3.2 计算最大制动力矩和卡钳夹紧力 .366 传动轴的设计 .396.1 高速轴的设计 .396.2 低速轴的设计 .396.3 中间轴的设计 .40总结 .41致谢 .41参考文献 .42湘潭大学本科毕业设计说明书1摘 要风能作为一种可再生能源越来越受到世界各国政府的重视。与此同时，对风力发电技术和装备的研究开发也日益成为科技领域和企业界关注的热点课题项目之一。风能是一种清洁并且可再生的能源，利用风能发电能够大量减少其它发电方式对环境的污染。风力发电机的原理是：一定速度前进的风吹在静止的风力机叶片上做功并驱动发电机发电，先通过叶轮将风能转变成机械能，在由发电机将机械能转变成电能。本文设计了一台功率为 1500 千瓦的风力发电机，其为水平轴风力发电机，由风轮、发电机、偏航装置、控制系统、塔架等部件组成。对其叶片，行星齿轮增速器，塔架等进行了详细的方案选择及设计计算。关键词：风力发电；水平轴风力机；叶片；增速器。湘潭大学本科毕业设计说明书2AbstractWind energy, as a kind of renewable energy, is paid attention to by governments all around the world. The wind power technology and its equipment research become a hot spot topic for technical circles and enterprise.Wind energy is a clean and renewable energy sources, The use of wind energy to power can reduce a large number of environmental pollution compare with other ways. The principle of wind turbine is: A certain wind speed blowing to the stationary blades of wind turbine-driven generators work and driving generator to power, through the impeller into the wind mechanical energy, then to electrical energy by the generator. In this paper, a power of 1500 KW wind turbine is designed and its horizontal axis wind turbine, Composed by the impeller, generator, yaw devices, control systems, towers and other components. Carry out a detailed design calculations of its leaves, the planetary gear speed increaser, tower, etc.Keyword: wind power; horizontal axis wind turbine; leaves;speed increaser.湘潭大学本科毕业设计说明书31. 绪论11 风力发电发展概况风能是一种开发成本较低、清洁、安全、可再生的能源。因此，风能的开发利用越来越受到重视。根据贝兹理论，风力机从风中吸收的能量不到空气动能的 59.3%，同时由于受到机械结构等限制，实际值更小。因此，如何提高风能转化率，获取更多风能，实现风能规模化利用，一直为学者及业界所关注。近年来，大型风电机组通过采用变速变桨距控制及最大功率跟踪 MPPT 等技术，旨在提高响应速度，获得最大能量（低风速是捕获最大功率，高风速时捕获额定功率） 。但是，由于一些不确定因素的存在，风能转换系统表现出强非线性特征，风力机产生的能量随着风速和风向的连续波动是快速变化的。传统线性定常控制器因存在较大超调和损失，系统稳定性差，不适合用来控制大型变速变桨距风电机组。根据风速大小，风力发电系统由 4 个动态过程构成，即启动、变速运行、变桨距运行和刹车。其中，启动、刹车过程使系统能在最短时间内有较快的响应速度；变速运行调节风能，减少或消除风能产生过程中的急剧波动，捕获最大能量，减弱暂态负荷的影响；变桨距控制通过调节桨距角维持风电机组输出额定功率不变。风车按照风轮轴的不同，可以分为水平轴风车和垂直轴风车。能量驱动链（即风轮、主轴、变速箱、发电机）呈水平方向的，称为水平轴风车（水平轴风力发电机，图 1-1 能量驱动链呈垂直方向的，称为垂直轴风车（垂直轴风力发电机，图 2） 。图 1-1 水平轴风车 图 1-2 垂直轴风车湘潭大学本科毕业设计说明书4我国已成为继欧洲、美国和印度之后风力发电应用的主要市场之一，风能资源丰富，可开发量为 1400GW。其中，陆上开发量为 600GW；海上开发量为 800GW。我国在20 世纪 50 年代末，使用各种木结构的布篷式风车。20 世纪 70 年代中期以后，风能开发利用列入“六五”国家计划。20 世纪 70 年代末到 80 年代初，自主研制、批量生产了 10kW 以下的小型风力发电机，解决了居住分散的农牧民和岛屿居民的生产、生活用电，风力发电停留在蒙古包单家独户使用或实验室研究阶段。1983 年，山东引进 3 台丹麦 Vestas 55kW 风力发电机，开始了并网发电技术的试验和示范；1986 年 5 月，山东荣成建成我国第一个并网风电场，其次是新疆达坂城风电场。19861993 年，全国共建 12 个风电场，装机容量为 13.3MW；19941999 年，全国共建有 21 个风电场，装机容量达到 249.05MW。其中，19921996 年的主力机型为 200300kW 机组，19972002 年的主力机型则为 600kW 机组。2008 年，我国累计装机容量达到12.21GW，其中并网发电的装机容量为 8.94kW。截止到 2009 年年底，我国风电并网总量累计达到 16.13GW，累计装机容量为 25805.3MW。12 风力发电的背景1.2.1 能源危机能源是人类赖以生存的物质基础。自从工业革命以来，全球的能源消耗飞速增长，推动了工业化的进程，提高了社会发展水平和人类生活质量。全球经济的急剧增长对能源的需求越来越大，能源危机制约了人类进一步发展。自 20 世纪 50 年代以后，由于石油危机的爆发，对世界经济造成巨大影响，国际舆论开始关注世界能源危机问题。全球能源危机的主要表现在于，全球能源储量与开采时间有限。可以支配的化石资源的极限大约为 11801510 亿吨，自 1995 年世界石油的开采量 33.2 亿吨计算，石油储量大约在 2050 年左右即将枯竭；天然气储量估计 131800152900m3，年开采量维持在2300 m3，将在 5765 年内枯竭；煤的储量约为 5600 亿吨，1995 年煤开采量为 33 亿吨，可以供应 169 年；铀的年开采量目前为每年 6 万吨，据 1993 年世界能源委员会的估计可维持到 21 世纪 30 年代中期。综上所述，煤炭、石油、天然气等不可再生化石能源的总量有限，待开发新的可再生能源。1.2.2 环境危机在能源消耗急剧增长，能源危机凸显的同时，环境危机也出现了。现代社会对能源的巨大需求，导致大量的化石能源被燃烧。燃烧不断产生 CO2和其他温室气体，使得原来沉积在地下的碳元素，被大量释放到空气中。据估计，按照目前的趋势，到 2030年，由各种温室气体增加所引起的气候变化，将相当于把大气中 CO2浓度提高到工业化湘潭大学本科毕业设计说明书5社会以前 CO2浓度的两倍。到 2100 年，温室效应强度将相当于把大气中 CO2浓度提高到工业化社会以前 CO2浓度的 3 倍，达到 5000 万年前的 CO2浓度水平。能源消费在迅速扩大，已经达到了阻碍地球生态系统自律功能正常运转的程度。研究表明：地球变暖不是地球本身自然循环的变化，而是人类活动排放的 CO2等温室气体效应造成的。其过程与人类大量消耗化石能源资源，尤其是燃烧化石燃料发电大量排放的 CO2密切相关。到 2015 年，世界温室气体的排放量将达到最高，全球变暖带来的影响不仅仅是更多的汗涝灾害，还有海平面的上升。全球气候的变化对农业和生态造成了严重的影响，时刻威胁着人类的生命和财产安全。1.2.3 可再生能源开发利用目前，如何解决能源危机及其引起的环境危机成为全球经济可持续发展所面临的待解决的重大课题。克服能源危机的出路在于大力发展新能源，用可再生能源替代化石能源。电能具有转换和传输方便的优点，已成为现代工业快速发展不可替代的二次能源。为缓解或从根本上消除能源危机带来的环境破坏，绿色电力的生产为世界各国所关注。绿色电力来源于风能、小水电、太阳能、地热、生物质和其他可再生能源。因为它们在生产的过程中不消耗煤、石油、天然气等燃料，所以不会产生对环境有害的排放物。相对于常规火力发电，更有利于环境保护和可持续发展。因此，开发绿色电力意义重大。全球市场对于这样的零排放技术有着巨大且持续增长的需求。为了避免发生不可逆转的气候变化后果，全球的温室气体排放必须在 2020 年前后达到峰值且开始下降，而风电是目前唯一实现这一目标的发电技术。1.2.4 风能开发利用太阳的辐射造成地球表面受热不均，引起大气层中压力分布不均，同时，地球发生自转，使空气沿水平方向运动，空气流动所形成的动能称为风能。据估计到达地球的太阳能只有大约 2%转化为风能，理论上仅 1%的风能就能满足人类能源的需求。全球的风能总量约为 2.74106GW，其中可利用的风能总量为 2.74104GW，比地球上可开发利用的水能总量还要大 10 倍。根据我国 900 多个气象站陆地上离地 10m 高度资料进行估算，全国平均风功率密度为 100W/m2，风能资源总储量为 3226GW，可开发和利用的陆地上风能储量为 600GW，海上可开发和利用的风能储量为 800GW，共计约1400GW。50m 或更高处可开发利用的风能储量为 2000GW。人类利用风能的历史可以追溯到公元前。在蒸汽机发明以前，风能曾经作为重要的动力，用于船舶航行、提水饮用和灌溉、排水造田、磨面和锯木等。埃及被认为可能是最先利用风能的国家。12 世纪，风车从中东传入欧洲。16 世纪，荷兰人利用风车排水。随着煤、石油、天然气的大规模开采和廉价电力的获得，由于成本高、效率低、湘潭大学本科毕业设计说明书6使用不方便等，风力发电机械无法与蒸汽机、内燃机和电动机等竞争而逐渐被淘汰。在 20 世纪 70 年代中期以后，我国将风能开发利用列入“六五”国家重点项目，得到迅速发展。我国风力发电从 20 世纪 80 年代开始真正起步。20 世纪 70 年代末 80 年代初，我国自主开发研制并批量生产了额定容量 10 kW 以下的小型风电机组，解决了居住分散的农牧民和岛屿居民的生产生活用电。1986 年 5 月，山东荣成建成了我国第一个并网风电场。20 世纪 80 年代中期以后，我国先后从丹麦、比利时、瑞典、美国、德国引进一批中、大型风电机组，在新疆、内蒙古的风口及山东、浙江、福建、广东的岛屿建立了 8 座示范性风电场。13 风力发电国内外发展现状1.3.1 国外风电发展现状风电成本不考虑常规电力环境成本，根据目前的风电技术水平，风电成本仍高于常规电力成本，因此许多国家采取了诸如价格、市场配额、税收等各种激励政策，从不同的方面引导和支持风力发电的发展。经过 30 年的努力，随着市场不断扩大，风电成本大幅度下降，每千瓦时风电成本由 20 世纪 80 年代初的 20 美分下降到 2007 年的 46 美分。在风能资源较好的地方，风电价格完全可以和煤电竞争，低于燃气电价。装机容量高速增长根据全球风能协会公布的 20032007 年统计数据，全球风电平均增长率为 24.7%。到 2007 年年底，全球总装机容量累计达到近 94GW，新增风电装机容量 20GW，分别在全球 70 多个国家和地区。2007 年全球大约生产了 2000 亿度风电电力，约占全球电力供应的 1%。按照累计风电装机容量数据排名，2007 年全球前十名的国家依次是德国、美国、西班牙、印度、中国、丹麦、意大利、法国、英国和葡萄牙。2008 年全球新装机容量超过 27GW，同比增长 42%，风电装机增长率为 29%，高于过去 5 年的平均增长速度。2008 年年底，总装机容量达到了 120.8GW，美国超过德国，跃居全球风电装机容量首位，同时也成为第二个风电装机容量超过 20GW 的风电大国。中国超过印度，成为亚洲第一、世界第四的风电大国。到 2008 年年底，在世界风电累计装机容量中，已有包括美国、中国、德国、西班牙、印度等在内的 16 个国家超过 1GW。在欧盟 2007 年新增发电装机容量中，风电开始超过天然气发电成为第一大新增电源，占新增容量的46%。欧洲 2008 年风电新增装机容量为 88GW，累计装机容量达到了 66GW。美国 2007年新增的风电装机也仅次于天然气发电，位居第二。2008 年内美国竣工的风电项目容量更是占当年度美国所有新增电力装机的 42%，新增装机容量达到 8.34GW，同比增长157%，累计增长 49.6%，完成新增投资 170 亿美元。风电在欧美发达国家已经逐步成为重要的替代能源。湘潭大学本科毕业设计说明书7发展规划20 世纪 90 年代初，欧盟提出了大力发展风电，到 2010 年风电装机容量到 40GW 的目标，并要求其成员国根据总体发展规划制订本国的发展目标与实施计划。2007 年年初，根据技术发展和能源需求的需要，欧盟又进一步修订了发展计划，希望 2010 年风电装机容量达到 80GW；到 2020 年风电装机容量达到 180GW，发电量达到 3600 亿kWh；2030 年风电装机容量达到 300GW，发电量达到 6000108kWh，分别占届时欧盟风电装机容量和发电量的 35%和 20%。2006 年，美国可再生能源理事会提出了将可再生能源的比例由目前的 4%左右，提高到 2025 年的 25%的发展目标。美国风能协会也提出了未来依靠风电满足国内 20%电力需求的宏伟目标。英国、法国、加拿大、澳大利亚、日本和东欧的波兰等国也开始加速发展风电。1.3.2 国内风电发展现状装机容量2004 年年底，全国的风力发电装机容量约为 764MW。2005 年 2 月可再生能源法颁布之后，当年风力发电新增装机容量超过 60%，总容量达到了 1260GW。2006 年新增装机容量超过 100%，累计装机容量超过 2.6GW。2007 年又新增装机容量 3.3GW，累计装机容量达到 5.9GW，超过丹麦，成为世界第 5 风电大国。当年装机容量仅次于美国和西班牙，超过德国和印度，成为世界上最主要的风电市场之一。风电累计装机容量从2003 年年末的 567MW 增加到了 2008 年年末的 12.21GW，增加了 205 倍。2008 年新增装机容量超过印度，成为亚洲第一、世界第四、风电装机容量超千万千瓦的风电大国。2009 年新增装机容量 13.85GW，累计装机容量为 26GW，总装机容量跃居世界第 2 位。风电设备制造能力风电设备制造业发展迅猛。2005 年之前，我国只有少数几家风电设备制造商，它们规模小、技术落后，风电场建设主要依赖进口风电整机。 开再生能源法颁布后，风电整机制造企业已超过 40 家。除金风科技和浙江运达加大投入、迅速扩张之外，东方汽轮机、华锐风电、中国船舶、通用电气、湖南湘电、上海电气、广东明阳、维斯塔斯、歌美飒、苏司兰、西门子等一批国内外大型制造业和投资商纷纷进入我国风电设备制造业市场。风电技术研发“九五”和“十五”期间，我国政府组织实施“乘风计划”和“国家科技攻关计划” ，以及国债项目和风电特许权项目，支持建立了首批 6 家风电整机企业，进行风电技术的引进和消化吸收，部分企业掌握了单机容量 600kW 和 750 kW 定桨距风电机组的总装技术和关键部件设计制造技术，实现了规模化生产，迈出了产业化发展的第一步。“十五”期间，还开展了 1000 kW、1500 kW 变速恒频风电机组，以及 1200 kW 永磁直湘潭大学本科毕业设计说明书8驱风电机组的研发与联合攻关，取得阶段性成果。经过“十五”期间的自主研究和技术引进，我国已基本掌握了以双馈发电机为代表的变速恒频风电机组的控制技术，研制成功兆瓦级风电机组样机。我国风电技术与国外风电技术的差距正在不断缩小。14 国内外风电机技术发展趋势纵观世界风电技术现实和前沿技术的发展，目前全球风电技术发展主要呈现如下特点：1.4.1 产业集中是总的趁势2009 年，世界排名前十位的风电机组制造企业占据了全球 78.7的市场份额，世界排名前十五位的风电机组制造企业占据了全球 88.1的市场份额，丹麦 VESTAS、美国 GE WIND、中国华锐、德国 ENERCON、中国金风这前 5 家企业，就占据了国内外49.8市场份领。可以看出：世界风电机组制造企业形成了由十多家大型风电机组制造企业控制或垄断的局面。近几年，风电设备制造企业之间的兼并、重组、收购愈演愈烈。法国阿海珐集团收购-Multibrid；丹麦的 Vestas 公司兼并 NEG。Micon 公司；美国 GE 公司收购了德国安然风电公司；Siemes 公司收购了丹麦 AN/Bonus 和德国 winergy AG 公司；印度Suzlon 公司控股了 Repower 公司；金风科技收购了德国 Vensys 公司；湘电股份 1000万欧元收购荷兰达尔文公司；中复连众收购了德国 NOI 公司；中航惠腾 2009 年收购了荷兰 CTC 叶片公司；美国 GE 公司与哈电集团合资成立了通用哈电风能（沈阳）公司和哈电通用风能（江苏）公司。此外，各大公司在主要市场集中地都建立了生产基地，一个大公司相当于多个公司的集成。1.4.2 水平轴风电机组技术成为主流水平轴风电机组技术，因其具有风能转换效率高、转轴较短，在大型风电机组上更显出经济性等优点，使水平轴风电机组成为世界风电发展的主流机型，并占到 95以上的市场份额。同期发展的垂直轴风电机组因转轴过长、风能转换效率不高，启动、停机和变桨困难等问题，目前市场份额很小、应用数量有限，但由于其全风向对风、变速装置及发电机可以置于风轮下方或地面等优点，近年来，国际上相关研究和开发也在不断进行并取得一定进展。1.4.3 风电机组单机容量持续增大近年来，世界风电市场中风电机组的单机容量持续增大，随着单机容量不断增大和利用效率提高，世界上主流机型已经从 2000 年的 500-1000kW 增加到 2009 年的 2-31VM。我国主流机型已经从 2005 年的 600-1000kW 增加到 2009 年的 850-2000kW， 湘潭大学本科毕业设计说明书9控制与安全系统一次能源转换单元 机械能传递单元 发电单元2009 年我国陆地风电场安装的最大风电机组为 2MW。近年来，海上风电场的开发进一步加快了大容量风电机组的发展，2008 年底世界上已运行的最大风电机组单机容量已达到 6MW，风轮直径达到 127m。目前，已经开始8-10MW 风电机组的设计和制造。我国华锐风电的 3MW 海上风电机组已经在上海东海大桥海上风电场成功投入运行， 5MW 海上风电机组已在 2010 年 10 月底下线。目前，华锐、金风、东汽、国电联合、湖南湘电、重庆海装等公司都在研制 5MW 或 6MW 的大容量风电机组。2. 发电机的工作原理及基本结构21 风电机的功能单元的划分风力发电机是一种复杂的机电一体化设备。从能量转换角度看，此类设备大致包括 2-1 所示的几个功能单元。其中，一次能源转换单元的主要功能是将风能转换为旋转机械能；机械能传递单元的主要作用是传动与制动；发电单元将旋转机械能转换为电能，同时提供必要的并网发电功能；控制与安全系统实现对风电机起、停机和发电等运行过程的控制，并保证风电机在任何状态下的安全性。图 2-1 风力发电系统的基本功能构成 （1）一次能源转换单元风能是风力发电的一次能源，相应的能量转换单元是风电机组的核心部分，包括风轮、功率控制（调速）等部件。风轮是风电机组能量转换单元的关键部件，一般由良好的空气动力外形的叶片、轮毂和相应的功率控制机构组成。一次能源转换单元的主要功能是将风能转换为旋转机械能（转矩） ，再通过风轮轴驱动与之连接的机械能传递单元和发电单元。（2）机械能传递单元机械能传递单元也可简称为风电机组的传动链，连接风电机组的一次能源转换单湘潭大学本科毕业设计说明书10元与发电单元，使之组成发电系统。该单元一般包括与风轮轮毂相连接的主轴、传动和制动机构等。一般大型风电机组的风轮设计转速较低，需要根据发电单元的要求，通过传动链按一定的速比传递风轮产生的扭矩，使输入发电机的转速满足并网风电机组发电单元的需要。同时，机械能传递单元还要设置可靠的制动机构，以保证风电机组的安全运行。（3）发电单元发电单元一般由发电机和必要的电功率转换系统构成。并网风电机组发电单元可采用异步发电机或同步发电机，将风轮产生的旋转机械能转换为电能。发电单元配置的电功率转换系统，应能够满足并网或其他形式发电的需求。（4）控制与安全系统该系统主要功能可分为风电机组运行控制和状态监测两部分：大型风电机组需要自动控制，既能够在无人值守的条件下，保证风电机组的正常和安全运行；同时又要保证风电机组在非正常情况发生时能可靠的停机，以预防或减轻损失。此外，风电机组还需要有上述功能部件或子系统的支撑结构，如机舱、塔架等；多数风电机组需要设置对风（也称偏航）装置，以保证风轮能够更好的获取风能。22 风电机组的工作原理在风力发电机组中，存在着两种物质流。一种是能量流，另一种是信息流。两者的相互作用，使机组完成发电功能。风力发电机组的工作原理如图 2-2 所示。电网变压器 风 M 1 1 M2 2 P3 转速测量风力发电机 调速风速、风向 功率测量控制系统偏航系统主传动系统 制动装置 发电系统测风系统变桨距系统湘潭大学本科毕业设计说明书11图 2-2 风电机的工作原理1 能量流当风以一定的速度吹向风力发电机时，在风轮上产生的力矩驱动风轮转动。将风的动能变成风轮旋转的动能，两者都属于机械能。风轮的输出功率为（2-1）11PM=式中 P 1风轮的输出功率，单位为 W；M1风轮的输出转矩，单位为 Nm；1风轮的角速度，单位为 1/s.风轮的输出功率通过主传动系统传递。主传动系统可能使转矩和转速发生变化，于是有（2-2）2211P= Mh式中 P 2主传动系统的输出功率，单位为 W；M2主传动系统的输出转矩，单位为 Nm；2主传动系统的角速度，单位为 1/s；1h主传动系统的总效率。主传动系统将动力传递给发电系统，发电机把机械能变为电能。发电机的输出功率为（2-3）3 2cosNNPUIPj=h式中 P 3发电系统的输出功率，单位是 W；UN定子三相绕组上的线电压，单位是 V；IN流过定子绕组线电流，单位是 A；cos 功率因数；jh2发电系统的总效率。2 信息流信息流的传递是围绕控制系统进行的。控制系统的功能是过程控制和安全保护。过程控制包括起动、运行、暂停、停止等。在出现恶劣的外部环境和机组零部件突然湘潭大学本科毕业设计说明书12失效时应该紧急停机。风速、风向、风力发电机的转速、发电功率等物理量通过传感器变成电信号传给控制系统，它们是控制系统的输入信息。控制系统随时对输入信息进行加工和比较，及时的发出控制指令，这些指令是控制系统的输出信息。对于变桨距风向，当风速大于额定风速时，控制系统发出变桨距指令，通过变桨距系统改变风轮叶片的桨距角，从而控制风电机组输出功率。在起动和停止的过程中，也需要改变叶片的桨距角。对于变速型风机，当风速小于额定风速时，控制系统可以根据风的大小发出改变发电机转速的指令，以便使风力发电机最大限度的捕获风能。当风轮的轴向和风向偏离时，控制系统发出偏航指令，通过偏航系统校正风轮轴的指向，使风轮始终对准来风方向。当需要停机时，控制系统发出停机指令，除了借助变桨距制动外，还可以通过安装在传动轴上的制动装置实现制动。实际上，在风电机组中，能量流和信息流组成了闭环控制系统。同时，变桨距系统、偏航系统等也组成了若干闭环的子系统，实现相应的控制功能。2.3 风力发电机传动链的基本结构及三维建模2.3.1 主轴主轴也称低速轴。大中型风力电机组由于其叶片长、重量大，所以为了使桨叶的离心力与叶尖的线速度不至于太大，其转速一般小于 50r/min，因此，主轴承受的扭矩较大。大中型风力发电机组主轴材料可选用 40Cr 或其他高强度的合金钢，必须经过调质处理，保证钢材在强度、塑性、韧性 3 个方面都有较好的综合机械性能，在设计加工图时，必须注明这一技术要求。主轴如图 2-5 所示图 2-3 主轴示意图湘潭大学本科毕业设计说明书132.3.2 齿轮箱齿轮箱是风力发电机组中关键零部件。齿轮箱由齿轮副、箱体和轴承、密封装置、润滑油净化和温控系统等组成，由于风力机工作在低转速下，而发电机工作在高转速下，为了实现风力机与发电机匹配，采用增速齿轮箱。在风力发电机组中，对齿轮箱的要求非常严格，不仅体积小、重量轻、效率高，而且要承载能力大、起动力矩小、寿命长。齿轮箱分为两类，即定轴线齿轮传动和行星齿轮传动。定轴线齿轮结构简单，维护容易，造价低廉。行星齿轮传动具有传动比大、体积小、质量小、承载能力大、工作平稳和在某些情况下效率高等优点，缺点是结构相对较复杂，造价高。 如图 2-6所示。图 2-4 齿轮箱整体图3. 风电发电机传动链主要零件的设计计算风电机组设计所涉及的学科领域和专业知识较多，而系统的工程设计技术积累和丰富的设计实践经验是保证大型风电机组设计质量的必备条件。31 确定设计目标与所有大型装备的设计相似，首先需要明确所设计风电机组的设计目标。比如，并网大功率机组与偏僻地区的小型单机设计需求明显不同。因此，针对设计需求，应考虑合理的机组功能构成、电机类型、控制方式、运输和安装方式等影响机组性能指标的主要因素。例如 ， 陆上风电场所需的大型机组通常额定功率范围为 500-2MW ，便于运输、安装、运
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号