【JX438】300W小型垂直轴风力发电机的设计[KT]
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本科毕业设计 (论文 ) 开 题 报 告 题 目 300W 小型垂直轴风力发电机的设计 指导教师 学院 理工分院 专业 机械设计制造及其自动化 班级 学生姓名 学号 开题日期 、 选题的背景与意义 稳定、可靠、清洁的能源供应是人类文明、经济发展和社会进步的保障。煤炭、石油、天然气等化石能源支持了 19世纪和 20世纪近 200年的人类文明的进步和发展。然而 ,化石燃料的大量消耗 ,不仅让人类面临资源枯竭的压力 ,同时也感觉到了环境恶化的威胁。 风能是一种无污染的可再生能源， 它取之不尽，用之不 竭，分布广泛。随着人类对生态环境的要求和能源的需要，风能的开发日益受到重视。风力发电将成为 21 世纪大规模开发的一种可再生清洁能源。 随着新能源产业的发展 ,作为家用的小型水平轴百瓦级风力发电机被越来越多的人们所接受。但是这种风力机最大的缺点是体积大、安装不便 ,一旦有暴风袭击还很容易发生倒倾现象 ;由于常住居民区不存在大的风场 ,而水平轴风力机要求的启动风速较高 ,平时很难启动发电 ;另外为了保证风力机的叶轮始终处于最大受风面所在位置 ,还需加上迎风装置 ,作为简易型的风力机这又增加了设计的难度。 垂直轴风力机叶轮的转动 与风向无关 ,因此不需要像水平轴风力机那样采用迎风装置。它可以接受来自任何方向的风，因而当风向改变时，无需对风。有趣不需要跳向装置，它们的结构设计得以简化。而且垂直轴风力发电机可以因起动风速低、风能利用率高、无噪声、安全性高等诸多优点 ,与水平轴风力发电机相比 ,更具有广阔的市场应用前景 ,垂直轴风力发电机的研究也取得了长足的进步。 二、研究的基本内容与拟解决的主要问题： 研究的基本内容 1、 300W 小型垂直轴风力发电机 的发展现状； 2、了解目前市面上销售的垂直轴风力发电机的功能与外型特征； 3、根据 300w 要求设计出具体的垂直轴发电机具体结构； 4、 用 软件进行结构设计，用 成主要零部件； 拟解决的主要问题是： 1、确定垂直轴风力发电机的桨片形状、数量和连接方式； 2、确定齿轮箱和发电机的安装位置，使得运行维修方便 ； 3、桨片旋转运动高效传递到发电机上。 三、研究的方法与技术路线： 通过查阅资料收集垂直轴风力发电机的具体结构和技术特点，从而更好的设计垂直轴发电机。对 300w 小型垂直轴风力发电机的结构进行设计，用 软件进行结构设计，用 成主要零部件并通过计算确定主要结构参数。 四、研究的总体安排与进度： 1：完成文献资料传阅、文献综述、两篇英语翻译、开题报告； 4：查阅文献、设计桨片的形状； 6：设计 300W 垂直轴发电机具体结构 ； 10：使用 开始绘图，用 成主要零部件； 12：撰写论文。 五、主要参考文献： 1 严强 ,蒋超奇 . 垂直轴风力发电机的发展趋势和应用 J . 上海电力 ,2007 (2) . 2 张富昌 . 几种新式立 轴风力机设计方案 J . 新能源 ,1998(9) . 3 熊礼俭 . 风力发电新技术与发电工程设计、运行、维护及标准规范 M . 北京 :中国科技文化出版社 ,2003. 4 孔宪文 , 高峰 . 提高风力发电机组发电量的研究 J . 东北电力技术 ,2002(8) . 5 林清安 000件设计实务 M：北京大学出版社 , 2001 6 罗挽澜 000i 工业造型设计教程 M：北京希望电子出版社 , 2001 7 张承询，张源风力发电 M 北京 ：中国电力出版社， 2003 8 陈听宽等新能源开发 M 北京：机械工业出版社， 1988 9 宫靖远风电场工程技术手册 M北京：机械工业出版社， 2004 10 张息良风能开发利用 M北京：化学工业出版社， 2005 指导教师审核意见： 年 月 日 目录 第 1 章 绪论 . 3 业现状 业发展趋势 . 5 在问题 . 5 施与建议 . 5 常保养和定期保养维护 . 7 第 2 章 发电机的整体设计 . 9 力调节器 . 9 体流量阀 . 9 央控制器 . 9 气风力控制器 . 10 制面板 . 10 第 3 章 发电机的部件设计 . 11 叶的设计 . 11 动关闭阀设计 . 12 构设计 . 12 杆设计 . 13 阀设计 . 16 构设计 . 16 放直径校核 . 17 气阀设计 . 18 他部件选用 . 20 第 4 章 风力发电机组载荷计算 . 21 第 5 章 供给系统设计 . 24 力调节器设计 . 24 构设计 . 24 口设计 . 25 封膜片设计 . 28 簧设计 . 28 他部件选用 . 33 总结 . 34 致谢 . 35 参考文献 . 36 300摘 要 为了解决日益严重的环境污染和能源危机的问题，开发了一种以 风力 的发动机。 由于原材料价格不断上涨，小型风力发电机组生产成本，也不断提高，而购买风机的广大农牧民经济收入有限，因此企业销售价不能随着上涨，企业利润空间很小，无利可图，促使有的企业开始转产。如原内蒙古商都牧机厂现在已开始生产并网型大型风力发电机组的塔架，大型电焊机、卷扳机已经到货，正准备投产。 有的配套件质量不稳定，性能差，特别是蓄电池，逆变控制器，影响整机发电系统的效率和可靠性。尽管目前风光互补发电系统推广应用很快、需要量大，但由于太阳能电 池组件价格太高（每 50 元）。如果不是目前国家大量补贴，农牧民自购有较大困难，所以说太阳能电池组价格制约风光互补发电系统的发展。 本设计主要设计的是 300 关键词： 风力发电机 小型风力发电机 风力 垂直轴 300n to of a As a of is of of of so as is to as to s a is of of of to of 50 If it is a of a so of of 00W 00第 1 章 绪论 随着中国对 “ 三农 ” 投入力度加大，经济持续快速发展，广大农、牧、渔民对改善生活环境，提高生活质量，改善农村地区的能源结构，解决生活用电的迫切要求， 作为农村可再生能源主要支柱之一的小型风力发电行业得到长足的发展，不论是参与开发、研制、生产的单位，还是产品产量、国内外销售以及推广应用范围，与上 年相比都有了新的提高，取得了显著的成效。 业现状 1 从事小型风力发电产业的开发、研制、生产单位不断扩大 自中国第一部 可再生能源法于 2005 年 2 月 28 日在全国人大十一届十四次大会通过以来，可再生能源的开发应用出现了新的机遇，大家看好可再生能源 的发展前景，从事小型风力发电产业研制、开发、生产的单位达到 70 家。其中，大专院校、科研院所 35 家，生产企业 23家，配套企业（含蓄电池、叶片、逆变 控制器等） 12 家。生产企业名列前矛的是：江苏神州风力发电有限公司、内蒙古龙信博风电设备制造有限公司（原内蒙古商都牧机厂）、内蒙古天力机械有限公司 （原内蒙动力机厂）、广州红鹰能源科技有限公司、南京东龙电子电器科技中心。 型 风力发电机组产量产值利润有新的增长 2005年据 23个生产企业报表统计，共生产 303253台，比上年增长 其中 200W、 300W、 500W 机组共生产 24123 台，占全年总产量的 机组容量为 12020产值 8472 万元，利税 元。 2006 年，预计小型风力发电行业无论是产量、产值、利税等方面将有较大增长，目前正在统计中。 口外销数量增加，国际市场看好 2005 年 15 个单位共出口小型风力发电机组 5884 台，比上年增长 创汇 要出口到菲律宾、越南、巴基斯坦、朝鲜、印 尼、波兰、缅甸、蒙古、韩国、日本、加拿大、英国、美国、荷兰、智利、格鲁吉亚、匈牙利、新西兰、比利时、澳大利亚、南非、阿根廷、香港、台湾等 24 个国 家和地区。 广应用范围不断扩大 300除了传统的广大农牧区用户应用小型风力发电机组照明看电视以外，由于汽油、 空气 、煤油价格飞涨，且供应渠道不畅通，内陆、江湖、渔船、边防哨所、部 队、气象、微波站等使用 空气 发电的用户，逐步改用风力发电或风光互补发电。此外，生态环保公园、林荫小道、别墅 庭院等地方，也购买安装小型风力发电机组， 作为景观，供人们休闲欣赏。 业行业标准及 “ 小风电利用工 ” 国家职业标准的制定 1）根据农业部科教司 “ 农村可再生能源行业标准体系 ” 规划对小型风力发电通用标准及相关标准编制的要求，小型风力发电系统两个标准已经制定完成，即 “ 小型风力发电系统技术条件及质量评价 ” 、 “ 小型风力发电系统安装规范 ” ；一个标准正在制定，即 “ 小型风力发电系统可靠性要求 ” 。此外根据农业部市场司及 质量办 “ 关于申报 2005 年农业行业标准制定和修改项目 ” 的通知要求，申报了两个小风电行业标准， 即 “ 小型风力发电系统验收规范 ” 、“ 小型风力发电系统售 后服务技术规范 ” 。 2）根据 “ 中华人民共和国劳动法 ” 的有关规定，为进一步完善国家职业标准体系，为职业教育和职业培训提供科学规范的依据，参加劳动和社会保障部、农业部组织的专家组，制定了小风电利用工国家职业标准并已通过审批实施。 家西部无电地区农村能源电力建设 1）国家发改委、全球环境基金世界银行中国可再生能源发展项目办公室，从 2002 年开始，实施 “ 送电到乡 ” 工程已基本结束，全部建成发电，主要集中在 新疆、甘肃、西藏、内蒙古、青海等省 ，共建成了 718 个光伏和风光互补电站，装机 18中风力发电 800采用的风力发电机组由协会生产企业提 供。下一步 “ 送电到村（户）工程 ” 正在规划，即将启动。 2）内蒙古 “ 光明工程 ” 实施进展情况 内蒙古自治区政府确定的 “ 光明工程 ” 项目，从 2001 年开始，用 5 年的时间，推广应用风力发电与风光互补发电，解决 7 个盟（市） 26 个旗（县） 户离网散居的牧民生活用电、区内外的内蒙国飞、商都、天力、华德、蒙晨、包头二重、保定天泰等生产企业。通过招标，都参与了内蒙古光明工程建设，到 2005 年底累计完成 11597 套，其中 2005 年完成 2354套，由于部分产品质量不过关、政府补贴及用户自筹资金不到位等原因， “ 光明工程 ” 进展缓 慢，步履艰难，而参与光明工程的企业，货款收不回来，流动资金严重不足，影响企业的发展，有苦难言。 3）内蒙古小型风力发电开发应用 300“ 十五 ” 期间，内蒙古新能源开发利用专项共 16 项，投入资金 元，到 2005年已验收 11 项，直接经济效益 670 万元。在送电工程项目中，自治区政府对每套风光互补发电系统补贴 3000 元，促进了行业发展。 内蒙古小型风力发电机组 50W 20形成 台的生产能力，到 2004 年全区累计推广应用小型风力发电机组 台，并在 50 个旗县建 立了新能源技术服务机构，保证机组正常运行。内蒙古自治区小型风力发电机组的产量、保有量、生产能力、生产企业数，均列全国第一。 际合作与技术交流 1）对中国与荷兰政府 “ 促进中国西部可再生能源发展应用项目 ” 湖北洪湖示范点上安装的 280 台小型风力发电机组和 32 台（套）风光互补发电系统进行了设备安装验收，并对已经发现的设备质量问题提出了改进意见，使其真正起到示范作用。 2）参加中国风能协会组织的 澳大利亚墨尔本 “ 第四届世界风能大会（ 可再生能源展览会 ” ，并对澳大利亚可再生能源应用状况进行了考 察。该国风力资源丰富，小型风力发电和风力提水机组随处可见，特别是风力提水机组广泛用于牲畜饮水及草浇灌溉，效果很好。中国内蒙古早期生产的北方型风力 提水机组技术就是从澳大利亚引进的。 3）组织参加上海第十五届国际光伏科学与工程大会（ 15）及展览会，内蒙古呼和浩特市博洋、内蒙蒙晨、南京冠亚等会员单位将小型风力发电机组及逆变控制器等产品进行了展示，扩大了国内外影响。 业发展趋 势 由 于广大农牧民生活水平提高、用电量不断增加，因此小型风力发电机组单机功率在继续提高， 50W 机组不再生产， 100W、 150W 机组产量逐年下降，而 200W、 300W、 500W、 1000W 机组逐年增加，占总年产量的 80。 由于广大农民迫切希望不间断用电，因此 “ 风光互补发电系统 ” 的推广应用明显加快，并向多台组合式发展，成为今后一段时期的发展方向。 风光互补多台组合式系列发电系统是将多台小功率风力发电机安装在同一个地方，集中向配套的多个大容量蓄电池组同时充电，并由一台大功率的控制逆变器统 一控制输出。这 种配置优点是（ 1）小型风力发电机组的技术成熟，结构简单、质量稳定、安全可靠、经济实惠；（ 2）装拆、搬运、维护方便，操作简单；（ 3） 若需维护或故障停机时，其余组机照常发电，300不影响系统正常使用；（ 4）多台成群的风光互补发电系统自然成为一片观赏景点，又是一座无环境污染的绿色电站。 随着国家可再生能源法及 “ 可再生能源产业指导目录 ” 的制定，相继还会有多种配套措施及税收优惠扶植政策出台，必将提高生产企业的生产积极性，促进产业发展。 目前中国尚有 个村， 700 万户计 2800 万人口没有用上电，且分散居住 在边远山区、农牧区、常规电网很难到达。有关专家分析， 700 万无电户中， 300 万户可用微水电解决用电，而 400 万户可以用小型风力发电或风光互补发电，满足用电需要。 在问题 1）由于原材料价格不断上涨，小型风力发电机组生产成本，也不断提高，而购买风机的广大农牧民经济收入有限，因此企业销售价不能随着上涨，企业利润空 间很小，无利可图，促使有的企业开始转产。如原内蒙古商都牧机厂现在已开始生产并网型大型风力发电机组的塔架，大型电焊机、卷扳机已经到货，正准备投产。 2）有的配套件质量不稳定，性能差，特 别是蓄电池，逆变控制器，影响整机发电系统的效率和可靠性。 3）尽管目前风光互补发电系统推广应用很快、需要量大，但由于太阳能电池组件价格太高（每 50 元）。如果不是目前国家大量补贴，农牧民自购有较大困难，所以说太阳能电池组价格制约风光互补发电系统的发展。 4）少数企业生产的小型发电机组质次价高，而且产品没有通过国家检测中心测试鉴定就批量生产销售，售后服务不到位，损害了消费者利益。 1. 4 措施与建议 1）尽快制定减免税收优惠政策 根据国家发展改革委员会颁布的 “ 可再生能源产业指导目录 ” ，国家应尽快制定增值税、所得税减免税率，减轻企业负担，有利行业发展。否则企业无利可图就会转产。 2）建议农业部在启动实施 “ 生态家园 ” 富民方案中，因地制宜，发展应用推广小型风力发电，风光互补农村可再生能源发电系统。 3） 2002 年和 2003 年农业部实施的 “ 小型公益项目 ” 计划，对促进小风电、光电、微水电的产业发展起到积极促进作用，希望能继续实施。 4）企业要不断的提高产品质量，提高可靠性及外观，在满足国内需要外，积极大量出300口，扩大外销。 5）为保障用户权益、保障广大农牧渔民的切身利益，建议农业部 尽快建立国家级 “ 小型风力发电系统质量检测中心 ” 。没有通过质量检测的产品不予推广应用。 常保养和定期保养维护 1. 常保养 风电机组齿轮箱的日常保养内容主要包括：设备外观检查、润滑油位检查、电气接线检查等。具体工作任务包括：运行人员登机工作时应对齿轮箱箱体表面进行清洁，检查箱体及润滑管路有无渗漏现象，外敷的润滑管路有无松动，由于风电机组振动较大，如果外敷管路固定不良将导致管路接头密封损坏甚至管路断裂。此外，还要注意箱底放油阀有无松动和渗漏，避免放油阀松动和渗漏导致的齿轮油大量外泄。 由油标尺 或油位窗检查油位及油色是否正常，发现油位偏低应及时补充。若发现油色明显变深发黑时，应考虑进行油质检验，并加强机组的运行监视。遇有滤清器堵塞报警时应及时检查处理，在更换滤芯时应彻底清洗滤清器内部，有条件最好将滤清器总成拆下在车间进行清洗、检查。安装滤清器外壳时应注意对正螺纹，均匀用力，避免损伤螺纹和密封圈。 检查齿轮油位油位、温度、压力、压差、轴承温度等传感器和加热器、散热器的接线是否正常，导线有无磨损。在日常巡视检查时还应当注意机组的噪音有无异常，及时发现故障隐患。 期保养维护 风电机组定期保 养维护内容主要包括：齿轮箱连接螺栓的力矩检查、齿轮啮合及齿面磨损情况检查、传感器功能测试、润滑及散热系统功能检查、定期更换齿轮油滤清器，油样采集等。有条件时可借助有关工业检测设备对齿轮箱运行状态的振动及噪音等指标进行检测分析，以期更全面地掌握齿轮箱的工作状态。 根据风电机组运行维护手册，不同的厂家对齿轮油的采样周期也不尽相同。一般要求每年采样一次，或者齿轮油油使用两年后采样一次。对于发现运行状态异常的齿轮箱根据需要，随时采集油样。齿轮油的使用年限一般为三至四年。由于齿轮箱的运行温度、年运行小时以及峰值出力等 运行指标不尽相同，笼统地以时间为限作为齿轮油更换的条件，在不同的运行环境下不一定能够保证齿轮箱经济、安全地运行。这就要求运行人员平时注意收集整理机组的各项运行数据，对比分析油品化验结果的各项参数指标，找出更加符合自己电场运行特点的油品更换300周期。 我场在油品采样时，考虑到样品份数的限制，一般选取运行状态较恶劣的机组（如：故障率较高、出力峰值较高、齿轮箱运行温度较高、滤清器更换较频繁）作为采样对象。根据油品检验结果分析齿轮箱的工作状态是否正常，润滑油性能是否满足设备正常运行需要，并参照风电机组维护手册规定的油品 更换周期，综合分析决定是否需要更换齿轮油。油品更换前可根据实际情况选用专用清洗添加剂，更换时应将旧油彻底排干清除油污，并用新油清洗齿轮箱，对箱底装有磁性元件的，还应清洗磁性元件，检查吸附的金属杂质情况。加油时按手册要求 风力加注，避免油位过高，导致输出轴油封因回油不畅而发生渗漏。 300第 2 章 发电机 整体 的设计 设 计的 300W 小型垂直轴风力发电机，并设置了多种传感器，充分应用原发动机的电控系 统，实现精确控制 。 2 1 压力调节器 压力调节器上装有压力传感器且与驾驶室内控制面板相连，这样在驾驶室内即可通过压力值了解 风力的大小 。 在压力调节器前分别安装有加温器和过滤器。其中加温器是为了给风加热，以避免因 风 压力降低吸收热量而使压力调节器冻结。 过滤器是为了 滤除气体中的杂质 ，以避免减压器阀口被堵塞 。 风力 压力调节器后连接 电 磁阀，当发动机出现故障或发动机熄火时，电磁阀自动切断 风 的供给。 体流量阀 气体流量阀可精确控制双 风力 工作状态下的 风力 流量。其内有一小容积室，与 风力 喷射器、风 压力传感器和温度传感器相连， 2个传感器分别测出容积室中 风 的压力和温度。中央控制器(实测 风 压力与存储在 据二者 的差值调整容积室的容积，保证确的 风 喷射量。 风 以 1O 80 气道内，与空气充分混合后进入气缸。风力 喷射器的喷孔与空气的流向相反，使 风 与空气充分混合。 央控制器 力 发动机的控制核心，它接受 8个传感器的信息，通过计算分析处理后，向 空气风力 控制器及气体流量阀等主要执行器发出指令，控制双 风力 状态下的 空气 量以及 风力的流量，进而保证发动机的 性能。 控制系统出现问时， 动记录错误信息，并将错误代码在控制面板上显示出来。它可自动记录 风 流量、 空气 流量 风 温度和压力、进气温度、进气压力等 3进行分析。 300 空气风力控制器 空气风力 控制器安装在喷油泵的后端。发动机 在双 风力 工作状态时， 照其内设定的风力 过控制步进电机的行程从而控制喷油泵齿条的位移量来控制在双 风力 工作状态的 空气风力 。在纯 空气 工作状态时， 空气风力 控制器不起作用，由喷油泵调速器直接控制发动机的空气 喷射量。 控制面板 控制面板固定在驾驶室内的仪表板上。控制面板上有控制发动机工作状态的转换开关，还可以显示双 风力 工作状态下的 风 替 代率及气瓶内的 风 储量。当双 风力 工作状态下出现故障时，控制面上的故障显示灯就会提醒驾驶员，同时可以通过外接设备端口把故障 的原因打印出来。 300第 3 章 发电机的部件设计 叶的设计 小型风力发电机组常用的几种桨叶 1、 木质桨叶 选用上好的优质木材加工而成。对木材的要求是： 1、 木质不软不硬，容易加工； 2、 木纹整齐无疤痕； 3、 不易吸水，不易变形。木质材料的机械强度不高，光洁度低，容易吸收水分，容易发生变形，经不起户外恶劣环境的侵袭。因此，桨叶成形后要在上面涂上油漆，加以保护。尽管如此，木质桨叶的使用寿命也远不 如其它类型桨叶。它的优点是价格低廉、取材容易，重量轻，使用安全。这种桨叶多用于 50W 以下的小型风机上。 木质桨叶有两种叶型，一是两叶型，为整体结构，没有单独的叶柄，是用一块等宽的优质木材加工而成，除中间有一个安装孔外，没有任何零部件，因此是各类风机桨叶中结构最简单、价格最便宜的一种。二是三叶型，各桨叶单独制作，各有独立的叶柄与叶片相连接，叶柄的另一端与轮盘相连，组成叶轮。由于其结构与零部件比两叶型复杂，因此容易损坏。木质桨叶的使用寿命一般在 1年左右。 2、 玻璃钢桨叶 玻璃钢桨叶表面光滑，硬度高，造型容易。 因而，在小型风力发电机组中，玻璃钢桨叶应用得最为广泛。玻璃钢桨叶有两种结构，一是木芯外包玻璃钢桨叶，这种桨叶重量轻、成本低、应用广，但使用寿命较短，一般约为 3是中空全玻璃钢桨叶，这种桨叶较重，成本也高，但使用寿命较长，约 4玻璃钢桨叶又分为两种，一种是只有简单的叶柄；另一种是带有离心调速装置的叶柄。 3、 铁皮桨叶 铁皮桨叶多用于带离心调速装置的风机上，一般用 空，一端用金属块封堵，另一端用带有离心调速装置的叶柄根部填充。这种桨叶很重，运行起来很平稳。铁皮桨叶由于 惯性大、硬度高、边缘锐利等原因，运行时存在着一定的不安全因素，尤其是在安装、维修时要注意安全。这种桨叶的使用寿命较长，一般可达 10年左右。 4、 铝合金桨叶 铝合金桨叶是近几年开始生产使用的新型桨叶。这种桨叶，是用铝合金浇铸而成，实心。它的造型很特别，叶片的前后缘皆呈弧形，上半部向后弯曲似新月状，机械强度很高。将叶片300横放在地上，两端各垫一块砖，中间悬空，站上去一个人，叶片不弯不断。它启动风速小，能在微风中发电。它的使用寿命估计可在 10年以上，是一种比较有前途的叶种。 这种桨叶的不足之处是运行中存在着不安全因 素，它分量重、惯性强，前缘锋利，旋转起来像 三把飞刀，具有一定的危险性，在安装、维修和运行时，要倍加小心。 综合考虑几种桨叶的特点，本设计采用铝合金材质的桨叶作为该小型垂直风力发电机的桨叶。 手动关闭阀 设计 手动关闭 阀是 统安全可靠的关键部件，要求能够做到快速“开”和“关”，启闭范围应为 ，并清楚标明“开”和“关”的方向。 手动关闭 阀应安装在易于操作的位置，阀体又不得直接安装在驾驶室内。 图 动关闭阀 3 2 1 结构设计 设计的手动关闭阀的结构如图 示。 3001 阀体 2 阀芯 3 内螺帽 4 密封膜片 5 外螺帽 6 阀杆 7 手轮 图 动关闭阀结构 手动关闭阀实质是截止阀。由上图 风力 从 A 端进入 B 端流出。当旋传手轮 7 时，可以截止或打开气瓶与 风力 压力调节器通路。用于截止 风力 的阀芯 2 端部设置有密封垫，使截止充分防止泄漏。在阀杆和内螺帽之间安有密封膜片，防止在手动关闭阀打开时 风力 泄漏。 3 2 2 阀杆设计 根据设计的 手动充气 阀结构， 初步设计阀杆的最小直径为 12材料为 1 1 阀杆轴向力计算 阀杆轴向 力 (其中 阀杆轴向力 (N) 密封力 (N) 介质力 (N) 密封力 (由设计 结构初定 300阀座密封面平均直径 阀座密封面宽度 又 密封必需比压 (p 为储气压力 ) 所以 F 介质力 4 (即 以 阀杆的最大轴向力 5651507 阀杆力矩计算 阀杆力矩 (其中 阀杆力矩 ( ) 关闭时阀杆螺纹摩擦力矩 ( ) 关闭时阀杆头部与阀瓣接触面的摩擦力矩 ( ) 关闭时阀杆螺纹摩擦力矩 (由结构初定 关闭时阀杆螺纹的摩擦半径 0 所以 L 2 0 7 2 0102 0 7 2 关闭时阀杆头部与阀瓣接触面的摩擦力矩 3003 (由结构知， 阀杆头部球面半径 5由阀杆材料知， 阀杆材料弹性模数 M P 10210 所以 3 310210 152 0 7 222 0 7 182故截止阀力矩 2 0 9 0 21 8 22 0 7 2 0 3 阀杆强度校核 由 阀杆材料为 1得 许用拉伸应力 许用扭转应力 许用合成应力 阀杆所受拉伸应力 (即 22 M P 7 22阀杆所受 扭转应力 (即 32.0 M P 0902 3阀杆所受 合力应力 30022 4 (即 22 4 M P 2故满足条件。 3 3 口阀 设计 口 阀是连接储气瓶和高压管的部件，它由进气口、出气口、手轮、安全装置组成。 口 阀的作用是在必要时关闭储气瓶与高压管间的通道。安全装置为爆破片易熔塞组合式。当遇到意外时，高温将易熔合金熔化，高压将爆破片爆破，使气瓶内的高压 风力 泄放，以保护气瓶。 由 瓶用易熔合金塞知， 易熔合金熔化温度为 ，爆破片公称爆破压力为水压试验压力差为 %5 。 风力 为可 风力 体，按国家标准螺纹为左旋。 图 气瓶阀 3 3 1 结构设计 设计的阀结构如图 示。 3001 阀体 2 安全阀 3 阀芯 4 内阀帽 5 密封膜片 6 外阀帽 7 阀杆 8 手轮 图 气瓶阀结构 A 端与气瓶相连接， B 端连接高压管。安全装置 2 为 爆破片易熔塞组合式 ，当达到规定条件，爆破片爆破和易熔合金熔化，泄放 风力 来达到保护储气瓶的信作用。在必要时也可以扭转手轮 8 截断气瓶与高压管的通路。阀芯上 设置有密封垫，使其通路充分截止。同时在阀杆头部安在密封膜片，防止 风力 泄漏。 气瓶阀与手动关闭阀一样都是截止阀，不同之处是气瓶阀设计有安全装置用来保护气瓶。阀体在结构有也些不同，气瓶阀阀体进口与气瓶相接。所以阀杆设计与手动关闭阀一样。这里主要设计了安全装置。 3 3 2 泄放直径校核 初步设计泄放直径为 。 达到安全泄放满足条件 其中 W 设计泄放量 ( ) 300 安全泄放量 ( ) 安全泄放量 s (式中 压力源进口管内径 0 介质密度 3/78.0 介质流速 13 所以 3 sW 设计泄放量 W (式中 额定泄放系数 气体特性系数 设计爆破面积 22 22 气体摩尔质量 16 气体压缩系数 进气口温度 00 爆破压力 3 所以 W /1352满足条件。 3 4 充气阀 设计 充气阀 是安装在 发电机 上，与加气站售气机的加气枪连接后给车用气瓶充装 置的总称。它由进气接口、单向阀 、防尘塞、输气接头组成。它的作用是在加气站储存的高压 风力 充装到储气瓶组时，可靠的接通高压充气气路；在充气结束后，能可靠的封闭充气口，防止 风力300从充气口泄漏。 图 加气装置 充气阀结构如图 示。 1 防尘盖 2 加气口 3 单向阀 4 接头 5 密封圈 6 泄放塞 图 加气口结构 当储气瓶需要加气时，首先拔出泄放塞放出泄漏的 风力 ，再打开防尘盖，把加气站里的加气枪接到加气口上充气。在充气阀旁连接储气瓶的端安有压力表，用于查看气瓶 风力 是否不足或是否充气好。 为了 保证不同加气站之间加气插头的通用性，对加气口的接口形状和尺寸国家作了统一规定。根据 245缩 风力发电机 专用装置和安装要求的规定， 风力 装置就设置单向阀或截止阀，加气接头采用直径为 12插销式结构，并设置能密封系统压力的防尘塞，防止气体泄漏，在取出防尘塞前，就能泄压。 3003 5 其它部件选用 高压管线采用不锈钢无缝钢管或其它车用高压 风力 专用管线。 根 据目前国内使用的情况选用 8 的 1锈钢无缝钢管。 高压管接头根据国家规定要用选用符合 套式管接头技术条 件 的卡套式管接头，它由接头体、卡套和压紧螺母组成。 选用的压力表量程应储气系统公称工作压力的 倍，其性能应符合 8的有关规定。 各种传感器等按国家相关规定外购选用。 300第 4章 风力发电机组载荷计算 对于设计：提供强度分析载荷依据，确保各部件承载在设计极限内；优化运行载荷，提高机 组可靠性。 风力发电机组设计等级 300在设计计算时，必须考虑下列载荷惯性力和重力载荷由晃动、旋转、重力或地震作用产生的静态和动态力 ， 空气动力学载荷 ， 静态和动态力 ， 考虑气动弹性 。 运行载荷 控制保护 系统的影响、瞬时操作载荷 ， 其它载荷（波载，尾流载荷，冲击载荷，冰载） 。 载荷计算外部条件 环境条件 风况（最主要的） 其它环境条件（温度、湿度、空气密度、太阳辐射、雨、冰雹、化学作用物质、机械作用颗粒、雷电、地震、盐雾） 故障工况 所有可能发生的单一故障 多个相关的故障（如处于同一故障链中），需同时考虑 内部故障与外部故障可能需要同时考虑 故障仿真需符合故障描述 故障发生后的保护措施需符合风机设计 必须考虑故障及故障所引发的保护措施可能引起的瞬态响应 适当的外部条件选择 300时序仿真概念 300第 5 章 供给系 统设计 供给系统 包括： 桨叶 、过滤器、 压力调节 器、流量控制器、喷射器等 。本设计主要设计了风力 压力调节器，对过滤器、流量控制器、喷射器及相关传感器直接选用。 5 1 压力调节器 设计 由 风力 的物化特性知，在气态下 风力 的体积能量密度很低。而发动机在工作时，却要求 风力 压力降到 1右 进入喷射器中。因此 风力 供给系统中必须要有 风力 压力调节 器。 图 风力 压力调节器 风力 压力调节器实质是一种减压器，它的作用是减压和稳压。既要把高压降到一定数值，又要使输出压力稳定到一定范围。 5 1 1 结构设计 设 计的 风力 压力调节器结构如图 示。 3001 阀体 2 阀帽 3 密封膜片 4 调节弹簧 5 阀盖 6 调节螺杆 7 阀瓣 8 阀座 9 阀座弹簧 10 安全阀 图 风力 压力调节器 结构 20压缩 风力 从 A 进入减压阀，从 B 流出就降到 过调节弹簧和阀座弹簧的平衡作用，保证输入压力始终在 出口处设置有安全阀，防止减压阀压力过大，保护减压器。在调节弹簧和阀瓣之间安有密封膜片，防止 风力 泄漏。 5 1 2 阀口设计 风力 质 量 流 计 算 已知 消耗率 /250最大功率 00 风力 密度 3/78.0 故 消耗量 1000e(300即 1000e 5010 00 20 025 0 425 00 380001 所以若 风力 时 ， 风力 的消耗量 11 (即 11 60380004250050 所以 风力 的流量 36001 (即 3600102 0 60 3 风力 的质量流 即 (取 1 阀口参数设计 因为临界压力比 1*12 5 2 减压比 11 *02 所以 流通面积 300(式中 进口压力 0介质系数 摩尔质量 16 绝对温度 00 压缩比 所以 07.4 取 故 实际流通面积 212433 Z 阀瓣高度满足条件 (4H (又 阀口直径 所以 2 Z 1444 取 所以设计 阀口直径 阀瓣高度 3005 1 3 密封膜片设计 1 材料选择 由于 风力 压力调节器 为高压阀，承受压力大 ， 故选择其材料为 1得 其许用应力 。 2 应力校核 膜片所受的最大应力 242 (其中 材料的弹性模数 膜片的厚度 膜片的有效直径 0所以 5 m 5 1 4 弹簧设计 1 材料选择 根据经验初步选择 弹簧材料为 50又因 减压阀的工作情况 知 ，其承受的循环应力次数多，故弹簧为 I 类弹簧 。 查资料得 弹簧的 相关参数 ： 切变模量 1079 弹性模数 10206 许用应力 452 尺寸设计 根据减压阀的结构，初步选择弹簧参数如下： 调节弹簧 弹簧中径 01 钢丝直径 1 弹簧变形量 1 阀座弹簧 300弹簧中径 42 钢丝直径 2 弹簧变形量 2 安全阀弹簧 弹簧中径 钢丝直径 弹簧变形量 对密封膜片受力分析如图 示。 1F 调节弹簧作用力 2F 阀座弹簧作用力 N 介质作用力 图 密封膜片受力 由图知 21 (设阀座弹簧的 弹簧刚度 202 则 0220222 故 0 0404 6 021 所以 调节弹簧刚度 111 1005500 安全阀 弹簧 作用力 h (其中 泄放压力 ch 5 M P 300有效面积 所以 安全阀 弹簧刚度 3 弹簧强度校核 钢丝直径 其中 K 曲度系数 C 旋绕比 F 弹簧受最大力 (N) p 弹簧许用应力 (N) 旋 绕比 曲度系数 1 4 (对调节弹簧 旋绕比 6530111 度系数 K 所以 5 5 0 满足条件 。 对阀座弹簧 旋绕比 7214222 即 曲度系数 K 所以 5 满足条件 。 对于安全阀弹簧 旋绕比 116 度系数 故 d 满足要求。 弹簧其它参数 设计选择 弹簧的有效圈数 48(对于阀座弹簧 131411 8 20148 21079 3 43 3 取支承圈数 11n 则总圈数 111 13 4 故取弹簧自由高度 00 则压缩高度 8220201 对于调节弹簧 2324228 100308 51079343 取 n 300取支承圈数 12n 则总圈数 222 故取弹簧自由高度 00 则压缩高度 0545201 对于 安全阀 弹簧 弹簧有效圈数 48 1079 343 9 取支承圈数 1n 则总圈数 10n 取弹簧自由高度 50 则压缩高度 321501 表 减压调节器所选用弹簧各参数表 弹簧中径 )(钢丝直径 )(变形量 )(自由高度 )(0 压缩高度 )(1 调节弹簧 30 5 5 45 40 阀座弹簧 14 2 2 20 18 安全阀弹簧 6 1 2 15 13 1 2 3 4A 外壳 2 内筒 3 垫块 4 接头 图 加温器 换热元件为圆筒式结构，筒内壁加工有轴向金属锯齿形槽沟，扩大换热面积，外壁中部为弹 簧 种 类 弹 簧 参 数 300凹形槽，它与加温器外壳紧密配合形成加热水腔。加温水来自发动机的冷却水，流向是从 A 到B，而 风力 则是从 D 到 C，加温水与 风力 流向相反是为了让 风力 充气加热。同时在
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