风力发电机传动机构设计【行星齿轮传动增速器】【全套含8张CAD图纸+PDF图】
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摘要我国属于发展中国家，经济、能源与环境的协调发展是实现我国现代化目标的重要前提。我国是个能源大国，也是个能源消费大国，当前我国能源的发展面临着人均能耗水平低、环境污染严重、能源利用率以及可再生能源比例少等问题。因此，调整能源结构，减少温室气体排放，缓解环境污染，加强能源安全已成为全国关注的热点，对可再生能源的利用，特别是风能开发利用也给予了高度重视。风能是一种清洁的可再生能源，风力发电是风能利用的主要形式，也是目前可再生能源中技术最成熟、最具有规模化开发条件和商业化发展前景的发电方式之一。风力发电机的传动机构主要由主轴、齿轮箱、输出轴等部分组成，首先对齿轮箱进行设计，根据某型风力发电机所要求的技术匹配参数，选择适当的齿轮传动方案，在此基础上进行传动比分配与各级传动参数如模数、齿数等的确定，对于齿轮箱中的轴进行设计，并对齿轮、轴以及轴承进行校核，再考虑行星架、箱体的选用问题，最后在考虑其他因素对风力发电机的影响，进行三维仿真模拟。关键词：风力发电机传动机构；行星齿轮传动；模拟仿真 IAbstractChina is a developing country, the coordinated development of economy, energy and environment is an important prerequisite to realize our modernization goal. China is a big energy country, but also a large energy consumption, the current development of Chinas energy is facing a low level of per capita energy consumption, environmental pollution, energy efficiency and the proportion of renewable energy and other issues. Therefore, to adjust the energy structure, reduce greenhouse gas emissions, ease environmental pollution, strengthen energy security has become a hot topic of concern to the use of renewable energy, especially wind energy development and utilization has also given high priority. Wind energy is a clean renewable energy, wind power is the main form of wind energy utilization, but also the renewable energy in the most mature technology, the most large-scale development conditions and commercial development prospects of one of the power generation.The transmission mechanism of the wind turbine is mainly composed of the main shaft, gear box and output shaft. First, the gear box is designed. According to the technical matching parameters required by a certain type of wind turbine, the appropriate gear transmission scheme is selected. On this basis, The gear ratio and the transmission parameters such as modulus, the number of teeth, etc. to determine the shaft for the design of the gear box, and gears, shafts and bearings to check, and then consider the planetary planes, the selection of the box, and finally Three-dimensional simulation is carried out to consider the influence of other factors on wind turbines.Key words: Wind turbine transmission mechanism;Planetary gear drive; SimulationIII目录1 绪论11.1 选题的背景及意义11.2 风力发电机的研究现状11.2.1 国内发展11.2.2 国外发展31.3 设计内容42 风力发电机的结构组成52.1 风力发电的原理52.2 发电机结构53 传动机构设计73.1 设计参数73.2 设计方案73.2.1 方案的讨论73.2.2 初步确定总体结构设计83.3 传动比的分配83.4 齿数的选择83.4.1 齿数的选用93.4.2 齿轮的校核133.5 轴的设计193.5.1 低速级传动轴尺寸设计193.5.2 中间级传动轴的设计193.5.3 高速级轴的设计193.5.4 轴的校核203.6 行星架的选用223.7 箱体的设计与选用223.7.1 齿轮箱箱体设计223.7.2 齿轮箱的冷却和润滑223.7.3 齿轮箱的使用及其维护234 影响风力发电机功率的因素244.1 风力大小对功率的影响244.2 叶片附着物对其转动产生的阻碍因素对功率的影响244.3 齿轮箱设计对功率的影响因素254.4 轴的合理设计对功率影响255 齿轮箱的三维建模265.1 软件介绍265.2 建模截图265.2.1 一级行星系传动265.2.2 二级行星系传动275.2.3 三级平行轴传动285.2.4 箱体图285.2.5 整体剖视图306技术经济性分析326.1零件材料的经济性分析326.2方案选择上的技术性分析337结论35致谢36参考文献37附录A38附录B431 绪论 1.1 选题的背景及意义 1）提供国民经济发展所需的能源 能源是国民经济发展和人类生活必需的重要物质基础。我国能源面临最突出的问题是国内化石类能源供应严重不足。一项关于我国未来能源供需报告曾预测，2020年国内可供应常规能源的量不到2亿吨标准煤，能源缺口将为4亿至5亿吨，需要从国外进口。如果要减轻我国对石油和天然气进口的依赖，必须调整能源结构，大规模开发可再生能源。可再生能源将作为主要的替代能源，而风力发电则是可再生能源发展的重点，市场广阔、前景光明，将为国民经济发展提供更充足的物质保证。 2）减少温室气体排放 风力发电是当前既能获得能源，又能减少有害气体排放的最佳途径之一。目前我国的电能结构中75%是煤电，排放污染严重，增加风电等清洁能源比重刻不容缓。在减少温室气体二氧化碳和导致酸雨的二氧化硫等有害气体排放、保护环境、环节全球气候变暖方面，风电是有效措施之一。 3）提高能源利用效率 常规能源发电虽然直接成本较低，但其成本还应包括运输、环境、资源等社会因素，加在一起要比风力发电高得多。研究表明，这方面的成本大约要高出40%,并且这些外部成本是以环境污染和资源消耗为代价的。风力发电由于基本没有外部成本，其社会成本就小得多。1.2 风力发电机的研究现状1.2.1 国内发展 风力发电是我国现阶段用处最多，国民最喜欢的一种清洁的可再生能源，风力发电机的开发缓解了我国环境污染的现象，减少了产生。煤炭的燃烧作为能源的使用大概是19世纪之前采用的方式，这种方式的大量使用致使我国的环境现状一天天恶劣下去，部分地区出现了泥石流、洪水的侵袭等各种自然灾害。我国认识到这个问题之后，更加积极地将新能源的开发搬上国家建设的旅程表上，成为了全国上下一起努力的目标，这时出现的风力发电引起了国家的注意，当时我国属于刚起步状态，对于一些未知的技术我们处于无知状态，需要我们学习外国的先进技术，但是由于他们不是免费提供给我们，所以需要我们花大价钱将其引进到国内，并对其进行研究和创新生产使用，应用到各个地区的开发的风力发电厂中。 由于风力发电机需要的地方广阔、周围居民少且建筑物少，因此大多将风力发电厂建立在偏远地区或者较荒芜的地区，但是这些地区的环境恶劣导致电网调节能力差，致使一些地区出现了弃电的现状。更是由于我国对于该新兴技术的不全面的了解，一些地区出现了安全隐患，如电的泄露、塔基的不稳定导致坍塌现象。图1-1 风力发电现状Fig.1-1 Wind power generation图1-2 全国每年风电利用小时数概况Fig. 1-2 survey of annual utilization hours of wind power in China图1-3 弃风数据表Fig. 1-3 abandoned air data sheet图1-4 各省份近几年风力发电数据Fig. 1-4 wind power data in the provinces in recent years1.2.2 国外发展 1）美国 美国PTC政策（生产税抵免政策）延长实施四年或将促进2017-2020年新增风电吊装容量创新高，接近40GW。风电行业供需侧多种因素的影响下，预计大部分吊装容量将于2019、2020年实现并网，政治环境不稳定与施工资源短缺或将阻碍风电项目的开发。除此之外，近年来为了享有税务优惠而参与风电建设的投资商撑起了风电项目融资的半边天，超半数的吊装项目融资来自他们的资金支持，而如今遭遇企业所得税改革，对行业的投资热度将降低。边境政策的调整与其它电价措施的的出台也将阻碍本地供应链的发展，导致国内行业发展将越来越依赖于进口风机零部件。工程、采购与施工资源的短缺问题也迫在眉睫。 MAKE预计加拿大风电市场将于2017-2026年间，新增6.2GW吊装容量。2017-2019年间，加拿大东部省份将成为新增容量主力地区，此后，由于政府对风电开发的支持力度不断削减、电力行业大规模的去碳化进程加快、电力需求走低，该区域的新增容量预测将减少。从2019年末起，Alberta与Saskatchewan省的电力采购需求将导致此后至2026年间，风电需求向西转移。对于加拿大东部的Quebec省而言，因美国东北部对加拿大水电需求较高，风电作为非水可再生能源可补足省内电力需求，该省将成为2021年后仍能保持较高吊装容量水平的唯一一个东部省份。 2）加拿大 加拿大自然资源部长称，随着加拿大将经济多样化提上日程，风能时代可能即将开始。参加区域能源大会的风能倡导者和政府官员们视察了魁北克地区，因为北美的能源格局正在转变。加拿大风能协会主席罗伯特奥尔南表示，需要更多依靠低碳资源来拉动经济增长。同时说道：“我们有资源并且有技术”。据加拿大政府估计，该国的风电投资组合占全球第8位，装机容量已达1200万千瓦。一些省级政府正在主动开发清洁能源，萨斯克切温省正在努力发展且承诺在2030年之前达到50的电能从可再生能源中获取。 加拿大自然资源部长吉姆凯尔称：“这很明显，风能的时代已经到来，我们的政府已经承诺要处理气候变化，并且我们知道风能将在这些努力中扮演决定性的角色。”1.3 设计内容 齿轮箱的工作过程为：风作用到叶片上，驱使风轮旋转。旋转的风轮带动齿轮箱主轴转动将动能输入齿轮副。经过三级变速，齿轮副将输入的大扭矩、低转速动能转化成低扭矩、高转速的动能，通过联轴器传递给发电机。发电机将输入的动能最终转化为电能并输送到电网。本次毕业设计主要设计的是风力发电机的传动机构部分，把叶片转动产生的机械能转化为电能达到最大值，并且储存起来供用户或者工厂使用，其次还要考虑一些其他机构的因素和外在风力大小对整个风力发电机的影响。主要步骤为： 1）选择齿轮箱的传动形式 2）根据提供的总传动比分配分传动比3）根据传动比查表选择合适的齿轮数、模数，并对齿轮进行校核 4）设计各级传动轴，并对轴径最小的轴进行校核计算5）根据总体要求选择合适的行星架、箱体6）对风力机功率的影响因素进行分析7）绘制三维模型，并对其进行仿真模拟8）对课题进行技术经济性分析 2 风力发电机的结构组成2.1 风力发电的原理 风力发电的原理：叶片带动轮毂转动是因为风能带动叶片旋转运动的结果，同时轮毂与齿轮箱的主轴相连接，所以齿轮箱内部结构也会跟随着转动，轴的转动带动齿轮旋转，一级一级的传递下去，最后从齿轮箱的输出轴传递出去到发电机部分。风力发电是目前一项新兴的再生能源可回收利用的技术，在世界各地都广发地应，并受各国资源局的青睐，同时该项技术不但缓解环境污染的问题，而且可再生能源的利用可促进了生态平衡。在部分地区已经建立了多个风力发电机，并已投入使用，取得显著的成果。风力发电机的组成部分主要有8个部分且每一份组成部分都起到了关键性的作用，且缺一不可。即：叶片、轮毂、机体、发电机、塔基、齿轮箱、发电机以及偏航系统。如图所示:图2-1 风能回转机械能电能Fig. 2-1 wind energy - rotating mechanical energy - electric energy2.2 发电机结构图2-2 工作流程Fig. 2-2 workflow 风力发电机是将风能转换为机械功的动力机械，又称风车。广义地说，它是一以大气为工作介质的能量利用机械。 机舱：机舱包容着风力发电机的关键设备，包括齿轮箱、发电机。维护人员可以通过风力发电机塔进入机舱。机舱左端是风力发电机转子，即转子叶片及轴。 转子叶片：捉获风，并将风力传送到转子轴心。 轴心：转子轴心附着在风力发电机的低速轴上。 低速轴：风力发电机的低速轴将转子轴心与齿轮箱连接在一起。轴中有用于液压系统的导管，来激发空气动力闸的运行。 齿轮箱：齿轮箱左边是低速轴，它可以将高速轴的转速提高至低速轴的50倍。 高速轴及其机械闸：高速轴以1500转每分钟运转，并驱动发电机。它装备有紧急机械闸，用于空气动力闸失效时，或风力发电机被维修时。 发电机：通常被称为感应电机或异步发电机。 偏航装置：借助电动机转动机舱，以使转子正对着风。偏航装置由电子控制器操作，电子控制器可以通过风向标来感觉风向。图中显示了风力发电机偏航。通常，在风改变其方向时，风力发电机一次只会偏转几度。 电子控制器：包含一台不断监控风力发电机状态的计算机，并控制偏航装置。为防止任何故障（即齿轮箱或发电机的过热），该控制器可以自动停止风力发电机的转动，并通过电话调制解调器来呼叫风力发电机操作员。 液压系统：用于重置风力发电机的空气动力闸。 冷却元件：包含一个风扇，用于冷却发电机。 塔：风力发电机塔载有机舱及转子。通常高的塔具有优势，因为离地面越高，风速越大。它可以为管状的塔，也可以是格子状的塔。管状的塔对于维修人员更为安全，因为他们可以通过内部的梯子到达塔顶。格状的塔的优点在于它比较便宜。 风速计及风向标：用于测量风速及风向。3 传动机构设计3.1 设计参数表3-1 参数表Tab. 3-1 parameter list项目 数量总传动比i额定功率/kW输入转速/rpm输出转速/rpm模数/m104150018009.7119120由于风力发电机运转的环境恶劣，受力情况复杂，因此要求所用材料除了要满足机械强度条件以外，还应该能满足在极端温差条件下所具有的材料特性，比如抵抗低温冷脆性、冷热温差影响下的尺寸稳定性等。由以上条件可知外齿轮制造精度不低于6级，即齿面硬度6062HRC（太阳轮）和5658HRC（行星轮）。与此同时为提高承载能力，齿轮、轴类采用合金钢制造，具体为外齿轮采用20CrMnMo材料，内齿圈采用42CrMo材料。3.2 设计方案3.2.1 方案的讨论 对于兆瓦级风力发电机的齿轮箱的传动比一般在100左右，分为两种传动传动形式：一级行星齿轮+两级平行轴传动和二级行星齿轮+一级平行轴传动。传动系统多采用行星传动，因行星传动具有很有优点，如下： 1）传动效率高，体积小，重量轻，结构简单，制造方便，传递功率范围大，使功率分流； 2）合理使用内啮合，共轴线式的传动装置，使轴向尺寸大大缩小； 3）运动平稳、抗冲击和振动能力较强但是行星齿轮传动也有一定的缺点，如下： 1）结构形式比定轴齿轮传动复杂、对制造质量要求高； 2）因体积小散热面积小，导致油温升高，对润滑和冷却要求严格。3.2.2 初步确定总体结构设计根据以上分析的结果，采用二级行星传动+一级平行轴传动的方式，提高了速比，降低了齿轮箱的体积。与此同时，主轴内置于齿轮箱的内部。不需要现场主轴对中；主轴轴承采用稀油润滑，效果更好；大大减小了机舱的体积。如图所示：图3-1 传动机构的原理图Fig. 3-1 schematic diagram of drive mechanism3.3 传动比的分配 根据参数，传动比为1:104，电动机额定转速为=1800r/min，所以风轮转速为=i=1800=17.3r/min （3-1） 齿轮箱采用NGW型号的形式，行星轮机构定为2级，每级传动比可按机械设计手册第四版第三卷中表14-5-5查得： 第一级行星轮传动比 ：=7.1 第二级行星轮传动比： =5.6 则一级平行轴的传动比：=2.62 （3-2）3.4 齿数的选择 行星齿轮传动由于有多对齿轮同时参与啮合承受载荷，要实现这一目标行星轮各齿轮数必须满足一定的几何条件： 1）同心条件：为了保证正确的啮合，各对啮合齿轮之间的中心距必须相等。太阳轮A与行星轮C的中心距等于行星轮C与内齿轮B的中心距。即：+=- （3-3） 2）装配条件：保证各行星轮能均布地安装在两中心齿轮之间，并且与两个中心轮啮合良好，没有错位现象。为了简化计算和装配，应使太阳轮和内齿轮的齿数和等于行星轮数目的整数倍。即：=n （3-4） 3）邻接条件：必须保证相邻两行星轮互不相碰，并留有大于0.5倍模数的间隙，即行星轮齿顶圆半径之和小于其中心距L。即：（）sin+2（+） （3-5） 4）传动比条件：=-1 （3-6）3.4.1 齿数的选用 1）第一级行星轮系传动设计 第一级行星轮系选用直齿圆柱齿轮，其齿轮精度等级为5级精度。 当=7.1时，查表3-2行星齿轮传动设计 =19 =50 =119 则=7.0588 P=0.58%4% 合理 （3-7） 初选模数 m=16 齿顶高 =116=16mm （3-8） 齿根高 =（+）m=（1+0.25）16=20mm （3-9） 齿高=16+20=36mm （3-10） 齿宽：b=（0.41.2）=(0.41.2)552=（220.8662.4）mm （3-11） 太阳轮： 分度圆直径：=m=1619=304mm （3-12） 齿顶圆直径：=+2=304+216=336mm （3-13）齿根圆直径：=-2=304-220=264mm （3-14）齿宽： （3-15） 行星轮：分度圆直径：=m=1650=800mm （3-16）齿顶圆直径：=+2=800+216=832mm （3-17）齿根圆直径：=-2=800-220=760mm （3-18）齿宽： （3-19） 内齿圈：分度圆直径：=m=16119=1904mm （3-20）齿顶圆直径：=+2=1904+216=1936mm （3-21）齿根圆直径：=-2=1904-220=1864mm （3-22）齿宽： （3-23) 2）第二级行星轮系传动设计 当=5.6时，查表3-2行星齿轮传动设计 =19 =35 =89 则=5.6842 P=1.48%4% 合理 (3-24） 初选模数 m=14齿顶高 =114=14mm （3-25）齿根高 =（+）m=（1+0.25）14=17.5mm （3-26）齿高=14+17.5=31.5mm （3-27）齿宽：b=（0.41.2）=(0.41.2)378=(151.2453.6)mm （3-28） 太阳轮：分度圆直径：=m=14=266mm （3-29）齿顶圆直径：=+2=266+214=294mm （3-30）齿根圆直径：=-2=266-217.5=231mm （3-31）齿宽： （3-32） 行星轮：分度圆直径：=m=1435=490mm （3-33）齿顶圆直径：=+2=490+214=518mm （3-34）齿根圆直径：=-2=490-217.5=455mm （3-35）齿宽： （3-36） 内齿圈：分度圆直径：=m=1489=1246mm （3-37）齿顶圆直径：=+2=1246+214=1274mm （3-38）齿根圆直径：=-2=1246-217.5=1211mm （3-39）齿宽： （3-40） 3）第三级平行轴圆柱直齿轮设计 当=2.62时， =55 初选模数 m=10齿顶高 =110=10mm （3-41）齿根高 =（+）m=（1+0.25）10=12.5mm （3-42）齿高=10+12.5=22.5mm （3-43）齿宽b=（0.41.2）=(0.41.2)380=（152456）mm （3-44） 小齿轮： 分度圆直径：=m=210mm （3-45）齿顶圆直径：=+2=210+=230mm （3-46）齿根圆直径：=-2=210-212.5=185mm （3-47）齿宽 （3-48） 大齿轮：分度圆直径：=m=1055=550mm （3-49）齿顶圆直径：=+2=550+=570mm （3-50）齿根圆直径：=-2=550-212.5=525mm （3-51） 齿宽3.4.2 齿轮的校核在行星轮系传动中，太阳轮与行星轮间接触强度最大，故只需验证该啮合副齿轮接触强度即可。 功率的计算P： 输出轴：=1500kW （3-52） 轴：=/=1530.6kW （3-53） 轴：=/=1593.7kW （3-54） 轴：=/=1659.4kW （3-55） 主轴：=/=1728.6kW （3-56）转矩的计算T：主轴 （3-57）轴= （3-58）轴 （3-59）轴 （3-60） 1）第一级行星轮传动 （1）太阳轮和行星轮外啮合接触强度及弯曲强度校核： 太阳轮A和行星轮C的材料选用20CrMnMo，渗碳+正火+低温回火，齿面硬度5662HRC，查阅机械设计手册（第四版），选取=1500MPa，=480MPa 主轴转矩（输入轴） （3-61） 太阳轮输入转矩为 （3-62） 太阳轮轮齿上的转矩为 = （3-63）式中 行星轮个数，=3； 太阳轮浮动时载荷分配的不均衡系数，=1.15。 使用系数 动载系数为 （3-64）式中 小齿轮的速度 （3-65） 计算接触强度时的齿向载荷分布系数为 （3-66） 计算弯曲强度时的齿向载荷分布系数 （3-67） 齿轮间载荷分布系数为 （3-68） 则综合系数为 （3-69） （3-70） 齿面接触应力为（3-71）式中 钢制齿轮的弹性系数，；节点区域影响系数，；螺旋角系数，；重合度系数， （为与的重合度， 为圆周力，即： (3-72)齿面许用接触应力为 （3-73） 式中 润滑系数， 速度系数， 粗糙度系数，即： 工作硬化系数， 接触强度计算时的尺寸系数，即： 所以接触强度的安全系数为: 合理 （3-74） 太阳轮齿根弯曲应力为 （3-75）式中 重合度系数 螺旋角系数，; 齿形系数，。 齿根许用弯曲应力为: （3-76） 齿根弯曲强度的安全系数为: 合理 （3-77） （2)行星轮与内齿圈弯曲强度校核： 内齿圈齿轮的材料选用42CrMo，调质，齿面硬度HBS260，查手册，选取，内齿轮齿根弯曲应力为 （3-78） 齿根许用弯曲应力为 (3-79) 齿根弯曲强度的安全系数 1 故符合要求 (3-80) 2）第二级行星轮传动同以上计算过程得： 1 故符合要求 (3-81) 3）第三级直齿轮传动同以上计算过程得： 1 故符合要求 (3-82)3.5 轴的设计3.5.1 低速级传动轴尺寸设计 因为传递的功率适中对重量和结构尺寸没有特殊要求，参考机械设计手册，选用轴的材料为45号钢，调质处理。根据轴的直径计算公式： (3-83) 计算轴的最小直径并加大3%用来考虑键槽的影响.查机械设计手册知A=107118，取A=113初定最小直径，低速级传动轴不长，采用两端螺钉固定方式。然后按轴上零件的安装顺序，确定轴各数据。3.5.2 中间级传动轴的设计 因为传递的功率适中对重量和结构尺寸没有特殊要求，参考机械设计手册，选用轴的材料为45号钢，采用调质处理。根据轴的直径计算公式： (3-84)计算轴的最小直径并加大3%用来考虑键槽的影响查机械设计手册得A=107118，取A=113初定最小直径轴，中间级传动轴不长，采用两端螺钉固定方式。然后按轴上零件的安装顺序，确定轴各数据。3.5.3 高速级轴的设计 最小轴直径的设计计算公式 (3-85) 式中 功率，即/=1530.6kW； 转速，即； 查表可知A在107118范围内，A取113。由于轴的末端要与联轴器相连，需开键槽，根据计算轴的最小直径并加大3%用来考虑键槽的影响。3.5.4 轴的校核风力发电机的传动机构中输出轴的轴径最小，因此校核该轴即可。具体步骤为下：图3-2 力的位置大小与方向的确定Fig. 3-2 determination of position, size and direction of force图3-3 约束位置的确定Fig. 3-3 determination of constraint position图3-4 最大元素尺寸的确定Fig.3-4 determination of the maximum element size图3-5 网格划分图Fig. 3-5 mesh diagram图3-6 应力结果图Fig. 3-6 stress result diagram轴选用的材料为45号合金钢，其热处理为调质，查机械设计手册表8-1得知，根据机械设计手册表8-3可知，,根据有限元分析可知，因此轴合格。3.6 行星架的选用 行星架是行星齿轮传动中结构比较复杂的一个重要零件，在行星轮传动系中有着承上启下的作用，并直接影响着增速箱的寿命和增速箱的噪声，一个合理的行星架应是具有足够的强度和刚度，动平衡性好，能保证行星轮间的载荷分布均匀，同时也具有良好的加工和装配工艺。可使行星齿轮传动具有较大的承载能力和较好的传动平稳性以及较小的振动和噪声。在最常用的NGW型传动中，它也是承受外力矩最大（除NGWN型外）的零件。行星架有双臂整体式、双臂剖分式和单臂式三种形式。为了使齿轮箱固定更牢固、整体更稳定，选用双臂整体式。3.7 箱体的设计与选用3.7.1 齿轮箱箱体设计箱体是齿轮箱的极为重要的零件，它承受来自风轮的作用力与齿轮传动时产生的反力。箱体必须具有足够的刚性去承受外力和力矩的作用，防止其变形，保证其质量。对于箱体材料的选择，应该采用铸铁箱体发挥其减震性，便于切削加工等特点，适于大批量的生产，常用的材料多为球墨铸铁和其他高强度铸铁。设计箱体时应避免壁厚产生突变，降低厚壁差，已免产生缩孔与缩松等缺陷。当风力发电机的单件小批量地生产时，更多采用的是焊接或焊接和铸造相融合的箱体。为了降低机械加工过程中和使用中的变形现象，为了防止出现裂纹，需要在铸造或者焊接箱体必须进行退火和时效处理来消除内应力。为方便装配和定期检查齿轮的啮合情况，箱体设计应有助于拆卸装配。3.7.2 齿轮箱的冷却和润滑 齿轮箱的润滑十分重要，良好的润滑能够对齿轮和轴承起到足够的保护作用。此外还具有如下性能： 1) 减小摩擦和磨损，具有高的承载能力，防止胶合。 2）吸收冲击和振动。 3）防止疲劳点蚀。 4）冷却、防锈、抗腐蚀。 本齿轮箱采用飞溅润滑+加压润滑方式，此种方式可以起到更好的润滑作用。系统采用 Mobilgear SHC XMP 320合成润滑油，它在极低温度状况下具有较好动性；在高温时的化学稳定性好并可抑制黏度较低。3.7.3 齿轮箱的使用及其维护 阅读SL1500安全手册。所有操作必须严格遵守SL1500安全手册。如果环境温度低于-20 ，不得进行维护和检修工作。低温型风力发电机, 如果环境温度低于-30 ，不得进行维护和检修工作。如果超过下述的任何一个限定值，必须立即停止工作。不得进行维护和检修工作。重要提示： 对齿轮箱进行任何维护和检修，必须首先使风力发电机停止工作，各制动器处于制动状态并将叶轮锁锁定。 如特殊情况，需在风力发电机处于工作状态或齿轮箱处于转动状态下进行维护和检修时（如检查轮齿啮合、噪音、振动等状态时），必须确保有人守在紧急开关旁，可随时按下开关，使系统刹车。当处理齿轮箱润滑油或打开任何润滑油蒸汽可能冒出的端盖时，必须穿戴安全面具和手套。当使用合成油时，这一点特别重要，因为它可能有刺激性并且有害。4 影响风力发电机功率的因素风力发电机的运作功率越高，产生的电量越大，但现实状况总是存在很多因素影响着风力机的功率，下面对其进行介绍：风力大小对功率的影响叶片附着物对其转动产生的阻碍因素对功率的影响齿轮箱设计对功率的影响因素轴的合理设计对功率影响根据以上分析的结果并根据现有情况分析，大多数风力发电机都安装在一些偏远地区，且这些地区自然环境一般处于劣势状态，比如：易有暴风雪天气，也会出现冰雹暴雨天气，同时也存在一些大风天气。这些恶劣的环境也影响着风力发电机的工作状态，且影响着风力发电机的最终的功率。4.1 风力大小对功率的影响根据现有情况分析，塔基建立的越高风力越大，这样叶片转动的速度也越快，使到达的发电机的机械能就越多，产生的电能也因此增加。但是塔基建立的越高也会产生一些危险，因为风力的增加，叶片不能承受住风能的带来的速度将会从机体处脱落，一旦叶片脱落就会产生危险，危害到现场工作人员或者其他发电机的的正常运作。4.2 叶片附着物对其转动产生的阻碍因素对功率的影响对于一些寒冷地区的风力发电机，叶片常被冰雪覆盖且融化成水之后瞬间凝固在叶片上，导致叶片重量增加，对于正常状态下的风力，叶片转动的速度将会降低，风力发电机的功率便会下降，所以我们消除叶片上的附着物，减小阻力，提高功率。如图所示：图4-1 风力机稳定时达到的转数Fig. 4-1 the revolutions reached by the wind turbine when it is stable图4-2叶片附着物不同类型时转数变化Fig. 4-2 change of revolution time of different types of blade attachment4.3 齿轮箱设计对功率的影响因素 风力发电机内部主要的传动结构就是齿轮箱机构，该机构的设计合理以及传动比的分配正确也影响着风力发电机的功率大小。因此对于齿轮箱传动比部分的设计主要遵从从大到小的一个原则，这样的分配方式可以使主轴部分输入进来的高扭矩、低转速转化成低扭矩、高转速的这样一个结果，使齿轮箱输出轴输出的功率可达到最大值，但是如果传动比分配相差太大也会出现受力不均衡。因此合理的分配传动比和选用适当的齿数对于风力发电机的功率起着关键性的作用。4.4 轴的合理设计对功率影响轴的设计的合理对于风力发电机的功率有着重要的作用，在风力发电机运作过程中，轴主要起着传动和固定齿轮的作用。首先，如果设计的轴过于短小，则不能完全固定住齿轮，则齿轮旋转时会脱离轨道，设计的轴过于长，则会出现材料浪费现象且会影响下一动作的运行。其次，轴径过小其受力不均衡，会出现断裂现象，更加带不动齿轮的旋转。综上所述，合理地进行轴的设计是风力发电机的重要工作。5 齿轮箱的三维建模5.1 软件介绍 SolidWorks主要是一款三维建模且能仿真模拟的画图软件，该软件可以将设计好的二维图纸进行绘制成三维模型，有助于方便理解整个机构的立体形态。其次可以用SolidWorks软件检测设计的模型受力是否合理，即：绘制的三维模型在仿真模拟环节启动一个轴转动，之后就可以根据后面齿轮等结构是否转动来判断设计是否合理，同时也模拟进行校核，避免了公式计算的繁琐。同时SolidWorks页面设计简单明了且每项操作都是具体的说明操作，初学者可通过这些指示进行绘制。具体操作步骤为： 1）选择一个基准面进行草图绘制（相当于手绘的图纸）； 2）点击完成草图按钮，进行三维模型的建立； 3）重复前两步； 4）建工程图。5.2 建模截图5.2.1 一级行星系传动 该部分主要为一级行星齿轮传动部分的截图，此部分由一个内齿圈、三个行星齿轮、一个太阳轮以及一个双卧式行星架组成。三个行星轮均匀地环绕在太阳轮外侧并与太阳轮外啮合，同时，内齿圈包含整个外啮合部分，与三个行星轮形成内啮合的形式。固定行星齿轮的是双卧式行星架，太阳轮与外侧的均匀分布的三个行星轮采用外啮合，这样太阳轮就不需要在进行固定，因为行星齿轮正好能锁死太阳轮。外侧部位是箱体的一部分，主要起保护作用。如图所示：图5-1 一级行星传动截图（1）Fig. 5-1 screenshots of planetary transmission at level 1 (1)图5-2 一级行星传动截图（2）Fig. 5-2 screenshots of planetary transmission at level 1 (2)5.2.2 二级行星系传动 该部分主要为二级行星齿轮传动部分的截图，此部分由一个内齿圈、三个行星齿轮、一个太阳轮以及一个双卧式行星架组成。三个行星轮均匀地环绕在太阳轮外侧并与太阳轮外啮合，同时，固定行星齿轮的是双卧式行星架，太阳轮与外侧的均匀分布的三个行星轮采用外啮合，这样太阳轮就不需要在进行固定，因为行星齿轮正好能锁死太阳轮。行星架主要固定行星轮，太阳轮与行星轮外啮合，因为是三个行星轮包围着太阳轮，所以太阳轮处于悬浮状态。外侧部位是箱体的一部分，主要起保护作用。如图所示：图5-3 二级行星传动截图Fig. 5-3 two stage planetary transmission screenshot5.2.3 三级平行轴传动该部分主要为三级平行轴传动部分的截图，此部分由一个大齿轮和一个小齿轮组成，且两者处于外啮合状态。同时，小齿轮中间插入的是输出轴，直接将齿轮箱的机械能传入到发电机发电。同时外侧部位是箱体的一部分，主要起保护作用。如图所示： 图5-4 三级平行轴传动截图Fig. 5-4 three parallel shaft drive screenshot5.2.4 箱体图 该部分是齿轮箱的箱体图，该部分主要起到保护作用，且由主轴部分向输出部分依次排开，且按照直径由大到小的顺序。齿轮箱底部是一个具有加强筋的底座，主要是使箱体不与机体相接触，减少磨损。如图所示：图5-5 箱体整体剖视图Fig. 5-5 overall cutaway view of box body图5-6 箱体外观左视图Fig. 5-6 left view of cabinet appearance图5-7 箱体外观右视图Fig. 5-7 right view of cabinet appearance图5-8箱体一级剖视显示图Fig. 5-8 display view of the first stage of box body5.2.5 整体剖视图 从剖视图中可清晰地看出，传动机构整体的分配方式以及传动顺序，清晰地表达了风力发电机传动机构的设计方案的特点，更有助于理解。如图所示：图5-9 整体横向剖视图Fig. 5-9 overall cutaway view图5-10 整体纵向剖视图Fig. 5-10 overall vertical cutaway view6技术经济性分析6.1零件材料的经济性分析 零件的经济性首先表现在零件本身的生产成本上。设计零件时，应力求设计出耗费（包括钱财、制造时间及人工）最少的零件。要降低零件的成本，首先要采用轻型的零件结构，以降低材料消耗；采用少余量或无余量的毛坯或简化零件结构，以减少加工工时。这些对降低零件成本均有显著的作用。工艺性良好的结构就意味着加工及装配费用低，所以工艺性对经济性有着直接的影响。采用廉价而供应充足的材料以代替贵重材料；对于大型零件采用组合结构以代替整体结构，都可以在降低材料费用方面起到积极的作用。另外，尽可能采用标准化的零、部件，就可在经济性方面取得很大的效益。如果能够综合考虑产品生命周期中的加工制造、装配、检测、维护等多种成本因素，零件材料的经济性会提高到一定高度。例如：在本次设计中的轴需采用较高性能的Mn来制作，就会导致整个风力发电机制作的成本高了，如果改用45号钢来制作轴，虽然性能低于Mn，但是它也能够承受住齿轮转动产生的载荷力，满足设计要求，更可观的是45号钢的成本远远低于Mn的价格，更能体现出经济上的合理性。为了满足零件在经济性分析上的合理性，延长零件的使用的寿命周期，也可以从工序、所用的夹具，所加工的设备，生产流程上一步步进行优化，使整个生产达到零损耗，降低设计成本。 对风力发电机传动机构的设计方案进行经济评价，就是为了选择制造费用最少的方案，制造的费用包括材料的费用、工人的工资、管理的费用等。假如现在将机构的研发费用也包括在制造费用中，可以用下式进行经济评价。 （6-1）式中 Y经济评价值 H实际制造费用 Hs标准制造费用，是允许制造费用的0.7倍 允许制造费用为： （6-2）式中 PMmax变速箱的适宜市场价格 标准价格对制造费用的比值 P标准价格（制造费用+研制费用+管理费用+销售费用+利润+税金）其中，当Y=0.7说明方案的经济性比较好，如Y大于0.7则经济性比较好。由于对上述内容没有具体的数值，所以无法进行计算分析。6.2方案选择上的技术性分析按照评分标准对设计方案的各个评价项目进行打分，然后进行技术评价的技术。技术评价的公式如下： （6-3）式中 X技术评价值 Pi每个评价项目的得分数 Pmax标准分数（10或4），即评价项目的最高分本次毕业设计主要围绕的是风力发电机传动机构的设计，对于兆瓦级的风力发电机，为了运行紧凑，而采用三级传动的方式，但是由于三级传动的组合有四种：三级行星传动二级行星传动+一级平行轴混合传动一级行星传动+二级平行轴传动三级平行轴传动。对这四种组合方式进行比较：实际应用中行星传动所运用的费用高、制作成本大、工艺性复杂，但其性能好，运作平稳；平行轴传动不稳定、性能差，但其制作方便，工艺性简单，所运用的费用较少。表6-1风力发电机选择方案的技术评价Table 6-1 technical evaluation of wind turbine generator selection scheme序号技术性能指标评分标准第一种方案第二种方案第三种方案第四种方案123运动是否稳定质量结构的工艺性441443333124444续表6-145维修方便可靠性14140.7033170.8532140.7041120.6044201.00通过表中结果可知方案的效果最好，因此本次设计采用两级行星传动+一级平行轴的混合传动。此外，风力发电机一般建立在地理位置偏僻、地域广阔的地方，因其所处的环境恶劣、条件差，且风力发电机运作时需要稳定的传动机构，这样才能将电能尽可能多的转化成电能，所以上述的四种方案中、和较为满足需求。但是考虑到加工时所需要的费用问题，第种方案较为昂贵，不能达到经济上的合理性。现在就剩下和这两种方案，这两种都是采用行星传动和平行轴传动混合的传动方式，这样的混合传动满足了经济上的合理性，但对于技术上的先进性方面考虑，方案更为合理，其二级行星传动稳定性比一级行星传动稳定性高，虽然在加工方面方案比的费用高，但方案能够将更多的风能转化成电能，转化的效率高。总之，产品成本涉及多方面的因素，要降低企业的生产成本，材料的选择、工艺的确定以及先进设计、管理方法的运用都是关键，而达到技术上的先进性和经济上的合理性并两者结合得出的最终方案才能达到技术经济上的完美呈现。使方案的选择更加的合理，实行方案的流程更加顺畅，此外对于加工等额外条件的规划更加明确。7 结论本次设计从开题报告、初步设计、中期检查、后期更改以及最后定稿，总共用了三个月的时间，从大四下学期开学到五月份末这段时间来说，将自己的设计题目弄得明明白白是真的有所欠缺，导致自己的设计也存在许多不足之处，不过经过老师和同学的帮忙，使我的毕设进度更快，完善的更完美。但是从内容来说，我的毕业设计还算饱满，数据、二维图纸、三维建模以及仿真都已完成。总体来说设计的完成是建立在导师的精心指导和我自己广泛地查阅资料上。在本次的设计中，我还是获益匪浅的，这次毕业设计是对我大学四年的所学知识的一个综合考试，不只是本专业，还包括计算机建模仿真方面的应用知识。下面主要就设计内容总结。本次毕业设计以风力发电机传动机构为主要研究对象，在充分了解风力发电机的结构组成和工作原理的基础上，进行齿轮箱的整体设计。论文的前两章对风力发电机的发展及结构做了一个大概的介绍，第三章为该毕设的重点部分，所以对于该部分进行详细的设计。在这次设计中主要遇到了以下几个问题：第一，在传动比方面的分配。目前NGW级风力发电机，对于双馈式，由于采用增速齿轮箱，如前所述采用的是行星轮系与定轴轮系混合式的传动型式，在传动比的分配上一般是前一级的传动比高于后一级。在本次设计中采用的是两级行星轮系和一级平行定轴轮系相混合的传动结构型式，分配传动比时，尽量达到由大到小的传动比分配。 第二，对于行星架的选择上，对于所设计的行星轮的结构特点，选用不同的行星架对其进行固定，因此对于这部分考虑的时间比较长，也跟指导老师进行探讨，最终最为适合本次毕设的双臂剖分式。最后，在风力发电机越来越向大功率、变桨距发展的今天，齿轮箱作为传动系统的重要部件，随着经济、技术的发展，从材料、传动可靠性、再到传递效率，将呈现精密化、可靠性高、传递效率大的趋势。风力发电也必将成为各国家的重要发电产业之一。致谢大学四年的时间即将结束，在这四年里，我们经历过欢笑、争吵、哭闹，有泪有笑，感觉这四年的时光过得似乎快了些，还有一些事情还没做，就这样结束了。首先要感谢我的室友，刚入大一时，我还是一个害羞的姑娘，是你们的热情感染了我，让我更快的融入到咱们这个团队中，更快的适应这个环境。其次要感谢我们的老师，正是你们的谆谆教导，使我大学这四年都没有挂科，虽然奖学金一次都没获得过，但是我是知足的。特别感谢实验室的老师们，正是你们的指导和鼓励，才使我学到好多新的知识，并把它们运用到实践中，带着参加一次次大型的国家或者省级的比赛，虽然做比赛作品的过程很煎熬，但是成绩还是可人的，没有辜负我们的努力。也是因为这一次次的荣誉，才使自己的价值发挥到极致，而不是平平庸庸度过自己的大学四年的时光，当我老时，还可以拿着自己的证书以及作品照片回忆当时夜以继日的奋斗时光。大学如果说是一节课的话，我是用四年的时间上完这一重要的课程。而这重要的一课使我人生中的辉煌的一点，因为曾经的我碌碌无为，不参加任何活动和比赛，只是呆呆的坐在教室里上课、做作业、做卷子，从没想过自己将来要成为什么的人。进入大学的校门，认识了来自不同城市、不同性格的同学，跟他们相处的日子，是我最开心的日子，也使我自己认识到自己该向什么方向前进，虽然大学四年的时间即将过完，但是研究生的生涯还将在这个度过三年，希望三年之后的自己更加充实。最后，感觉指导老师安老师以、张老师以及刘老师对我毕业设计的指导，正是老师们的指导，才使我一步一步走的踏踏实实，少走了很多弯路；正是你们对我图纸的改错，才使我的图纸能完成呈现出最完美的状态，谢谢老师！在论文完稿过程中，参考了有关教科书、资料、手册和文章的内容，在此向所有参考文献中的作者致以崇高的敬意和感谢。参考文献1 黄茂林，秦伟.机械原理M.北京.机械工业出版社，2002.2 张春林，曲继芳.机械创新设计M.北京：机械工业出版社，2001.3 成大先.机械设计手册第五版M.北京：化学工业出版社，2010.4 孙志礼.机械设计.东北大学出版社，2013.5 贾彦，常泽辉.风力机原理与设计，北京：中国电力出版社，2015.6 詹姆斯曼韦尔.风能利用：理论、设计和应用（第2版）.西安交通大学出版社，2015.7 杨校生.风力发电技术与风电场工程，北京：化学工业出版社，2011.8 王建录.风能与风力发电技术，北京：化学工业出版社，2015.9 贺德馨，等.风工程与工业空气动力学M.北京：国防工业出版社，2006.10 王承煦，张源.风力发电M.北京：中国电力出版社，2006.11 宫靖远，等.风力电厂技术手册M.北京：机械工业出版社，2015.12 郭新生.风能利用技术M.北京：化学工业出版社，2007.13 苏绍禹.风力发电机设计与运行维护M.北京：中国电力出版社，2007.14 刘万琨，张志英，李银凤，等.风能与风力发电技术M.北京：化学工业出版社，2007.15 肖湘宁，韩民晓，徐永海，等.电能质量分析与控制M.北京：中国电力出版社，2014.16 廖明夫，R.Gasch,J.Twele.风力发电技术M.西安：西安工业大学出版社，2015.17 吴晓朝.风电场电能质量分析与实时监测系统的研究D.华南理工大学，2006.18 刘忠明，段守敏， 王长路.风力发电齿轮箱设计制造技术的发展与展望 J .机械传动，2006.19 刘贤焕，叶仲和.大型风力发电机组用齿轮箱优化设计及方案分析 J.机械设计与研究， 2006. 20 李俊峰，高虎，施鹏飞等.2007中国风电发展报告 M.北京：中国环境科学出版社,2007.21 Molly JP. Wind Energy-theory,Application,MeasuringM.2nd edition Verlag C. F. Muller,Karlsruhe,2010.附录A风力发电技术 风能是非常重要并储量巨大的能源，它安全、清洁、充裕，能提供源源不绝，稳定的能源。目前，利用风力发电已成为风能利用的主要形式，受到世界各国的高度重视，而且发展速度最快。风能技术是一项高新技术，它涉及到气象学、空气动力学、结构力学、计算机技术、电子控制技术、材料学、化学、机电工程、电气工程、环境科学等十几个学科和专业，因此是一项系统技术，其难度毫不逊色于航天技术。1风能技术的划分风能技术分为大型风电技术和中小型风电技术，虽然都属于风能技术，工作原理也相同，但是却属于完全不同的两个行业：具体表现在“政策导向不同、市场不同、应用领域不同、 应用技术更是不同，完全属于同种产业中的两个行业。因此，在中国风力机械行业会议上已经把大型风电和中小型风电区分出来分别对待。此外，为满足市场不同需求，延伸出来的风光互补技术不仅推动了中小型风电技术的发展，还为中小型风电开辟了新的市场。1.1大型风电技术我国大型风电技术与国际还有一定差距。 大型风电技术起源于丹麦、荷兰等一些欧洲国家，由于当地风能资源丰富，风电产业受到政府的助推， 大型风电技术和设备的发展在国际上遥遥领先。 目前我国政府也开始助推大型风电技术的发展，并出台一系列政策引导产业发展。大型风电技术都是为大型风力发电机组设计的，而大型风力发电机组应用区域对环境的要求十分严格，都是应用在风能资源丰富的资源有限的风场上，常年接受各种各样恶劣的环境考研，环境的复杂多变性，对技术的高度要求就直线上升。目前国内大型风电技术普遍还不成熟，大型风电的核心技术仍然依靠国外，国家政策的引导使国内的风电项目发疯一样在各地上马，各地都期望能借此分得一杯羹。名副其实的“疯电”借着政策的东风开始燎原之势。虽然风电项目纷纷上马，但多为配套类型，完全拥有自主知识产权的大型风电系统技术和核心技术少之又少。还需经历几年环境考验的大型风电技术才能逐渐成熟。此外，大型风电技术中发电并网的技术还在完善，一系列的问题还在制约大型风电技术的发展。1.2 中小型风电技术我国中小型风电技术可以与国际相媲美。在本世纪 70 年代中小型风电技术在我国风况资源较好的内蒙、 新疆一带就已经得到了发展， 最初中小型风电技术被广泛应用在送电到乡的项目中为一家一户的农牧民家用供电，随着技术的更新不断的完善与发展，不仅能单独应用还能与光电组合互补已被广泛应用于分布式独立供电。这些年来随着我国中小型风电出口的稳步提升。在国际上，我国的中小型风电技术和风光互补技术已跃居国际领先地位。中小型风电技术成熟受自然资源限制相对较小，作为分布式独立发电效果显著不仅可以并网，而且还能结合光电形成更稳定可靠的风光互补技术，况且技术完全自主国产化。无论从技术还是价格在国际上都十分具有竞争优势；加上现在在国际已打响了中小型风电的中国品牌；“墙内开花墙外香”已愈演愈烈。在国内最具技术优势和竞争力中小型风力发电一直是被政府和政策遗忘的一个角落，究其原因，在早期国家一直把中小型风力发电定位到内蒙、新疆等偏远地区农牧民使用且归入农机类，价格低廉、粗制滥造、性能可靠度低、安全无保障使用地多为人烟稀少区、国内市场大多都在丧失可靠性的前提下大打价格战；在人们潜意识里形成较差的认识，因此得不到国家的重视和发展。 目前国内中小型风电的技术中“低风速启动、低风速发电、变桨矩、多重保护等等一系列技术得到国际市场的瞩目和国际客户的一致认可，已处于国际领先地位。况且中小型风电技术最终是为满足分布式独立供电的终端市场，而非如大型风电技术是满足发电并网的国内垄断性市场，技术的更新速度必须适应广阔而快速发展的市场需求。1.3风光互补技术风光互补技术是整合了中小型风电技术和太阳能技术，综合了各种应用领域的新技术，其涉及的领域之多、应用范围之广、技术差异化之大，是各种单独技术所无法比拟的。风能和太阳能是目前全球在新能源利用方面技术最成熟、最具规模化和产业化发展的行业，单独的风能和单独的太阳能都有其开发的弊端，而风力发电和太阳能发电两者互补性的结合实现了两种新能源在自然资源的配置方面、技术方案的整合方面、性能与价格的对比方面都达到了对新能源综合利用的最合理，不但降低了满足同等需求下的单位成本，而且扩大了市场的应用范围，还提高了产品的可靠性。此外：太阳能和风能同属新能源，太阳能比风能起步要晚的多，太阳能光伏发电 30 元/瓦左右的价格受大众所认可， 可转化率仅有 15%左右； 而中小型风力发电的价格仅为同等的 1/5-1/6 转化率却有60%-80%，仅此低的价格更有甚者还在打压，光电生产过程中对环境造成的污染远大于风电，却比风电能得到长足的发展，这样的对比反差耐人沉思，如果从人们用能的角度，最终是为了满足用电，从发电量来衡量风能的成本要比太阳能经济许多。风光互补整合了太阳能和风能优势，不仅为“节能、减排”开辟了新的天地，以应用科学来满足人类需求，为世界进入第四次革命打开了一页。2 风力发电有三种运行方式一是独立运行方式，通常是一台小型风力发电机向一户或几户提供电力，它用蓄电池蓄能，以保证无风时的用电；二是风力发电与其他发电方式（如柴油机发电）相结合，向一个单位或一个村庄或一个海岛供电；三是风力发电并入常规电网运行，向大电网提供电力，常常是一处风电场安装几十台甚至几百台风力发电机，这是风力发电的主要发展方向。 在风力发电系统中两个主要部件是风力机和发电机。风力机向着变浆距调节技术、发电机向着变速恒频发电技术，这是风力发电技术发展的趋势，也是当今风力发电的核心技术。下面简单介绍这两方面的情况。2.1 风力机的变浆距调节风力机通过叶轮捕获风能，将风能转换为作用在轮毂上的机械转矩。 变距调节方式是通过改变叶片迎风面与纵向旋转轴的夹角，从而影响叶片的受力和阻力，限制大风时风机输出功率的增加，保持输出功率恒定。采用变距调节方式，风机功率输出曲线平滑。在额定风速以下时，控制器将叶片攻角置于零度附近，不做变化，近似等同于定浆距调节。在额定风速以上时，变浆距控制结构发生作用，调节叶片攻角，将输出功率控制在额定值附近。变浆距风力机的起动速度较定浆距风力机低，停机时传递冲击应力相对缓和。正常工作时，主要是采用功率控制，在实际应用中，功率与风速的立方成正比。较小的风速变化会造成较大的风能变化。 由于变浆距调节风力机受到的冲击较之其它风力机要小得多， 可减少材料使用率， 降低整体重量。且变距调节型风力机在低风速时， 可使桨叶保持良好的攻角， 比失速调节型风力机有更好的能量输出，因此比较适合于平均风速较低的地区安装。 变距调节的另外一个优点是，当风速达到一定值时，失速型风力机必须停机，而变距型风力机可以逐步变化到一个桨叶无负载的全翼展开模式位置，避免停机，增加风力机发电量。 变距调节的缺点是对阵风反应要求灵敏。失速调节型风机由于风的振动引起的功率脉动比较小，而变距调节型风力机则比较大，尤其对于采用变距方式的恒速风力发电机，这种情况更明显，这样不要求风机的变距系统对阵风的响应速度要足够快，才可以减轻此现象。2.2 变速恒频风力发电机变速恒频风力发电机常采用交流励磁双馈型发电机，其结构如图 1 所示。它的结构类似绕线型感应电机，只是转子绕组上加有滑环和电刷，这样一来，转子的转速与励磁的频率有关，从而，使得双馈型发电机的内部电磁关系既不同于异步发电机又不同于同步发电机，但它却具有异步机和同步机的某些特性。 交流励磁双馈变速恒频风力发电机不仅可以通过控制交流励磁的幅值、相位、频率来实现变速恒频，还可以实现有功、无功功率控制，对电网而言还能起无功补偿的作用。 交流励磁变速恒频双馈发电机系统有如下优点: 允许原动机在一定范围内变速运行，简化了调整装置，减少了调速时的机械应力。同时使机组控制更加灵活、方便，提高了机组运行效率。 需要变频控制的功率仅是电机额定容量的一部分，使变频装置体积减小，成本降低，投资减少。 调节励磁电流幅值，可调节发出的无功功率；调节励磁电流相位，可调节发出的有功功率。应用矢量控制可实现有、无功功率的独立调节。3 风能技术的发展需要不断的创新目前，我国风能发展中技术创新还很薄弱，缺乏有自主知识产权的核心技术。因此，在很大程度上还要从国外引进技术。虽然，在知识经济到来的时代，所有国家都充分利用全球资源，通过技术引进和国际合作来缩小差距，提高竞争能力。但是，如果没有自主创新能力，就不知道引进什么先进技术，引进以后也没有能力消化吸收，更不能进行再创新，这是一方面；另一方面，国外的核心技术是引进不来的，必须靠自主创新来掌握核心技术；再者，国内的自主创新技术需要政策给予配套、引导、扶持，拥有核心技术的风能产品要加大扶持力度，这样“墙内开花墙外香”的局面才能得以改变，创新的动力才能来自不断的创新。 总之：风电产业中的风能技术已从单一发电向各个需要用电的领域不断的创新，其附加产品也应运而生如:路灯、景观、交通监控、通讯、灌溉、种植、养殖、海水淡化、防火、警报、海岛高山等。可见风能这个新兴产业的发展能带动了无数个传统产业的发展与转型，而风能在各个领域的应用技术成了这些产业发展的风向标。即将引发的世界革命必将来自于以风能技术等新能源产业的革命。附录BWind Power Generation TechnologyWind is very important and reserves of energy, it is safe, clean, and can provide abundant energy, stability of the stream. Now, use wind power has become the main form of wind, the worlds attention, and the fastest. Wind energy technology is a high-tech; it relates more than a dozen of subjects, including meteorology,aerodynamics, structural mechanics, computer technology, electronic control technology,material science,chemistry, electrical engineering, electrical engineering, so the difficulty of a system technology may beyond the difficulty of space technology.First, The division of wind energy technologies:Wind energy technology is divided into large-scale wind power technology and small and medium sized wind power technology, although both are wind energy technology, working principles are the same, the two industries are completely different: specific performance of the policy orientation is different in different markets, different applications, applied technology is different, totally belong to the same kinds of industries in the two sectors. Therefore, in China machinery industry meeting on the wind to large wind power and wind power to distinguish between small and medium treated separately. In addition, to meet different market needs, extending from the wind and solar technology has not only promoted the development of small wind power technology, but also for the small wind power opens up new markets. 1. Large-scale wind power technology: The technology of large-scale wind power in China still has a certain gap between international. The technology of large-scale wind power technology originated in Denmark and some other European countries, the wind power industry propelled by the government, because of the local wind resource-rich,large-scale wind power technology and equipment ahead of the international development. Our government has also started to boost the development of large-scale wind power technology, and a range of policies to guide industry development. Large-scale wind power technology are for the large-scale wind turbine design,wind turbine applications for large area on the very strict environmental requirements are applied to limited resources, wind energy resource-rich wind field, to accept a variety of perennial bad environment that something was the complex nature of the environment, high demands on the technology up on the line.Currently large-scale wind power technology in general is not yet ripe, the core technology of large-scale wind power still rely on foreign, national policy guidance to the domestic wind power project launched in various places, like crazy, all over look forward to slice. Worthy of the name mad electricity through the wind began to Negative effect and Precaution policy. Although wind power projects have been started, but more as complementary type, complete with independent intellectual property rights of large-scale wind power systems technology and core technology few. The test environment needs to have been a large-scale wind power technology to mature. In addition, the large-scale wind power generation technology and network technology has also improved a number of issues still restrict the development of large-scale wind power technology.2. The technology of small wind power:The technology of small wind power in China could compare with the international technology. In 1970s, the small wind power technology in China had been developed which has wind resources for a better situation, including Inner Mongolia, Xinjiang areas, the first small wind power technology is widely used in power transmission project to the Township for a one of farmers and herdsmen household power supply, continuously updated as the technology improvement and development, not only alone but also with the combination of complementary optical has been widely used in distributed independent power supply. These years as Chinese exports of small and medium wind steadily. Internationally, Chinas small and medium sized wind power technology and wind and solar technology have leapt to international leadership. Small wind power technology is mature and relatively small by natural resource constraints, distributed independent power as a significant effect not only connected, but also the formation of more stable and reliable combination of optical complementary technologies scenery Moreover, technology is completely self-localization. Both from a technical or price in the international arena are very competitive; with international has now started a small wind power in China brand; wall flower wall Hong has intensified. In the countrys most technical advantages and competitiveness of small and medium wind power has always been forgotten by the government and policy in a corner of reasons, in the early states has been to locate the small and medium sized wind power in Inner Mongolia, Xinjiang, farmers and herdsmen in remote areas to use and return into the agricultural class, low cost, shoddy, low-performance reliability, security, no security of land mostly sparsely populated areas, most of the domestic market are subject to loss of reliability of large price war; in people subconsciously form a poor understanding of So get national attention and development. Domestic small wind power technology in the low wind start, low wind speed generation, pitch moment, multiple protection, and a series of technical attention by the international market and international clientsunanimously approved, has a leading position. Moreover, the small and medium Wind power technology is ultimately distributed independent power supply to meet end-market, rather than large-scale wind power generation and network technologies to meet the domestic monopoly market, technology, update rate must be adapted to a broad and rapidly growing market.3. wind and solar technology: Wind is the integration of technical skills and the Small and Medium Wind Energy Solar Energy Technology, combines a variety of applications of new technology, and it covers many areas, the wide range of applications, technical differentiation is so great that a variety of techniques which can separate match. Wind and solar power is currently the world in the use of new energy technology the most mature, most large-scale and industrial development of the industry, separate and individual solar wind has its drawbacks of development, but both wind and solar power complementary combined to realize the two new configuration of energy in natural resources, the technical programs of integration, performance and price compared to aspects of the new energy source for the most reasonable, not only reduces the demand to meet under the same unit cost and expand the scope of application of the market, also increases the reliability of the product. In addition: solar and wind power are both new energy, solar energy than the wind started to be late more than 30 per solar PV / W by the general public about the price of recognition can be converted to a 15% rate;while the price of small wind power conversion rate is only 1/5-1/6 of the same 60% -80%, only the low price Worse still suppressed, photoelectric production of pollution on the environment greater than wind power, than substantial development in wind energy, this comparison contrast twist of meditation ., if people use the energy from the point of view, our goal is to meet the electricity from wind power generating capacity to measure the cost of solar energy economy than many . Wind, solar and wind power integration advantages, not only for the energy saving, emission reduction,opened up new horizons for the application of science to meet human needs, for the world to open a fourthRevolution.Second，Wind power has three kinds of operation mode: one is independent operation mode, usually a small wind generators to one or a few families to provide power, storage battery energy, to ensure the electricity without wind, Second is the wind turbines and other power mode (such as engine power), combining to a unit or an village or an island power supply, Three is wind power into conventional power operate and to provide electric power grid, is often a wind tens or hundreds of sets installed wind generators, this is the main development direction of wind power. Wind power system in the two main parts is wind machine and generators. Wind turbines to change from adjusting technique, plasma generator toward VSCF technology, this is the development trend of wind power technology is the core technology nowadays wind turbines. The following simple introduction of this two respects. 1 the change of wind plasma from regulation Wind turbines impeller, will capture the wind by converting wind effects on the mechanical wheeltorque.Change is the change from adjustment with vertical axis wind leaf surface of Angle, thus affecting the force and the blade, when the wind resistance increases, the output power of the fan is kept constant power output. By r
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