基于SoildWorks的兆瓦级风力发电机组变桨距机构的三维建模设计毕业论文

从空气动力学角度考虑，当风速过高时，只有通过调整桨叶节距，改变气流对叶片攻角，从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩，才能使功率输出保持稳定。同时，风力机在起动过程也需要通过变距来获得足够的起动转矩。因此，最初研制的风力发电机组都被设计成可以全桨叶变距的。但由于一开始设计人员对风力发电机组的运行工况认识不足，所设计的变桨距系统，其可靠性远不能满足风力发电机组正常运行的要求，灾难性的飞车事故不断发生，变桨距风力发电机组迟迟未能进入商业化运行。所以一当失速型桨叶的起动性能得到了改进，人们便纷纷放弃变距机构而采用了定桨距风轮，以至于后来商品化的风力发电机组大都是定桨距失速控制的。经过10多年的实践，设计人员对风力发电机组的运行工况和各种受力状态已有了深入的了解，不再满足于仅仅提高风力发电机组运行的可靠性，而开始追求不断优化的输出功率曲线，同时采用变桨距机构的风力发电机组可使桨叶和整机的受力状况大为改善，这对大型风力发电机组的总体设计十分有利。因此，进入20世纪90年代以后，变桨距控制系统又重新受到了设计人员的重视。目前已有多种型号的变桨距600KW级风力发电机组进入市场。其中较为成功的有丹麦VESTAS的V39/V42/V44-600KW机组和美国Zand的Z-40-600KW机组。从今后的发展趋势看，在大型风力发电机组中将会普遍采用变桨距技术。我国三北地区（西北、华北北部、东北）及东南沿海地区有丰富的风能资源，而这些地区又都存在能源短缺及环境污染的问题，因此通过利用风力发电来改变能源结构并改善环境，不失为在能源开发领域中重要的策略之一。中国风力发电技术的研究始于20世纪70年代末80年代初，通过自主开发研制，小型风力发电机（额定容量为100W~10KW）已实现了商业化批量生产，并获得了广泛应用，对解决广大牧区牧民及一些岛屿上居民的生活及生产用电起着重要作用。与此同时，在国家有关部委的支持下，研制出额定功率为200,250,300,600KW的风力发电机组（已逐步实现国产化），并在全国11个省区建立了27个风电场，总装机容量到2001年底约40万KW取得了较快的发展。定桨距风力发电机组的主要结构特点是：桨叶与轮毂的连接是固定的，即当风速变化时，桨叶的迎风角度不能随之变化。这一特点给定桨距风力发电机组提出了两个必须解决的问题。一是当风速高于风轮的设计点风速即额定风速时，桨叶必须能够自动地将功率限制在额定值附近，因为风力机上所有材料的物理性能是有限度的。桨叶的这一特性被称为自动失速性能。二是运行中的风力发电机组在突然失去电网（突甩负载）的情况下，桨叶自身必须具备制动能力，使风力发电机组能够在大风情况下安全停机。早期的定桨距风力发电机组风轮并不具备制动能力，脱网时完全依靠安装在低速轴或高速轴上的机械刹车装置进行制动，这对于数十千瓦级机组来说问题不大，但对于大型风力发电机组，如果只使用机械刹车，就会对整机结构强度产生严重的影响。为了解决上述问题，桨叶制造商首先在20世纪70年代用玻璃钢复合材料研制成功了失速性能良好的风力机桨叶，解决了定桨距风力发电机组在大风时的功率控制问题：20世纪80年代又将叶尖扰流器成功地应用在风力发电机组上，解决了在突甩负载情况下的安全停机问题，使定桨距（失速型）风力发电机组在近20年的风能开发利用中始终占据主导地位，