500W垂直轴风力发电机的设计.zip

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垂直 风力发电机 设计
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本科毕业设计开题报告本科毕业设计开题报告 课题名称课题名称垂直轴风力发电机的设计垂直轴风力发电机的设计 学学 号号 XXXXXXXX 姓姓 名名 XXX 专专 业业 机械工程机械工程 指导教师指导教师 XXX 开题时间开题时间 2017年年 3 月月 20 日日 一、立论依据 1 1本课题的目的和意义 1.1 目的: 风能是一种取之不尽,无任何污染的可再生能源。地球上的风能资源极其丰富,据专家 估计,仅 1%的地面风力就能满足全世界对能源的需求。人类利用风能已有数千年历史,在 蒸汽机发明以前风能曾作为重要的动力,应用于人类生活的众多方面。风力发电的探索,则 起源于 19 世纪末的丹麦,但是直到 20 世纪 70 年代以前,还只有小型充电用风力发电机达 到实用阶段。1973 年爆发石油危机以后,美国、西欧等发达国家为寻求替代石油燃料的能 源,投入了大量经费,动员高科技产业,利用计算机、空气动力学、结构力学和材料科学等 领域的新技术研制风力发电机组,开创了风能利用的新时代。由于风力发电技术的不断发展, 风力发电越来越受到世界各国的重视。 综上我们知道:清洁能源利国利民,但由于目前资源型能源价格低,可再生能源投资大 有资源型能源,投资回收期长,因而造成清洁能源发展缓慢。但随着资源型能源的价值提高, 给可再生能源带来了一定的生机,特别是沿海等风带的风力发电更是发展迅猛。但城郊等低 高度低风速的应用尚不普及,特别是可应用于公共设施的垂直轴低风速发电机开发少之又少。 因此,充分利用低速风能的垂直轴风力发电机的设计在提倡可持续发展的今天显得尤为重要。 本课题来自于社会的需求,风力是一种清洁能源,是一种环保能源。相对于传统的水平 轴风力发电机,垂直轴风力发电机具有设计方法先进、风能利用率高、起动风速低、无噪音 等众多优点,具有更加广阔的市场应用前景,相信在不久的将来,垂直轴风力发电机将大有 作为。 因此充分利用低速风能的垂直轴风力发电机的设计在提倡可持续发展的今天显得尤为重 要 1.2 意义 目前,中国的大气污染已经对社会环境构成严重威胁,从中央到地方,无不对工业污染 造成的经济发展制约和国际对华投资的负面影响而担忧。垂直轴风力机由于具有噪声低、美 观、可以与建筑一体化等方面的优势,用它来发电可作为生产清洁能源的补充。水平轴风力 发电和光伏做不到的领域,垂直轴风力机发电可以做到。 综上所述,本课题所设计的垂直式风力发电机具有十分重要的使用价值。 二、文献综述 2 1国内外研究现状、发展动态 垂直轴风力发电机使风电建筑一体化成为可能 风力发电和太阳能发电一样,最初是为了解决应急电源和边远地区供电而开发出来的产 品,因而在最初发展并不是很快。 到了上个世纪二、三十年代,全球经济危机带来的能源紧张,让世界各国的专家想到了 以风力发电作为补充能源的可行性。第二次世界大战后,各国纷纷进行研究,由于当时的技 术水平较差,启动风速要求较高,发电噪音也很大,所以只能将风力发电机放在人迹罕至的 地方或风力较大的地方。设备也是往大型风力发电机发展,专门建设大型风力发电场,由于 水平轴风力发电机的特性,小型风力发电在相当长的时间里未得到较好的发展。 2002 年,中国率先开始了新型垂直轴风力发电机的研究,由部队通讯部牵头,上海某 公司为研发主体,西安军电、西安交大、同济大学、复旦大学等高校的多位专家配合,在短 短的一年时间里就生产出了首台新型垂直轴风力发电机。并在不到 5 年的时间里将功率扩展 至 200W100KW,处于世界领先地位。 世界上其他国家也都进行了新型垂直轴风力发电机 的研制,日本在 2002 年初开始研究,2003 年初产品投放市场,功率在 0.530KW 之间。美 国、英国、德国、奥地利、韩国等国家也都在 2006 年已生产出样机,准备投入规模化生产, 功率都在 10KW 以内。 2所阅文献的查阅范围及手段 网络资源,图书馆借阅。 参考文献 1 宋海辉,风力发电技术及工程 中国水利水电出版社 2009.2 2 叶杭冶,风力发电系统的设计、运行与维护 2010.6 3 吴双群,风力发电原理 2011.10 4 马丽娜,风力发电实用技术问答 2009.9 5 孙志礼,机械设计M,北京:科学出版社,2015.3 6 李树军,机械原理M,北京:科学出版社,2009.8 7 王季秩等电机实用技术上海:科学技术出版社,1997 8 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 3 三、研究内容 1课题的构想与思路 根据实际应用和课题的目标,选择发电机的种类,设计计算它的各种数据,选择发电机 各个部件的材料,对启动阻力矩和负载转矩进行计算,并校核发电机轴和轴系零件,对轴承 进行强度校合和寿命计算。 2主要设计内容 风力发电机的设计方案:包括发电机整体方案的设计,叶片叶型的设计与选择,制动装 置的设计等。 在已有的垂直轴风力发电机中,较为典型的有:达里厄(Darrieus)式垂直风力发电机、 旋翼式风力发电机等。 大型达里厄垂直风力发电机主要由风轮、垂直轴、增速器、联轴器、制动器、发电机、 塔架和拉线等组成。 3拟解决的关键技术 增速器及增速箱的设计及选择:包括箱体的具体设计及各个齿轮传动比等的设计。 4 总体设计方案 1) 、安全性:由于垂直轴风力发电机采用了垂直叶片和三角形双支点设计,并且主要受力点 集中于轮毂,因此叶片脱落、断裂和叶片飞出等问题得到了较好的解决。 2) 、噪音:垂直轴风力发电机采用了水平面旋转以及叶片应用飞机机翼原理设计,使得噪音 降低到在自然环境下测量不到的程度。 3) 、抗风能力 垂直轴风力发电机的水平旋转和三角形双支点设计原理,使得它受风压力小,可以抵抗每秒 45 米的超强台风。 4) 、回转半径 垂直轴风力发电机由于其设计结构和运转原理的不同,比其他形式风力发电具有更小的回转 半径,节省了空间,同时提高了效率。 5) 、发电曲线特性 由于垂直轴风力发电机的运转特性,它的启动风速低于其他形式的风力发电机,发电功率的 上升幅度较平缓,因此在 5-8 米风速范围内,它的发电量较其他类型的风力发电机高 10% 30% 6) 、利用风速范围 垂直轴风力发电机采用了特殊的控制原理,使它的适合运行风速范围扩大到 2.525m/s,在 最大限度利用风力资源的同时获得了更大的发电总量,提高了风电设备使用的经济性。 7) 、刹车装置 垂直轴风力发电机可配置机械手动和电子自动刹车两种,在无台风和超强阵风的地区,仅需 设置手动刹车即可。 8) 、运行维护 由于垂直轴风力发电机采用直驱式永磁发电机,无需齿轮箱和转向机构,定期(一般每半年) 对运转部件的连接进行检查即可。 5、预期效果 设计了一台额定风速 320m/s,输出功率为 500W 的垂直式风力发电机,增加了增速器, 并为其设计了对应的支架,使得当风力小的时候,还能保证发电机依旧可以工作。 4 四、工作计划 序号阶段及内容 工作量估计 (时数) 起止日期阶段成果形式 1 查阅资料,了解本设计的目的、意 义,国内外研究现状,发展动态; 明确风力发电机的基本组成部分, 各部分主要功能和主要的设计参数, 进行方案设计;翻译英语文献。 160 1-4 周 完成开题报告、 英语文献翻译。 2 根据设计方案,进行基本参数设计 计算、重要部件的强度计算;对主 要零部件进行三维结构设计 200 5-9 周 完成主要结构的 三维设计、中期 报告。 3 根据计算所得设计参数进行二维设 计;修改、完善二维装配图设计; 进行部分零件图设计。 160 10-13 周 完成三维设计, 二维装配图设计、 部分零件图设计。 4 撰写毕业论文; 80 13-14 周 按要求完成毕业 论文 5 论文修改、提交材料准备答辩。 80 14-15 周准备好各项材料 合计工作量:160+200+160+80+80=680 五、评审意见 指导教师对本课题的评价 指导教师签名 年 月 日 毕业设计(论文)任务书毕业设计(论文)任务书 毕业设计(论文)题目:毕业设计(论文)题目: 垂直式风力发电机的设计垂直式风力发电机的设计 设计设计( (论文论文) )的基本内容:的基本内容: 1:风力发电机的设计方案:包括发电机整体方案的设计,叶 片叶型的设计与选择,制动装置的设计等。 2:增速器及增速箱的设计及选择:包括箱体的具体设计及各 个齿轮传动比等的设计。 3:绘制装配图及各部分零件图。 4:翻译与本设计相关英文文献一篇。 毕业设计(论文)专题部分:毕业设计(论文)专题部分: 题目:题目: 设计或论文专题的基本内容:设计或论文专题的基本内容: 学生接受毕业设计(论文)题目日期学生接受毕业设计(论文)题目日期 第第1 周周 指导教师签字:指导教师签字: 2017 年年3 月月1 日日 工工作作计计划划 毕业实习(调毕业实习(调研)研) 3 月月 2 日日3 月月 18 日日(第(第 1 周周第第 3 周)周) 校外实习单位:校外实习单位:XX 大学图书馆及电子期刊网络 任务:任务:查阅与风力发电机相关的国内外发展的情况,对风力发 电机的工作原理和构成有一个基本了解,对总体工作进行规划。 工工作作计计划划 所需参考资料目录所需参考资料目录 1 宋海辉,风力发电技术及工程 中国水利水电出版社 2009.2 2 叶杭冶,风力发电系统的设计、运行与维护 2010.6 3 吴双群,风力发电原理 2011.10 4 马丽娜,风力发电实用技术问答 2009.9 5 孙志礼,机械设计M,北京:科学出版社,2015.3 6 李树军,机械原理M,北京:科学出版社,2009.8 7 蒋超奇,严强水平轴与垂直轴风力发电机的比较研究上海 电力,2007,2,163-165 8 施鹏飞风力机的理论与设计北京:机械工业出版社,1987 9 王季秩等电机实用技术上海:科学技术出版社,1997 10 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. 11 Kristian Regenstein, Design of an open hardware architecture for the humanoid robot ARMAR 工工作作计计划划 拟定设计(实验)方案、论文选题拟定设计(实验)方案、论文选题 3 月月 1 日日3 月月 4 日日(第(第 1 周周第第 1 周)周) 设计方案论证(论文开题报告)设计方案论证(论文开题报告) 3 月月 5 日日3 月月 20 日日(第(第 2 周周第第 4 周)周) 设计工作与图纸绘制(实验研究、论文工作)设计工作与图纸绘制(实验研究、论文工作) 3 月月 21 日日5 月月 15 日日(第(第 4 周周第第 12 周)周) 撰写说明书(论文)撰写说明书(论文) 5 月月 16 日日6 月月 5 日日 (第(第 12 周周第第 15 周)周) 毕业设计(论文)专题部分毕业设计(论文)专题部分 月月日日月月日日(第(第周周第第周)周) 毕业设计(论文)送交评阅人日期毕业设计(论文)送交评阅人日期 6 月月 6 日日6 月月 10 日日(第(第 15 周周第第 15 周)周) 答答辩辩日日期期 6 月月 12 日日
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