畢業(yè)設計開題報告學生姓名 學 號 專業(yè)班級指導教師 職 稱 單 位課題性質 設計□ 論文□ 課題來源 科研□ 教學□ 生產(chǎn)□ 其它□畢業(yè)設計題目 水平軸風力發(fā)電機設計一、課題研究的意義隨著全球經(jīng)濟的發(fā)展，國內(nèi)市場對風能的需求量與日俱增，風能市場也迅速發(fā)展起來，風能作為一種可再生的能源，愈來愈受到世界各國的重視，其蘊藏量巨大，全球風能資源總量 2.74X109MW，其中可利用風能 2X107MW 中國風能儲存量巨大，分布面廣，僅陸地上風能儲量就有 3.53 億千瓦，開發(fā)利用潛能巨大。中國風力等新能源的發(fā)展前景十分廣闊，預計未來很長一段時間都將保持高速發(fā)展，同時盈利能力也將隨著技術的逐漸成熟穩(wěn)步提升。隨著中國風電裝機的國產(chǎn)化和發(fā)電的規(guī)?；?，風電成本可望再降。因此風電開始成為越來越多投資者的逐金之地。風電場建設、并網(wǎng)發(fā)電、風電設備制造等領域成為投資熱點，市場前景看好。二、課題研究的目的人類追求經(jīng)濟成長及現(xiàn)代化的結果使得能源大量消耗，然而地球的化石燃料蘊藏量有限，統(tǒng)計顯示依照目前的消耗速率，石油蘊藏量能供人類使用不到 50 年，天然氣不到 70 年，煤炭較久超過 200年，終有一日人類將沒有石油可用。然而風力發(fā)電不一樣，由于攝取大自然的風能，只要太陽及地球仍在運行即無匱乏之虞，而且一部裝置在一般地區(qū)的風力發(fā)電機，在它 20 年使用壽命中所生產(chǎn)的電力發(fā)電機，在卸除它能耗費能源的 80 倍，是能讓人們永續(xù)使用的再生能源之一。大自然的風完全不用進口，是地道的自產(chǎn)能源，多加利用可減低對進口石油、煤炭等化石能源的依賴，促進能源來源多元化，在國家安全上也有其戰(zhàn)略意義。在經(jīng)濟社會層面，風力發(fā)電可制造工作機會，從零組件的生產(chǎn)、運輸、組裝、維護等，皆為設置風力發(fā)電機當?shù)貛硐喈數(shù)木蜆I(yè)機會與新的產(chǎn)業(yè)。有效利用風能資源，減少對不可再生資源的消耗，降低對環(huán)境的污染。風能是最具商業(yè)潛力、最具活力的可再生能源之一，使用清潔，成本較低，取用不盡。風力發(fā)電具有裝機容量增長空間大，成本下降快，安全、能源永不耗竭等優(yōu)勢。風力發(fā)電在為經(jīng)濟增長提供穩(wěn)定電力供應的同時，可以有效緩解空氣污染、水污染和全球變暖問題。在各類新能源開發(fā)中，風力發(fā)電是技術相對成熟、并具有大規(guī)模開發(fā)和商業(yè)開發(fā)條件的發(fā)電方式。風力發(fā)電可以減少化石燃料發(fā)電產(chǎn)生的大量的污染物和碳排放。大規(guī)模推廣風電可以為節(jié)能減排做出積極貢獻。風電的優(yōu)越性可歸納為下面五點： 1、風力發(fā)電是一種干凈的自然能源，沒有常規(guī)能源（如煤電，油電）與核電會造成環(huán)境污染的問題。 2、風電技術日趨成熟，產(chǎn)品質量可靠，可用率已達 95%以上，已是一種安全可靠的能源。 3、風力發(fā)電的經(jīng)濟性日益提高，發(fā)電成本已接近煤電，低于油電與核電。若計算涉及煤電的環(huán)境保護與交通運輸?shù)拈g接投資，則風電經(jīng)濟性遠遠優(yōu)于煤電。 4、風力發(fā)電場建設工期短，單臺機組安裝僅需幾周，從土建、安裝到投產(chǎn)，只需半年至一年時間，是煤電、核電無可比擬的。 投資規(guī)模靈活，有多少錢裝多少機。目前商用大型風力發(fā)電機組一般為水平軸風力發(fā)電機，它由風輪、增速齒輪箱、發(fā)電機、偏航裝置、控制系統(tǒng)、塔架等部件所組成。風輪的作用是將風能轉換為機械能，它由氣動性能優(yōu)異的葉片（目前商業(yè)機組一般為 2-3 個葉片）裝在輪轂上所組成，低速轉動的風輪通過傳動系統(tǒng)由增速齒輪箱增速，將動力傳遞給發(fā)電機。上述這些部件都安裝在機艙平面上，整個機艙由高大的搭架舉起，由于風向經(jīng)常變化，為了有效地利用風能，必須要有迎風裝置，它根據(jù)風向傳感器測得的風向信號，由控制器控制偏航電機，驅動與塔架上大齒輪咬合的小齒輪轉動，使機艙始終對風。 5、風能是一種無污染的可再生能源，它取之不盡，用之不竭，隨著生態(tài)環(huán)境的要求和能源的需要，新能源的開發(fā)日益受到重視，由于風力發(fā)電經(jīng)濟性日益改善，因此國家對風力發(fā)電已制定了發(fā)展計劃。三、目前國內(nèi)外風電技術發(fā)展狀況風力發(fā)電機組 (簡稱風電機)是將風能轉化為電能的機械。風輪是風電機最主要的部件，由漿葉和輪轂組成。槳葉具有良好的空氣動力外形，在氣流作用下能產(chǎn)生空氣動力使風輪旋轉，將風能轉換成機械能，再通過齒輪箱增速，驅動發(fā)電機轉變成電能。在理論上，最好的風輪只能將約 60%的風能轉換為機械能?，F(xiàn)代風電機風輪的效率可達到 40%。風電機輸出達到額定功率前，功率與風速的立方成正比，即風速增加 1 倍，輸出功率增加 8 倍，所以同力發(fā)電的效益與當?shù)氐娘L速關系極大。由于風速隨時在變化，風電機常年在野外運行，承受十分復雜惡劣的交變載荷。當前生產(chǎn)的主力機型為600~750kW，機體龐大，風輪直徑和塔架高度都達到 40~50m，設計和制造較困難。目前風電機的設計壽命是 20a，要求經(jīng)受住 60 m/s 的 11 級暴風襲擊，代表機組可靠性的可利用率要達到 95%以上。德國、丹麥、西班牙、英國、荷蘭、瑞典、印度、加拿大等國在風力發(fā)電技術的研究與應用上投入了相當大的人力及資金，充分綜合利用空氣動力學、新材料、新型電機、電力電子技術、計算機、自動控制及通信技術等方面的最新成果，開發(fā)建立了評估風力資源的測量及計算機模擬系統(tǒng)，發(fā)展了變漿距控制及失速控制的風力機設計理論，采用了新型風力機設計理論，采用了新型風力機葉片材料及葉片翼型，研制出了變極、變滑差、變速、恒頻及低速永磁等新型發(fā)電機，開發(fā)了由微機控制的單臺及多臺風力發(fā)電機組成的機群的自動控制技術，從而大大提高了風力發(fā)電的效率及可靠性。當前，世界風電技術發(fā)展的特點是：1）風力機單機大型化風力機單機容量不斷增加是風電技術的顯著特點之一。商業(yè)風力機平均單機容量從 1982 年為55kw 到 2002 年約為 1100kw，20 年增加了近 20 倍。隨著技術的逐漸成熟早年多樣化的設計理念也趨向統(tǒng)一。單機容量大，有利于降低每千瓦的制造成本；而且大型機組采用更高的塔架，有利于捕獲風能，50m 高度捕獲的風能要比 30m 高度處多 20%。目前，商業(yè)化機組的單機容量已達 3.6MW。2）變速恒頻機組將成為主流機型目前，世界各地風電場的風力發(fā)電機組，絕大多數(shù)為恒速運行機組。隨著控制技術的發(fā)展和變速恒頻機組的應用，風力機開始改恒速運行為變速運行，風輪轉速隨風速變化，在低于額定風俗的相當大范圍內(nèi)保持最佳葉尖速比已獲得最大風能。3）重量更輕、結構更具柔性隨著風力機葉片的增長，其單位功率的重量更輕、結構更柔性。葉片材料由玻璃纖維增強樹脂發(fā)展為強度高、質量輕的碳纖維。同時，針對風力機的空氣動力環(huán)境，風力機專用新翼型也得到廣泛應用，大大改善葉片的氣動性能。4）海上風力發(fā)電迅速發(fā)展由于海上風力資源比陸地上好，風速比沿岸路上約高 25%，且海面粗糙度小，海上風場湍流強度小，具有穩(wěn)定的主導風向，減少機組疲勞載荷，延長使用壽命。5）中國風力發(fā)電的發(fā)展我國風電經(jīng)過 20 多年的發(fā)展，風電的實際應用已有了長足的進步，在可再生能源的發(fā)電利用中僅次于水電。中國風電近些年的總體狀況表現(xiàn)出風電蓬勃發(fā)展的強勁勢頭以及越來越廣泛的應用規(guī)模。最新的調查顯示，我國風力發(fā)電總裝機容量已達到 2580 萬 Kw,位居世界第二，稍微超過德國，截止2009 年 12 月 31 日我國已經(jīng)有 24 個省、自治區(qū)、直轄市建設了風電場，主要分布在內(nèi)蒙古、甘肅、遼寧、、江蘇、河北、廣東等地。風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，還表現(xiàn)在風電設備的國產(chǎn)化率比以往有了明顯增長，特別是金風的風電設備水平已經(jīng)具有一定的市場競爭力，目前已具備制造 1200kW 以上機組的能力。四、本課題的研究內(nèi)容1 風力發(fā)電機總體概述2 風力發(fā)電機結構設計基礎理論3 風力發(fā)電機總體結構設計及總體裝配圖和主要零部件圖的繪制4 風力發(fā)電機的簡單維護和保養(yǎng)5 總結五、研究方法1、查閱有關風力發(fā)電機設計資料，并對相關的機械設計等專業(yè)課程進行復習。2、通過分析、設計、計算得到有關的設計數(shù)據(jù)3、對設計數(shù)據(jù)進行相關的校核，并依據(jù)設計數(shù)據(jù)選擇有關的零部件4、進行機構設計，并繪制有關零件圖以及總體結構圖5、編寫技術說明書六、進度安排2-3 周：調查研究了解目前風力發(fā)電機，分析同類產(chǎn)品在設計、使用過程中存在的優(yōu)缺點；4-5 周：參考資料查詢、總體方案的確定；6-7 周：方案的可行性分析8-10 周：總體設計及結構分析：11-12 周：系統(tǒng)部件的設計計算：13-14 周：零件的設計計算：15-16 周：整理材料，編寫設計計算書，進行答辯。七、參考文獻[1]謝家瀛 機械制造技術概論 2001 年 7 月 1 日機械工業(yè)出版社[2] 中國風能技術開發(fā)中心 大型風力發(fā)電機組設計技術手冊 1998.12[3]程明，張運乾，張建中 風力發(fā)電機的研究現(xiàn)狀和進展 2009 年 9 月[4]龍澤強 大型風力發(fā)電機設計研究 中國風能技術開發(fā)中心指導教師意見：指導教師簽名：年 月 日教研室意見：審 查 結 果： 同 意□ 不 同 意□教研室主任簽名：年 月 日