1360-家庭小型风力发电机设计
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五 邑 大 学毕 业 设 计 ( 论 文 ) 开 题 报 告题 目:家庭式小型风力发电机组的设计院 (系) 机电工程系 专 业 机械工程及自动化班 号 Ap030813 学生姓名 何依文 指导教师 史天录 副教授 开题报告日期 2007 年 3 月 20 日五邑大学教务处制2007 年 3 月1课题来源及研究的目的和意义本课题来源于江门市朝阳精密制造有限公司和我系合作开发的5KW风力发电机组的设计。风能是一种取之不尽,用之不竭,无污染,可再生的能源。世界各国都非常重视它的发展和利用工作。当石油发生危机后,人们纷纷把能源转向新开发的新能源研究,其中风能占有较大的比例。目前微小型指100W、200W风力发电机已进入千家万户供照明及小型电器用,随着牧民家用电器和小型生产电器。由于风力资源是不花钱的,评价风力发电机好坏的核心标准是:性价比。便宜的风力发电机必然在用材和制造工艺上有所欠缺,由于风力发电机是一种常年在户外使用的产品,而自然环境变化无常,风力发电机在设计和制造时必须考虑到台风、风沙、盐碱腐蚀、高温、低温及盐雾等恶劣环境的影响。否则,风力发电机很快就会发生故障。对用户来说,用户不得不经常花费额外的金钱用以维修,其使用成本甚至比购买机器时的花费还要多。另外,由于经常要维修,使其年发电量大为降低,直接影响用户的日常生活。针对以上提出的问题,本文设计出一套使用方便、维护简单、价格低廉的高性价比的5KW风力发电机。2国内外在该方向的研究现状及分析风能的利用有着悠久的历史。近年来,资源的短缺和环境的日趋恶化使世界各国开始重视开发和利用可再生、且无污染的风能资源。自80 年代以来,风能利用的主要趋势是风力发电。风力发电最初出现在边远地区,应用的方式主要有: 1) 单独使用小型风力发电机供家庭住宅使用; 2) 风力发电机与其它电源联用可为海上导航设备和远距离通信设备供电;3)并入地方孤立小电网为乡村供电。随着现代技术的发展,风力发电迅猛发展。以机组大型化(50kW2MW)、集中安装和控制为特点的风电场(也称风力田、风田)成为主要的发展方向。20年来,世界上已有近30个国家开发建设了风电场(是前期总数的3倍),风电场总装机容量约1400万kW(是前期总数的100倍)。目前,德国、美国、丹麦以及亚洲的印度位居风力发电总装机容量前列,且未来计划投资有增无减。美国能源部预测2010年风电至少达到国内电力消耗的10%。欧盟5国要在20002002年达到本国总发电量的10%左右,丹麦甚至计划2030年要达到40%。中国是一个风力资源丰富的国家,风力发电潜力巨大。据1998年统计,风力风电累计装机22136万kW,仅占全国电网发电总装机的01081%,相对于可开发风能资源的开发率仅为01088%。1999年底,我国共建了24个风力发电场,总装机268MW。我国风力发电场主要分布在风能资源比较丰富的东南沿海、西北、东北和华北地区,其中风电装机容量最多的是已达72135kW。在未来23年内,我国计划新增风电场装机容量将在800MW以上,并且将会出现300400MW的特大型风力发电场。中国具有丰富的风能资源,在沿海地区风能的季节分布还有与水能资源互补的特点。发展风电既有广泛的社会需求、丰富的资源条件,又有国外先进成熟的技术可供借鉴,同时风电本身还有许多其它发电方式无法相比的优势,比如,建设周期短、装机规模灵活、不消耗燃料、不污染环境、不淹没土地等。国家电力公司已经把风电作为电力工业的一个重要组成部分,积极争取一切有利的投资,逐一克服影响开发风电的障碍,稳步向大规模产业化发展。3本课题研究的主要内容本文主要研究设计5KW风力发电机组,通过大量的调研,了解国内外此功率的风力发电机组的生产设计现状及相应的社会效益,设计出使用方便、维护简单、价格低廉的高性价比的5KW风力发电机。设计由风轮、发电机、尾翼、支架、控制器、和蓄电池等六部分组成风轮是接收能源的装置。由三叶片、叶片臂和轮毂组成。叶片采用流线型等截面型式,并采用端部半圆形,背部倾斜的叶尖形状,风能利用系数大、起动风速低,发电机为永磁式三相交流发电机结构,采用带有防尘罩的密封轴承,转动灵活;防护型式封闭式,能防雨雪侵蚀;机体做成流线形,能减少空气阻力,结构简单,使用维护方便。发电机装置配有充电控制器。发电装置的支架采用了独立杆拉索式,结构简单、牢固可靠,4具体研究方案及进度安排和预期达到的目标参照了目前国内外小型风力发电机的形式,结合本设计的要求,本设计的小型风力发电机主要应用在东南沿海地区,功率为 5KW,现得以下设计方案。 (见下图)发电机额定功率:5KW发电机的选用:选用三相永磁发电机,发电机体积小,重量轻,发电效率高。叶片材质:增强玻璃钢材料,三叶片形式,具有高强度、高精度、耐酸碱、不变形等特点,可以达到强度好、重量轻的目。启动风速:4m/s停机风速: 25(m/s)最大风速: 40(m/s)风能系数: 0.42(%)工作风速:3.520m/s安全风速:25 m/s停车方式:机械制动保护方式: 超速自动保护限速方式: 尾翼自动,偏侧限速塔架方式:角钢桁架,结构简单、稳定。偏航方式:尾翼自动定风定向,平衡风力,抵抗狂风,飓风的袭击。充电方式:智能充电控制,使用简单,维护方便(待选定)图 11 小型风力发电机结构简图本设计工作进度安排如下:第一周:毕业论文选题;第二周:收集、整理风力发电机的相关资料、图书;第三周:5KW 风力发电机组基本方案的确定;第四 五周:5KW 风力发电机组的设计计算;:第五 六周:风力发电机组联接及结构设计计算;第七周:风机轴承技术要点分析;第八周:制动器的设计与选取;第九周:高效永磁风力发电机的设计;第十周:联轴器的选取;第十一周:风力发电机的尾舵调向装置设计;第十二周:增速器的设计与绘制;第十三 十四周:绘制零件图、装配图;:第十五周:检查、修改图纸和说明书,准备答辩;第十六周:答辩。5预计研究过程中可能遇到的困难和问题,以及解决的措施设计的初期可能在资料的收集上有困难,那样就要通过各种途径尽可能地收集所需的资料。可通过互联网上的数据库,技术论坛,学校的图书馆以及周边的购书中心来收集所需的资料6主要参考文献1 苏绍禹.风力发电机设计与运行维护.中国电力出版社.2003 2 D.勒古里雷斯.风力机的理论与设计.机械工业出版社.19873 D Le Gourieres,施鹏飞译.风力机的理论与设计北京.机械工业出版社.19874 叶杭冶.风力发电组的控制技术.机械工业出版社.20005 张希良.风能开发利用.化学工业出版社.20016 成大先.机械设计手册.化学工业出版社.19937 林景尧等.风能设备使用手册.机械工业出版社.19928 高小法.国内风力发电的现状和前景.能源工程.20029 Dwight.st.John .Guidelines for Design of Wind Turbines。 A publication from DNV/Ris.200310 Donald Marier. Wind power for the homeowner . Rodale Press, Inc.199811 陈世坤.电机设计.机械工业出版社.199712 郭继高.小型交流永磁风力发电机设计特点.微特电机.1999指导教师评语: 指导教师签字: 检查日期:
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