垂直轴机械式变攻角风力发电机

目录

第１章绪论 (2)

ﻩ1.1 风力发电现状介绍 (2)

ﻩ1.2 各种创新型风力发电 (3)

第2章ﻩ风能资源 (5)

ﻩ２．1ﻩ风能的计算 (5)

2.2ﻩ山东省各市统计平均风速、风向和风向频率 (5)

第3章垂直轴变攻角风轮装置 (6)

3．1ﻩ装置的介绍 (6)

第4章ｓolｉdwｏrks fｌoｗsimulaｔion在设计中的应用 (7)

4.1ﻩｓｏlidworｋs flow sｉmulａtion简介 (7)

ﻩ4.2ﻩｓoｌiｄwｏｒks ｆｌow ｓiｍuｌａtiｏn 在本项目中的应用 (7)

4.３ｓoｌidwｏrks flｏw ｓimｕlatｉon对模型的流体分析···························７

第5章发电机和整流稳压电路 (1)

０

ﻩ5．1 发电机的选用 (10)

ﻩ5.2ﻩ整流滤波升压电路·················································1１

第6章项目总体情况.................................................１2 ﻩ6．１项目完成情况.. (12)

ﻩ6.2 项目成果·························································1２

6.3 项目的目的意义、达到的目标和学习收获 (13)

6.4ﻩ对大学生创新项目的建议···········································１3 参考文献·································································１3

第 1 章

绪论

能源紧缺促进新能源技术的开发和利用,相对于其他能源,风能以其清洁和容易利用而受到人们的青睐，小型风力发电机轻便、效率高、能源免费等优点非常适合家庭照明和其他低功率用途。只需要初期投资建设费用,后期基本不需要维护,而得到源源不断的清洁免费的风电。现在市面上销售的风力发电机由于价格较高而得不到推广，同时发动机的启动风速又比较高风速较低时风力发电机就成了摆设,根本不发电。垂直轴阻力型风力发电机启动风速减小,但效率普遍较低。

本项目的目的是设计一种简单的成本较低同时效率较高的垂直轴攻角可变的风力发电机，尝试通过利用计算机辅助设计和分析,减少项目开发的成本和时间。

1.1风力发电现状介绍

现在风力发电应用还是比较多的,有很多大型的风电场,风力发电是一种制作比较简单，制作成本和维护成本较高的发电方式，它的优点是绿色环保,理想的绿色能源。目前主流风轮有三种：

右图是水平轴大型风力发电机,翼型的扇

叶有效提高风能利用效率，主要用于大型

风电场，常年风力较大而且风向不变，这种风力发电机效率较高维护成本低。

右图是一种比较常见的垂直轴升力型风力

发电机，适合家庭使用，需要风力较大，风

速高时效率是最高的,结构简单维护成本低，

低风速时优势不明显,翼型加工较困难。总的

来说是非常好的设计。

右图是垂直轴阻力型风力发电机，结构简单

制作容易而且维护成本低,缺点是效率较低,

弧面回程时受阻力,降低了风轮的风能利用

率。

1.2各种创新型风力发电

在尾部装上对风装置的水平轴发电机也有非

常高的效率，但它也有自己的缺点，受力不

平衡，尾舵可以保证扇叶时刻对着风。

尾舵在小型发电机中有很大的作用,大大提高

小型发电机的效率。

升阻混合型的垂直轴风力发电机既具有垂直轴升力型发电机高风速时的高效率,同时也具有垂直轴阻力型发电机的地启动性，很巧妙的设计。

在垂直轴阻力型风力发电机上加上对风挡风装置是一种非常好的创意,有效减小阻力，提高效率。

哈尔滨某大学大学生的创新设计，利用顶部的对风装置得到风向，再利用单片机和伺服系统控制步进电机调节叶片的角度,减小阻力提高

风能利用率,但是它的缺点也是显而易见的,电控系统消耗电能,系统过于复杂，造价高。但不失为一个很好的创意。

第2 章ﻩ风能资源

2.1 风能的计算

风垂直作用于平板上的力可由下面的公式计算出来

正压力：Wp=1/2ρv2 (ρ：空气密度,v：风速）

风的动能: Ｐ=1/２sρv3(ρ :空气密度,ｖ：风速)

2．2ﻩ山东省各市统计平均风速、风向和风向频率

由表上可知青岛市的风能资源相对还是比较丰富的,

风的平均动能P=1／２＊1*１.16＊63=12５．3(w/m２) 第 3 章垂直轴变攻角风轮装置

3.1 装置的介绍

装置的最初设计如右图，四个扇叶分别有

自己的控制锁块,利用中间的螺纹机构使

锁块周期性起落锁定和释放扇叶，但由于

机构过于复杂,我对它进行较大的改动,

ﻩ

将锁定装置换成如图固定的杆,扇叶转动过程

中会周期性被杆挡住,而另一边可以自由旋转，

在风的作用下，会自己调到一个和风作用力

最小的位置，即和风的方向平行,减小回程时

的阻力。起初扇叶设计成升力型是想增加效

率,经过soｌidwｏｒkｓfloｗｓｉmulatｉo

ｎ

分析和实践证明该设计不合理，升力会使叶

片绕行星轴偏转产生阻力,同时升力型扇叶有

诱导阻力。

将升力型扇叶改成钝头的叶片后基本不受

到升力了,在试验中叶片与风的夹角基本为