水平轴风力发电机设计

目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)1 绪论 (1)1.1风能资源的概述 (1)1.2风能资源的利用 (1)1.3风能资源利用的原理 (1)1.4风力发电的输出 (3)1.5风力发电机的种类 (3)1.5.1水平轴风力发电机 (3)1.5.2垂直轴风力发电机 (4)2 水平轴发电机的基本功能构成及工作原理 (5)2.1水平轴风力发电机的结构简介 (5)2.2水平轴发电机关键部件详细介绍认知 (6)2.2.1风轮叶片介绍 (6)2.2.2发电机 (6)2.2.3调速机构 (8)2.2.4调向机构 (9)2.2.5手刹车机构 (9)2.2.6塔架 (10)3 小型风力发电机叶轮和发电机装置的选择确定 (11)3.1设计风速的确定 (11)3.2风轮外形的计算 (12)3.2.1风能利用系数Cp (12)3.2.2风轮的扫掠面积确定 (12)3.2.3风轮直径的确定 (13)3.2.4回转体水平轴向力的计算 (14)3.2.5发电机的选择确定 (14)4 水平轴风力发电机回转体的设计与计算 (16)4.1回转体结构设定 (16)4.2轴承的计算与选用 (16)4.2.1轴承的功能与作用 (16)4.2.2轴承的查表选用 (16)5 塔架 (22)5.1塔架高度的确定 (22)5.2塔架材料的确定 (22)5.3整体建模效果图 (23)总结 (24)参考文献 (25)致谢 (26)摘要风能是清洁绿色的动力，风力能源目前相对于我国来说还是相当充裕的。

风力发电就是获取风能最主要的一种方法。

风力发电的根本工作原理，是通过风力使其叶片转动，然后经过增速机把风轮转动的速度提高到一定的值，继而使发电机正常工作然后发电。

现在风力发电技术已经达到了一定的地步，基本风速达到3m/s的速度后，发电机就可以开使正常工作继而发电。

该课题是设计一台小型水平轴风力发电机，它的基本组成部件主要有以下五种①叶片②发电机③回转体④塔架⑤控制系统等。

本课题对风力发电机进行了基本的讲述，首先计算风轮的扫掠面积，继而确定风轮的直径，选定发电机，然后通过以上计算查表选择轴承等部件，确定塔架的高度及材料，并绘制了图纸。

关键词：风力发电机；回转体；风轮AbstractWind power is a clean and green power, and wind power generation is quite abundant relative to our country. Wind power is the most important way to get wind energy. The basic principles and overall structure of small wind turbines are listed below.This project is to design a small horizontal axis wind power generator with a power of 2000W. The structure of the generator is a small horizontal axis wind turbine. The basic components of the generator are as follows:(1)five kinds of blade (2) generator (3) yaw device (4) tower frame (5) control system, etc. Among them, the revolving body plays the role of orientation, support and protection in this organization.The subject has carried on the basic narration to the wind power generator, mainly carried out the detailed design and calculation of the part of the rotary body, calculated its axial and radial force by calculating its windward area, selected the generator, calculated the gravity of the wind wheel roughly, and then selected the bearing and other components through the above calculation table, and passed the real time. And draw the drawings.Key words:wind turbine; rotary body; impeller1 绪论1.1风能资源的概述我国的风能资源十分丰富，每年可开发利用的风能储量约为10亿千瓦，其中，陆地上风能储量约为2.53亿千瓦，而海上可开发和利用的风能储量约为7.5亿千瓦，共计10亿多千瓦。

风能是清洁绿色的源动力，属于可再生资源之一。

并且我国的风能储量相对于其他国家而言还是占有一定优势的。

可开发利用比例也非常可观，而且我国开采风能技术已经达到一定地步，比较适合开发利用风力发电项目，能够给国家节省资源，给国民创造利益。

1.2风能资源的利用风在全球的储藏量都很大，它并不会因为人们大量的开发利用而减少，也不会因为其他客观的因素而影响，它是我们能够开发利用并且长期使用的可再生能源。

目前全世界每年燃烧煤所获得的能量，只有风力在一年内所提供能量的三分之一左右。

也正是因为这样，全世界都非常重视开发研究风能资源，以便能够更充分利用风力发电。

人类很早以前就对风力发电的开发和利用进行研究了，期间也有过很多发明，经过人们的不懈努力，反复尝试，现在风力发电的制造与安装技术正在逐步趋于完善。

这对全世界来说都是一个福音。

但是风能也是有不足的地方，因为风的大小并不是我们可以控制的，台风、龙卷风都能在一瞬间摧毁很多建筑物，对人们造成不可估量的损失，所以我们不能停下对风能开发利用的脚步，一定要攻克这个难关，让人能够有实力来应对风力过大所带来的灾害。

1.3风能资源利用的原理我们常说的风力发电其本质就是把风的动能通过叶片和发电机的组合体转化为机械能，然后再把机械能转变成电能。

风力发电的根本工作原理，是通过风力使其叶片转动，然后经过增速机把风轮转动的速度提高到一定的值，继而使发电机正常工作然后发电。

现在风力发电技术已经达到了一定的地步，基本风速达到3m/s的速度后，发电机就可以开使正常工作继而发电。

因为风能绿色无污染，并且风力发电在任何情况下都无需原料等原因，它已经在慢慢的成为一种趋势。

风轮（包括尾翼）、塔架和发电机这三个部分构成的整体称为发电机组，也是风力发电需要的基本装置。

其中风轮由两只或两只以上叶片组成，它是将风的动能转化成机械能的重要部件。

风能资源的最典型应用就是用来发电。

将风能有效的转化为电能的有效途径就是通过发电机进行转化。

通过外部风力作用到发电机机组叶片上，使得叶片进行旋转，以此带动发电机的电机轴随着转动。

发电机的转子做切割磁感线的运动，继而产生电流。

将风能有效的转化为电能。

随着生态环境保护重要性的不断升级，有效解决环境污染问题已经是个破在眉捷的话题了。

因此，风力发电的应用在不久的将来，势必会成为一种重要的能源获取形式。

使用风能发电的机构称为风力发电机。

这种机构基本由三大部分组成。

迎风装置，也就是风轮和尾翼的组合；发电装置，就是指发电机。

发电机的形式由水平回转形式和垂直回转形式两大种；最后一部分就是起到支撑整个发电机运行工作的部件，塔架，其形式也是多种多样，根据发电机的重量大小不同，它们的承重能力也不同。

风轮是风力发电机获取能量的最直接原件。

因此，它的自身结构方面要求就比较高。

既需要保证结构强度，在大风或者恶略的环境中不易损坏，又需要尽可能的减轻自重，保证运转时不会消耗大量的能量。

以至对叶片本身的材料和结构有了更高要求。

玻璃钢是一种有机的纤维合成材料，既保留了力学性能方面的高强度性能，又拥有着塑料一样小的密度，是一种很适合设计制作叶片的材料。

另外，由于自然界的风向和风速并不稳定，最显著特点就像一首歌中描述的‘时而宁静，时而疯狂’。

因此，合理的设计尾翼，让尾翼对风向进行调节，始终保证叶片处于迎风状态，能够有效的提高发电机的发电效率。

相反，还有另外一种情况，就是发电机转速太高，以至于对发电机造成影响，严重的可能损坏设备。

因此，减速装置的设计应用就成了必不可缺的结构。

刹车减速机构一般分为两种，一种是具有自动调节功能的机构，另一种是手动调节机构。

自动调节机构多用于相对比较大型的发电机组。

它的基本原理是，在发电机轴上安装转速传感器，当传感器显示的转速达到预设值后，系统通过液压或者电磁铁的方式，迫使刹车机构进行刹车，达到降低转速的目的，进一步保护发电设备不受损害。

也可通过在电能输出装置上安装电压传感器，凭借传感器获取的瞬时峰值电压给出系统信号启动刹车装置。

铁塔在发电机中的主要作用就是支撑，是确保发电机稳定运行，保证获取风能的一个构架。

铁塔的选用需要根据具体的使用环境而定，在满足发电机工作风速的情况下，具有足够的刚性，且不能影响地面的人和物的日常活动。

1.4风力发电的输出发电机发出的电是不能被直接使用的，尽管它是交流电。

这是因为，自然界的风速是随时改变的，发电机输出的电能也是非常的不稳定。

这样一来，就需要有一个装置把不稳定的交流电进行转化。

将转化以后的交流电存储到蓄电池中或并入电网之中，再通过逆变器，将存储的电能转化为可被电器使用的工频交流电，也就是我们熟知的220V的交流电。

有的时候人们在选用小型发电机的时候，有一个选择误区，认为发电机的功率应该大于用电器的功率。

这种认识是错误的。

因为不论发电机的功率大小，他都将风能必须先存储起来，存储到预先设定好的蓄电池中。

蓄电池的容量和匹配使用的逆变器才是输出功率大小的关键决定因素。

在平均风力较小的环境使用功率太大的风力发电机，很有可能会因为风力不足而无法带动发电机正常运转。

而选择一个合适大小的发电机，才能够最为高效的将风能源源不断的转化为电能。

从而取得最大的利用率。

风力发电机的使用意义在实际生活中是很重要的。

在贫困山区或者电力电网没有完全覆盖的区域，一台风力发电机足可以为一家人进行日常生活的供电，在自然风光较多的旅游景区，不但可以为景区进行照明也，可以增加景区的特点。