垂直轴风力发电机总体结构设计-开题答辩模板.
开题报告小型风力发电机总体结构的
小型风力发电机总体结构的设计开题报告班级（学号）：机0405-19 姓名：崔亮指导老师：许宝杰一、综述1.课题研究的目的和意义能源是发展国民经济和提高人民生活的重要物质基础，是经济发展的“火车头”，能源已成为制约国民经济发展的重要因素。
社会经济发展推动能源需求的持续增长，要求不断开发新的能源。
虽然，人类的技术进步旨在提高能源的利用效率、减少能源的消耗，但现今的能源生产量依然满足不了人类发展的需求。
由于对能源的渴求，人们无节制地开采石油、煤炭、天然气等这些埋在地层深处的维系人类生存的“能源食粮”，不仅严重地污染了我们的生存空间，恶化了自然环境，而且带来了更可怕的恶果—能源枯竭。
传统化石能源资源的减少，引发的石油危机和石油总体价格的攀升，已在向世人警示能源安全问题,引起对能源安全的广泛担忧。
现实告诫人们，要生存就必须寻求开发新能源。
[1]我国地域辽阔，广大边远山区、沿海岛屿和少数民族地区地广人稀、交通不便，利用大电网的延伸解决供电问题非常困难，而这些地区风力资源往往又比较丰富。
充分利用这些地区的风力资源来解决无电、缺电问题，对改善当地人民的生活水平，发展地方经济具有深远的意义。
小型风力发电系统具有机组投资小，使用灵活，非常适用于解决居住相对分散、风力资源较好的无电地区居民的基本生活用电及部分小型生产用电问题。
[2]小型风力发电技术作为农村能源的组成部分，它的进一步推广应用，将会推动农村能源的发展，对于改善用能结构，特别是边远山区等的生产、生活用能，推动生态和环境建设诸领域的发展将发挥积极作用，具有广阔的市场前景。
[3]风能具有随机性和不确定性，风力发电系统是一个复杂系统。
简化小型风力发电系统的结构、降低成本、提高可靠性及实现系统优化运行，具有重要的理论意义和实际应用价值。
2.课题的研究现状及已有成果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。
垂直轴风力机开题报告
毕业设计(论文)开题报告题目：垂直轴风力机设计与结构优化学生姓名：学号：090501234专业：机械设计制造及其自动化指导教师：刘恩福（教授）2013年03月30日1 文献综述1.1 引言为了减小能源危机的影响，世界各国近几十年来对风能、太阳能、核能、生物质能、潮汐能及地热能等新能源进行了研究。
目前，风能的利用在技术上最成熟，具有同燃油、燃煤、核电等发电技术相竞争的经济性。
而且，单机容量从最初的数十千瓦级发展到现在的兆瓦级机组，功率控制方式从定桨距失速控制向全桨叶变距变速控制的方向发展，商业化风电场已形成了相当的规模和经济效益。
在技术上全球风电资源是整个世界预期电力需求的2倍，只要利用地球上50%的风电资源就能满足全球能源需求[1]。
我国作为一个风能大国，风能资源丰富，风能储量大，分布面广，可开发利用的风能储量为10亿千瓦，这些资源主要分布在我国的东南沿海、内蒙古、新疆和甘肃一带。
到2012年，我国风电总装机容量已超过了5258万千瓦，并网风力发电将近5026万千瓦，成为世界第一的风电大国[2]。
我国风力发电的巨大潜力带动了国内风电设备的大发展，但是目前在风电设备市场，外资企业产品占据了大半江山，主要原因是尽管国产风机自主创新取得一定进展，但市场认可度仍然偏低，生产能力有待提升。
因此，逐步掌握核心技术，是风电设备行业发展的关键，以此来实现风电机组基本国产化，以国产化降低风电建设成本，是我国大规模发展风电的必由之路。
1.2 风力发电系统的种类风力发电就是把风能通过转换装置而生产电能，即是通过风力机这种机械结构系统装置把自然界中的风能捕获，然后经过转换产生电能。
为了有效地利用风能发电，世界各国对风力发电形式进行了广泛深入的研究，归纳起来风力发电系统的运行方式有以下三种方式[3]。
（1）独立运行式。
这种运行方式主要对象是微小型的风力发电机组。
微小型机组由于容量小、负载小和不需要并网，所以可以用蓄电池储能，且使用风速范围较大，无精确调速控制系统。
小型H型垂直轴风力发电机气动性能分析的开题报告
小型H型垂直轴风力发电机气动性能分析的开题报告一、研究背景风力发电是一种环保、可再生的清洁能源，而小型H型垂直轴风力发电机具有结构简单、启动风速低、抗风能力强等优点，被广泛应用于各种户外设备中。
然而在一定的风速下，小型H型垂直轴风力发电机效率较低，气动性能研究的不足也是其发展的制约因素之一。
因此，对小型H型垂直轴风力发电机气动性能的分析研究，可以为提高其效率、优化其设计提供有力支撑。
二、研究目的本研究旨在通过理论和数值模拟方法，对小型H型垂直轴风力发电机的气动性能进行分析和研究，探索优化其结构设计和提高其性能的方案。
三、研究内容1. 研究小型H型垂直轴风力发电机的结构特点及工作原理；2. 建立小型H型垂直轴风力发电机的数值模型，仿真计算其气动特性；3. 分析小型H型垂直轴风力发电机的流动场特征、气动力特性等；4. 探索小型H型垂直轴风力发电机的结构优化方案，并仿真计算其性能提高效果。
四、研究方法本研究主要采用理论和数值模拟相结合的方法，具体包括：1. 理论计算和分析：通过数学方法和基本气动原理，分析小型H型垂直轴风力发电机的结构特点和气动性能。
2. 数值模拟：使用计算流体动力学（CFD）方法，建立小型H型垂直轴风力发电机的数值模型，采用标准k-ε湍流模型分析分析流动场特征、气动力特性等。
3. 实验研究：结合理论计算和数值模拟结果，设计并开展小型H型垂直轴风力发电机的实验研究，验证数值结果的可靠性。
五、研究意义本研究将为小型H型垂直轴风力发电机的设计和制造提供理论依据和数值分析结果，可以指导产品优化设计和性能提升，促进其在各个领域的应用和推广，推动清洁能源的普及与发展。
一种垂直轴风力发电机结构设计(2)
3.2 基准时间的产生 硬 件 电 路 决 定 了 单 片 机 的 机 器 周 期 是 1uS。 定 时 器 0 设 置 为 16
位定时器，最大定时长度为：1uS×65536=65.536mS。 可以看出，16 位定 时器无法实现时间长度为 1S 的定时。 为了实现 1S 定时，定时器 0 的 定时时间设置为 10mS，可得：定时器装填值=10mS÷1uS=10000=2710H 由此可 以 求 出 TH0 和 TL0 的 装 填 值 分 别 是 ：TH0=27H；TL0=10H。 这 样得到一个 10mS 的基准时间。 同时程序中设置了一个 100 进制基准 时间计数器，其作用是每 10mS 基准时间中断基准时间计数器加 1。 记 录到 100 次 10mS 基准时间时，基准时间 计 数 器 溢 出 ，产 生 一 个 1S 时 间基准，同时基准时间计数器清零。 这样就得到了一个长度为 1S 的系 统基准时间。 3.3 时间计数器
本垂直轴风力发电机结构紧凑，由于风机支架高度低，不仅安装 维修成本不高、而且安装维修方便，使用过程中无需根据风向通过控 制系统调整风机叶片的迎风角度，故具有使用安全可靠，适用范围广， 迎风效果好等特点，叶片随风向自动调节，能够实现风力发电机处于 持续稳定的工作状态。
3 结论
垂直轴风力发电机以其在节能环保和性价比上的突出优势，得到
【关键词】垂直轴；风力；发电机；设计
0 引言
风力发电作为一种新型能源，具有无污染、绿色环保等特点，已被 人们认知并广泛使用。 人类利用风能发电起源于 19 世纪末的丹麦，但 是直到上世纪 70 年代前， 美国等西方经济发达国家为需求替代石油 的能源，投入了大量科研经费，利用空气动力学、结构力学、材料学和 计算机技术研制风力发电机技术，开创了风能利用的新时代[1]。 由于人 们普遍认为垂直轴风轮的尖速比不可能大于 1，风能利用率低于水平 轴风力发电机 ， [1][2] 因而造成垂直轴发电机未得到设计开发 。 随着科技 水平的不断发展和进步，人们逐渐认识到垂直轴风轮的尖速比不大于 1 仅仅适用于阻力型风轮，而升力型风轮的尖速比甚至可以达到 6，并 且风能利用率也不低于水平轴发电机[1][2]。 近年来 ，越来越多的机构和 个人开始研究垂直轴风力发电机 ，并取得了长足的发展[2][3][4] 。
垂直轴风力发电机电压控制系统设计毕业答辩(包含仿真总图)
系统总体方案设计
整个系统以AT89C51为中央控制器，垂直轴风力 发电机所发出的不稳定的交流电，经输入模块滤波 和一次整流滤波电路后，经中间环节稳压模块电路 进行稳压，其包括降压斩波、二次平滑整流，输出 稳定的直流电供给负载；另外控制模块通过单片机 对供电电压进行采样，经内部进行调理、比较后， 发出PWM 波控制绝缘栅双极型晶体管IGBT 的通断时 间，继而改变占空比，形成闭环控制供电电压。
控制系统各模块分析
• 1输入模块
BR1 R14
输出电压 风力发电机
L3
C7 C6 C8
~
C5
稳压模块
C15 C14
输入模块包括交流输入和整流滤波两部分，电感L3、滤波电 容C5-C8共同组成了EMI滤波器 。L3对串模干扰不起作用，但当 出现共模干扰时，由于两个线圈的磁通方向相同，经过耦合后总 电感量迅速增大，因此对共模信号呈现很大的感抗，使之不易通 过，故称作共模扼流圈。C5和C6采用薄膜电容器，容量范围大致 是0.01-0.47uf，主要用来滤除串模干扰。C7和C8跨接在输出端， 并将电容器的中点接地，能有效地抑制共模干扰。
意义
本控制系统采用以AT89C51为控制核心，在保证了风力发 电机电压控制性能效果的同时，降低了风力发电控制系统的 成本；采用EMI滤波器滤波能很好的滤除高频杂波和同相干扰 电流，同时把电源中产生的电磁辐射消减到最低限度；采用 斩波电路对输出电压的稳定性得到了进一步的保证；同时采 用LCD对风力发电机的转速及输出电压进行实时的显示，便于 维护人员进行操作和查看。
控制系统各模块分析
• 2稳压模块
Q1
STGP7NB60KDPF
L4
B82432C1474K000
L5
风力发电论文答辩
1.风力发电的原理答:风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。
依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。
2.我国风电发展面临的困难?答:风能资源的不确定性，前期测风工作不足；②国家对可再生能源的激励机制不健全和风电电价问题；③银行对风电项目缺乏信心，贷款条件苛刻；④电网能否保证对风力发电的全额收购；⑤如何促进风电机组的国产化，从而降低风电成本。
3.风能的优势答:(1)风能安全、清洁;(2)风能没有原材料压力;(3)具有成本优势和可大规模并网;(4)风能储备量大.4.支撑风电发展的三个驱动因素答:(1)全球对环境问题日益重视;(2)高油价;(3)风电技术日益成熟.5.风力发电机的分类答:风力发电机按结构分，可分为两类：1)水平轴式：风轮轴线的安装位置与水平夹角不大于15度的风力机叫作水平轴风力机。
其叶片翼形通常使用飞机翼形，它以类似螺旋桨式的叶片绕水平轴旋转。
风轮的扫掠面与风向垂直，并随风向变化而迎风回转。
优点：它的风能利用系数一般比垂直轴风力机的高。
2)垂直轴式：风轮轴线的安装位置与水平垂直的风力机叫作垂直轴风力机。
其叶片绕垂直轴旋转。
6.垂直轴风力机的优缺点优点：风轮可吸收来自任意方向的风能，而不需要跟踪风向的迎风机构。
结构简单，造价低廉，且便于维修。
缺点：风能利用系数低，叶片固定，不能调速，只能依靠蓄电池保持电池电压相对稳定。
按风力发电机的功率分，可分为四类：1）微型风力发电机，其额定功率为50~1000瓦2）小型风力发电机，其额定功率为1.0~10.0千瓦3）中型风力发电机，其额定功率为10.0~100.0千瓦4）大型风力发电机，其额定功率为 >100.0千瓦7.风电机的运行方式?答:风力发电有三种运行方式：一是独立运行方式，通常是一台小型风力发电机向一户或几户提供电力，它用蓄电池蓄能，以保证无风时的用电；二是风力发电与其他发电方式（如柴油机发电）相结合，向一个单位或一个村庄或一个海岛供电；三是风力发电并入常规电网运行，向大电网提供电力，常常是一处风电场安装几十台甚至几百台风力发电机，这是风力发电的主要发展方向。
风力发电机组设计答辩用
D=
8Pr
Vr 3 Cp 123
8 × 5000000
1.225 × 133 × × 0.42 × 0.92 × 0.95 × 0.95
由直径计算可得扫掠面积：
2 ×1142
S= =
=102072
4
4
=114m
总体参数设计
（2）、轮毂高度
轮毂高度是从地面到风轮扫掠面
中心的高度，用Zhub表示
此处F即Ar
用matlab计算得：
r0
I= 26199kg·m
当β= 90°时，科氏加速度最大，为
2Ωλ0 V
εk =
R
由matlab计算得：
由动量矩定理知，叶片受到惯性力矩Mk的作用，这个力矩称为陀螺
力矩，用matlab计算得：
Mk=I = 133551N·m
主要部件的载荷计算
2、风轮载荷计算
6.158
0.172
5.416
0.122
4.776
0.084
4.244
0.054
3.805
0.030
3.440
0.011
3.135
-0.005
2.877
-0.019
2.656
-0.030
2.466
-0.040
2.300
-0.049
2.154
-0.057
2.026
-0.064
1.911
-0.070
1.809
➢ 平衡简单、动态载荷小。基本消除了系统的周期载荷，
输出较稳定转矩；
➢ 能提供较佳的效率；
➢ 更加美观；
➢ 噪声较小；
➢ 轮毂较简单等。
综上所述，叶片数选择3。
5kW垂直轴风力机气动性能研究的开题报告
5kW垂直轴风力机气动性能研究的开题报告一、研究背景及意义随着全球能源问题的日益严重，可再生能源的利用成为人们关注的焦点。
而风力发电作为一种成熟的可再生能源技术，已经广泛应用于世界各地。
垂直轴风力机特别适合于城市和工业区域，由于该类型风力机具有结构简单、低噪声、可靠性高等优点，也得到了关注。
然而，垂直轴风力机在气动性能方面还存在着一些问题，需要进一步了解和研究。
本研究拟对一台5kW垂直轴风力机进行气动性能研究，旨在探究该型风力机的风叶结构、转速控制、地形环境等条件下的输出特性，进一步完善该型风力机的结构设计和性能优化，提高其发电效率，推动可再生能源技术的发展。
二、研究内容及方法1. 研究对象：5kW垂直轴风力机。
2. 研究目标：探究该型风力机在不同转速、不同环境条件下的气动性能，分析其输出特性。
3. 研究内容：（1）风叶结构设计与优化：根据垂直轴风力机特点，设计合理的风叶结构，优化其气动性能。
（2）转速控制技术研究：分析不同转速下的发电效率和稳定性，研究转速控制技术，提高其输出效率。
（3）环境条件对性能的影响：分析地形环境、气候等对风力机性能的影响。
4. 研究方法：（1）数值模拟：采用计算流体力学（CFD）等方法对风叶结构、气动性能进行数值模拟分析。
（2）试验研究：通过实验验证数值模拟结果，得到实际运行中的数据，分析不同转速、不同环境条件下的性能和输出特性。
三、研究进度计划1. 第一阶段（2个月）：（1）调研相关文献，了解目前垂直轴风力机气动性能研究的现状和发展趋势。
（2）制定研究方案和进度计划。
2. 第二阶段（3个月）：（1）对5kW垂直轴风力机的风叶结构进行建模和计算流体力学模拟分析，得到风叶结构和气动性能的初步设计。
（2）设计转速控制方案，并进行实验验证，分析不同转速下的性能和输出特性。
3. 第三阶段（3个月）：（1）在实验室内部署5kW垂直轴风力机原型，进行性能测试。
（2）分析不同地形环境和气候条件对5kW垂直轴风力机性能的影响，探究优化方案。
垂直轴风机叶轮空气动力学性能研究的开题报告
垂直轴风机叶轮空气动力学性能研究的开题报告一、研究背景垂直轴风机是一种新型的风力发电机，具有结构简单、安装方便、不受风向影响等优点。
目前，垂直轴风机已经成为一个研究领域，吸引了国内外越来越多的研究者和投资者。
垂直轴风机的叶轮是实现风能转换的核心组成部分。
在空气动力学方面，叶轮的性能直接影响着整个风机系统的效率。
因此，对于垂直轴风机叶轮空气动力学性能的研究具有重要的理论和应用价值。
二、研究目的本文旨在对垂直轴风机叶轮的气动性能进行系统的研究，以提高垂直轴风机的效率和可靠性，为其在实际应用中发挥更优良的性能奠定基础。
三、研究内容和方法本文的研究内容主要包括以下几个方面：1.分析和评估垂直轴风机叶轮结构特点及其气动性能；2.根据经典的空气动力学理论，建立垂直轴风机叶轮的数值模型；3.利用计算流体动力学（CFD）模拟垂直轴风机叶轮气动性能，并对模拟结果进行验证和分析；4.通过试验等实验方法，对数值模型的计算结果进行验证和优化。
四、主要预期成果和意义本文的预期成果是：通过对垂直轴风机叶轮的空气动力学性能进行研究和优化，提高垂直轴风机的效率和可靠性，为其在实际应用中发挥更优良的性能奠定基础。
同时，为垂直轴风机的设计和制造提供理论和实验依据，推动和促进风力发电技术的进步和发展。
五、研究计划及进度本文的研究计划及进度如下：阶段一：文献调研和分析时间：2021年10月-2021年11月阶段二：建立数值模型和计算模拟时间：2021年11月-2022年4月阶段三：实验验证和分析时间：2022年4月-2022年9月阶段四：撰写论文和答辩时间：2022年9月-2023年3月本文的研究进度将严格按照计划进行，以确保研究的准确性和有效性。
H型垂直轴风力发电机的结构设计
垂直轴风力发电机因起动风速低 、风能利用 率高 、无噪声 、无需对风向 、安全性高等诸多优点 , 与水平轴风力发电机相比 ,更具有广阔的市场应 用前景 ,垂直轴风力发电机的研究也取得了长足 的进步 。
通过对 H 型垂直轴风力发电机的主要结构 特点及其设计方法的介绍 ,并经过计算机仿真对 其结构的设计方案优化 ,最终在工业设计中得到 推广与应用 。
2007 年第 5 期
上海电力
专题研讨
载或者蓄能装置提供稳定的电能输出 。 (5) 塔架 。塔架是用来支撑风力发电机的构
件 ,该部分的设计对整个结构的安全运行起着重 要的作用 。
2 H型垂直轴风力发电机的结构设计
2. 1 总体设计要求 对 H 型垂直轴风力发电机整机进行复杂的
气动性能分析 ,以确定和优化整机的系统效率 ,使 风力发电系统达到较高的效率 。结构设计在气动 分析后进行 ,结构设计必须对系统的收受的外载 荷进行分析 。作用在风力发电机上的载荷有静载 荷和动载荷 。在不同工况下系统所受的载荷情况 不同 , H 型垂直轴风力发电机考虑的荷载主要包 括 :转速变化 、风压变化 、阵风效应 、突然停机 、停 机遇最大阵风 。通过计算 ,确定最危险的疲劳载 荷和静载荷作为结构设计的依据 。
专题研讨
上海电力
2007 年第 5 期
兆瓦级风力发电机组塔架结构的优化设计
顾岳飞
(上海电气风电设备有限公司 ,上海 200241)
摘 要 :利用有限元分析 ,研究了风力发电机组塔架的动态特性及影响因素 ,并采用仿真技术对兆瓦级风力发 电机组塔架进行了静态和动态分析 。为优化塔架的结构参数 ,采用正交设计对其结构尺寸进行了优化 。 关键词 :风力发电机组 ;塔架 ;有限元分析 ;固有频率 中图分类号 : T K83 文献标识码 :B
风力发电机组设计与制造答辩PPT
100%
47
5.1 86.3020923 0.335192407
1.0169204
7.395815 -1.60418 2.633236
精品资料
风电机组气动(qì dònɡ)特性初步计算
精品资料
风电(fēnɡ diàn)机组气动特性初步计算
精品资料
齿轮箱、发电机、变流器等的技术参数
变流器 发电机
精品资料
公式
2080kN
荷兰ECN的公式
德国DFVLR公式
丹麦RIS公式
精品资料
塔架根部(ɡēn bù)截面应力计算
截面应力(yìnglì) 256.24MPa
强度校核
极限应力：
284.37MPa
安全系数：1.1
精品资料
机组(jīzǔ)结构图
精品资料
谢谢(xiè xie)大家
请老师(lǎoshī)指点
5.1
Ⅲ
精品资料
风电机组气动(qì dònɡ)特性初步计算
精品资料
风电机组气动特性(tèxìng)初步计算
精品资料
风电机组气动特性初步(chūbù)计算
叶素位置 r
尖速比
Ψ
轴向干扰因子 切向干扰因子 入流角
桨距角
弦长
10%
4.7
0.51 69.0071939 0.402151404 2.05496768 41.98561 32.98561 8.124567
额定功率 设计寿命(shòumìng) 额定风速 切入风速 切出风速 发电机额定转速和转速范围 风轮直径和扫略面积 轮毂高度 风轮转速 叶尖速比 机组等级
3MW 20年 13m/s 3m/s
25m/s 1500r/min
风力发电机设计-开题报告
国内的实际情况是风电场很难保证投资者的利益及鼓励风电场建设的积极性，简单的办法就是给风电定一个较高的上网价格，确保风电场投资者或开发商能偿还贷款利息。
在税收方面，只实行优惠的关税政策，以推动风电机进口，而仍没有任何关于风电增值税和所得税方面的优惠措施，风电没有火电的燃料进项抵扣，实际交纳的增值税比火电高。银行方面没有低息长期贷款，在7年的还贷期内，风电上网电价很高，而风电高于火电的价差，目前规定在省级电网内分摊，造成开发风电越多负担越重。西部经济落后地区，如新疆和内蒙古，已难以承受，没有风能资源的省区却无需负担。
模糊控制不需要精确的数学模型,可以高效的综合专家经验,具有较好的动态性能.它基于模糊逻辑的智能控制技术,最近几年已被引入风力发电机组控制领域,并受到重视.基于模糊控制和神经网络的智能控制方案,用模糊控制调节电压和功率,用神经网络控制桨距角及预测风轮气动特性的细节,可参考有关专门文献.这种方案可以较好的满足最大能量获取,保证可靠运行和提供良好的发电质量的控制目标.但是,神经网络调节器是离线训练的,当机组老化或者运行条件变化时,难以较好的实现控制目标.对于高精度的控制问题,模糊控制的效果也不理想.
[5]徐灏．机械设计手册（1）[M]．第2版．北京：机械工业出版社．2000
[6]徐灏．机械设计手册（2）[M]．第2版．北京：机械工业出版社．2000
[7]徐灏．机械设计手册（3）[M]．第2版．北京：机械工业出版社．2004
五、指导教师意见
指导教师签字：
三.售电增值税发电增加了新的税源，建议参照小水电，核定风电销售环节增值税率为6%。
四.银行贷款为降低风电电价，减轻还贷压力，建议适当延长风电还贷期限，还贷期增至15年；为风电项目提供贴息贷款。
一种垂直轴风力发电机的结构设计
别…： 一类是利 用空气动 力的阻力作功 ， 典
型 的结 构 是 Ｓ型风 轮 。 它 由两 个 轴 线错 开 的
Ｖ为 上游风 速 ， ｍ／ Ｓ 。 （ ２ ） 尖速Ｉ ： Ｌ Ａ
，
半 圆柱 形 叶 片 组 成 ， 其 优 点 是 启 动 转 矩 较 大， 缺 点是 由于 围 绕 着 风 轮 产 生 不 对 称 气 流， 从而 对 它产 生 侧 向推 力 。 对 于 较 大 型 的 风力发 电机 ， 因为 受 偏 转 与 安 全 极 限 应 力 的限制， 采 用这 种 结 构 形 式 是 比 较 困 难 的 ：
小、 外 形 美 观 等 诸 多优 势 ， 因此 ， 本 文 将 设 计一种新 型的垂直轴风 力发电机 。
厄（ Ｄ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｕ ｓ ） 型 风车 为 代 表 。
样， 但 是 对 其 归 类 可 以 归纳 为 两 类 ， 水 平轴 风 力 发 电机 风 轮 和 垂 直 轴 风 力 发 电 机 风 轮。 其 中 采 用 垂 直 轴 风 力 发 电机 风 轮 相 对
于 水 平 轴 的 风 力 发 电 机 风轮 来说 具 有 如下
２ 垂直轴风 力发 电机的基本参数计算
（ １ ） 风能利用系数Ｃ ｐ
１ 垂直轴风力发 电机 的分类
垂 直 轴 风 力 发 电机 可分 为 两 个 主 要 类
优势［ ２ ］ ： 安全性高 、 无需调 向、 启动风速低 、 式中： ｐ 为 当地 空 气密 度 ， ｋ ｇ／ｍ ；
度高 。
４ 一种新型风 力发 电机 设计
为 了克 服 现 有 的 旋 翼 型 （ Ｈ型 ） 风 力 发 电机 风 轮 体积 太 大 的缺 点 、 达 里 厄 型（ 中型）
垂直轴风力发电机的设计与优化研究
垂直轴风力发电机的设计与优化研究垂直轴风力发电机作为一种新兴的可再生能源发电方式，在近年来受到了广泛的关注和研究。
与传统的水平轴风力发电机相比，垂直轴风力发电机具有结构简单、适应性强、噪音低等优点。
本文将对垂直轴风力发电机的设计与优化进行深入探讨。
一、垂直轴风力发电机的整体结构设计垂直轴风力发电机的整体结构设计是其性能优化的基础。
首先应选择合适的发电机类型，常见的有直接驱动型、间接驱动型和混合驱动型。
然后，需要确定合适的叶片形状和数量，以及机身和塔架的材料选择，以确保机器的强度和稳定性。
同时，还需考虑到机器的安装、维护和保养等因素。
二、风力发电机叶片设计与优化风力发电机叶片是将风能转化为机械能的关键部件，其设计与优化对发电机性能至关重要。
在叶片设计中，应考虑到叶片的强度、刚度、抗风性能和动态平衡等因素。
同时，借助模拟软件和实验测试，可以对叶片的气动性能进行优化，以提高发电机的发电效率。
三、垂直轴风力发电机关键部件的选择与设计垂直轴风力发电机的关键部件包括发电机、传动装置和控制系统等。
在发电机的选择上，应根据实际需求，选取适合的发电机类型和规格。
同时，在传动装置的设计上，应确保传动效率高、噪音低和寿命长。
而控制系统的设计则需要根据发电机的特点和要求，对发电过程进行合理的监控和调节。
四、垂直轴风力发电机的性能优化研究针对垂直轴风力发电机的性能优化研究，可以从以下几个方面展开研究：1. 气动特性优化：通过叶片形状和角度的调整，进行气动特性的优化，以提高发电效率和抗风能力。
2. 结构优化：对发电机的整体结构进行优化，以提高机器的强度、刚度和稳定性。
3. 控制系统优化：通过优化控制算法和参数选择，实现对发电过程的精确控制，以提高发电机的运行效率。
4. 系统整合优化：对整个风力发电系统进行综合优化，包括发电机、传动装置、控制系统和电网连接等，以提高系统的整体性能和经济效益。
五、垂直轴风力发电机的未来发展趋势垂直轴风力发电机作为一种新兴的发电方式，目前仍处于研究和发展阶段。
风力发电机组设计与制造答辩PPT
设计应减少对周围环境的负面影响，如降 低噪音、减少视觉干扰，以及合理利用土 地资源。
风力发电机组的优化方法
空气动力学优化
通过改进机翼设计，降低风阻 ，提高风能利用率。
控制策略优化
调整发电机组的控制逻辑，使 其在各种风速条件下都能高效 运行。
材料与结构优化
采用高强度、轻质材料，减轻 机组重量，降低基础成本。
利用数字化技术实现风力发电机组的数字化制造， 提高制造效率和产品质量。
定制化服务
根据客户需求进行定制化的风力发电机组设计和 制造，满足不同客户的需求。
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问题解决方案与实施
加强跨学科合作
加强空气动力学、结构力学、材料科学等领域的跨学科合作，共同研 究解决设计中的复杂问题。
提高制造工艺水平
加大投入，引进先进的制造工艺和设备，提高制造精度和产品质量。
强化环境适应性设计
在设计时充分考虑各种极端环境和气候条件，强化风力发电机组的环 境适应性设计。
加强安全性能测试与评估
风力发电机组制造质量控制
01
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质量管理体系
建立完善的质量管理体系， 确保从原材料采购到产品 出厂的全程质量控制。
检验与试验
对风力发电机组的各个部 件和整体性能进行严格检 验和试验，确保符合设计 要求和安全标准。
不合格品控制
对不合格的原材料、零部 件和成品进行严格控制和 处理，防止不良品流入市 场。
布局优化
合理配置风力发电机组的位置 和朝向，以充分利用风资源。
风力发电机组的设计实例
华锐风电SL1500/82型风力发电机组
采用先进的直驱永磁技术，具有高可靠性、高发电效率和低维护成本的特点。
H型垂直轴风力机气动性能的研究的开题报告
H型垂直轴风力机气动性能的研究的开题报告一、研究背景随着能源危机和环境污染日益严重，风能被认为是未来能源的潜力之一。
垂直轴风力机由于具有结构简单、可靠性高、可适应性强等优点，特别适合用于城市、山区、海岛等非平原地区。
H型垂直轴风力机由于其设计结构的特殊性，被认为是垂直轴风力机中一种比较优良的型号，目前在国内外得到了广泛应用。
考虑到H型垂直轴风力机的气动性能对其电气转换效率有重要影响，因此研究其气动性能具有重要的理论和实际意义。
二、研究目的本文旨在对H型垂直轴风力机的气动性能进行研究，重点关注以下目标：1.探究H型垂直轴风力机的气动特性，包括风速、转速、角度、气动力等参数与风力机性能之间的关系；2.对H型垂直轴风力机进行模拟计算和实验研究，验证气动特性和性能模型的正确性；3.提出改进措施和优化设计方案，提高H型垂直轴风力机的性能。
三、研究内容1.对H型垂直轴风力机的气动原理进行分析，并建立H型垂直轴风力机的气动性能模型；2.利用计算流体力学（CFD）软件对H型垂直轴风力机的气动特性进行数值模拟，并对比实验数据验证模型的正确性；3.在风洞中进行H型垂直轴风力机的实验研究，获取风力机的气动性能指标，较全面地分析其性能特点；4.通过对实验数据和计算结果的分析，提出改进措施和优化设计方案，提高风力机的性能表现。
四、研究方法1.理论分析：通过对风力机的结构及工作原理进行分析，建立其气动性能模型，并推导出气流场和气动力学方程；2.数值模拟：基于CFD软件，对H型垂直轴风力机的气动性能进行数值计算，通过对比实验数据的验证，进一步优化模型；3.实验研究：通过在风洞中对H型垂直轴风力机的气动性能进行测试，验证模型，并提出改进措施和优化设计方案；4.数据处理：将实验数据和数值计算结果进行比对和分析，总结H 型垂直轴风力机的气动特性和性能表现，提出改进建议和优化方案。
五、预期成果1.建立了H型垂直轴风力机的气动性能模型，并对其气动特性进行了详细的分析和研究；2.完成了H型垂直轴风力机的数值模拟和实验研究工作，得出了风力机的气动特性和性能指标；3.提出了改进措施和优化设计方案，提高了H型垂直轴风力机的性能表现；4.撰写了H型垂直轴风力机气动性能的研究论文，发表在国内外权威的学术期刊上。
垂直轴微风发电机的叶片设计与模拟分析的开题报告
垂直轴微风发电机的叶片设计与模拟分析的开题报告一、研究背景和目的风能是一种免费、清洁、可再生的能源，其在世界各地得到了广泛的应用和发展，成为了未来能源发展的重要方向之一。
在风能发电技术中，垂直轴微风发电机具有体积小、重量轻、噪音低、转速稳定等优点，被广泛应用于城市建筑、居民社区、乡村地区等场所。
然而，垂直轴微风发电机的叶片设计成为其发电效率的关键因素。
因此，本研究将着重针对垂直轴微风发电机的叶片进行设计与模拟分析，旨在提高垂直轴微风发电机的发电效率，优化其在城市、乡村等场所的应用。
二、研究内容和方法本研究的主要内容是基于数值模拟与实验分析相结合的方法，开展垂直轴微风发电机的叶片设计与模拟分析。
具体实施步骤如下：1、对垂直轴微风发电机进行结构分析，确定其基本参数，包括叶轮半径、叶轮宽、叶片倾角、切入风速、切出风速等。
2、根据叶轮结构参数的基础上，选择合适的材料（如纤维增强复合材料等），确定叶片的形状和尺寸。
同时，考虑到叶片的强度及其在风场中的受力情况，优化叶片的厚度、形状等参数。
3、利用商业软件（如ANSYS Fluent等）对叶片进行数值模拟分析，包括流场仿真、应力分析等，得到叶片在不同风速下的性能参数（如叶片扭转角、力矩、功率和效率等）。
4、针对数值模拟结果，优化叶片结构参数，有效提高垂直轴微风发电机的发电效率。
5、结合实验室条件，利用试验平台对垂直轴微风发电机的发电性能进行实验验证，与数值模拟结果进行比较。
三、预期结果和意义本研究通过针对垂直轴微风发电机的叶片进行设计与模拟分析，可以得到以下预期结果：1、优化垂直轴微风发电机的叶片结构参数，提高其发电效率。
2、实现数值模拟与实验相结合的设计方法，为垂直轴微风发电机的设计提供一种新思路。
3、为城市、乡村等场所提供一种环保、清洁、高效的能源解决方案，具有一定的社会和经济意义。
四、研究计划本研究计划于2021年3月开始，预计研究时间为2年。
主要研究计划安排如下：1、2021年3-6月：文献调研、研究背景和目的、设计方法等方面的研究。
一种垂直轴风力发电机的结构设计
小型风力发电机的型式有两种:垂直轴风力发电机和水平轴风力发电机,比较两者后可发现垂直轴风力发电机具有风向影响小、风能利用系数高、启动风速低、可靠性高、安全风速工作范围大、噪声污染小、外形美观等诸多优势,因此，本文将设计一种新型的垂直轴风力发电机。
1 垂直轴风力发电机的分类垂直轴风力发电机可分为两个主要类别[1]：一类是利用空气动力的阻力作功,典型的结构是S型风轮。
它由两个轴线错开的半圆柱形叶片组成,其优点是启动转矩较大,缺点是由于围绕着风轮产生不对称气流,从而对它产生侧向推力。
对于较大型的风力发电机,因为受偏转与安全极限应力的限制,采用这种结构形式是比较困难的：另一类是利用翼型的升力作功,最典型的是达里厄(Darrieus)型风力发电机,是水平轴风力机的主要竞争者。
达里厄风力发电机有多种形式,基本上是直叶片和弯叶片两种。
叶片具翼型剖面,空气绕叶片流动产生的合力形成转矩。
简而言之,垂直轴风车可分为两大类,一类是阻力型垂直轴风车;一类是升力型垂直轴风车。
阻力型垂直轴风车以萨夫纽斯风车为代表;升力型垂直轴风车以达里厄(Darrieus)型风车为代表。
2 垂直轴风力发电机的基本参数计算(1)风能利用系数Cp(1)式中:p 为当地空气密度,kg／m 3; S为风轮扫风面积,m 2; V为上游风速,m／s。
(2)尖速比A(2)式中:n为风轮转速,r／min; R为叶尖半径,m;V为上游风速,m／s;为风轮角速度,rad／s。
(3)风机转矩系数(3)式中:M 为转矩; D 为风轮直径。
3 几种垂直轴风力发电机简介小型风力发电机的风轮形式多种多样,但是对其归类可以归纳为两类,水平轴风力发电机风轮和垂直轴风力发电机风轮。
其中采用垂直轴风力发电机风轮相对于水平轴的风力发电机风轮来说具有如下优势[2]:安全性高、无需调向、启动风速低、噪音低、抗风能力强、风能利用率高等。
垂直轴风力发电机风轮常用的有三种类型[3]:萨沃纽斯型(S型)、达里厄型(Φ型)和旋翼型(H型)。
垂直轴风力机开题报告
（2）垂直轴风力机
垂直轴风力机叶轮的转动与风向无关,因此不需要像水平轴风力机那样采用迎风装置。垂直轴风力机可分为2个主要类型：一类是利用空气动力的阻力做功,称为阻力
图2垂直轴风力机
型垂直轴风力机。目前，阻力型垂直轴风力机的种类主要有萨渥纽斯型、涡轮型、风杯型、平板型和马达拉斯型等。其中：萨渥纽斯型和涡轮型是阻力型垂直轴风力机的典型代表。根据这些典型的风力机的工作原理和形状又可以派生出许多形状不同、功能各异的阻力型垂直轴风力机。另一类是利用翼型的升力做功，称为升力型垂直轴风力发电机，最典型的是达里厄( Darrieus)型风力机。达里厄风力机有多种形式，Φ型、H型、Y型和菱形。但总的说来,目前研究应用的主流基本上是直叶片和弯叶片，以H型和Φ型风轮最为典型[6~7]。
1.4垂直轴风力机的国内外发展现状
垂直轴风力机的应用早于水平轴风力机。中国最早利用风能的形式机是阻力型垂直轴风车。当时普遍认为，垂直轴风力机不如水平轴风力机的风能利用率高，所以垂直轴风力机并没有得到确实的发展。随着科技的发展，人们逐渐认识到要进一步发展水平轴风力机受到材料和解决系统复杂性等方面的限制，恰恰垂直轴风力机具备这方面的优势，而且目前的研究也表明以往认为的垂直轴风轮的尖速比不能大于1仅仅适用于阻力型风轮，而升力型风轮的尖速比甚至可以达到6，并且其风能利用率也不低于水平轴，兆瓦级的垂直轴风力机也成为可能[ 9~10]。垂直轴在这样的背景下，被提上风力发电机发展方向的议程。目前最常见的垂直轴风力机是1931年发明的达里厄型风力机( Darrieus turbine)。国外发展研究垂直轴风力发电机在20世纪70年代开始迅速发展，特别是达里( Darrieus)型风力机由于石油危机在北美迎来了发展高峰[11]。到80年代，达里厄型风力机已经在加利福利亚的一些风电场实现了商业化。目前已经建成的最大的风力机的额定功率达4兆瓦。然而，由于达里厄型风力机的结构存在的问题和风力机在能源市场的占有率极少，所以很多垂直轴风力机被拆除并且有些研究也被迫停止。近期发展方向主要集中在研究和发展小型的垂直轴风力发电机上。在我国，垂直轴风力机的研究主要集中在空气动力学特性方面，主要包括对垂直轴风力发电机的适用翼型空气动力学性能研究和使用各种翼型的整体空气动力学性能研究，取得了一定的进展，但并没有获得规律性的认识。
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2019/1/12
3 优点
垂直轴风力发电机的额定转速一般在60200r/min，低转速产生的噪音很小（可忽略不 计），启动风速低，一般在1.6-4m/s。 由于转速的降低和结构因素，大大提高了风 机的稳定性，没有噪音，启动风速低等优点，使 其更适合在人们居住的地方安装，提高了风力发 电机的使用范围。
3）对装置的运动过程进行仿真； 根据功能要求进行修改，进一步的优 化。
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预期目标
本课题研制的是垂直轴 风力发电机总体结构设计， 总体要求是： 结构简单、使用方便、 易维修、使用寿命长。 在满足要求的前提下， 尽可能使发电机外形美观、 可靠性强现方法
通过查阅资料收集垂直轴风力发电 机的具体结构和技术特点，从而更 好的设计垂直轴发电机。对300w小 型垂直轴风力发电机的结构进行设 计，用UG软件进行结构设计和动画 模拟，用AutoCAD完成主要零件部 件设计并通过计算确定主要结构参 数。
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文献综述
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优点
1 简介
垂直轴风力发电机的定义：风轮的旋转轴垂直 于地面（或气流的方向）的风力发电机。
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2 使用范围
风力发电最初出现在边远地区，应用 的方式主要有： 1）单独使用风力发电机供家庭生活 使用； 2）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。
谢谢大家
垂直轴风力发电机总体结构设计
姓 名 导 师
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目的意义 文献综述
研究内容 预期目标 实现方法
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目的意义
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目的 意义
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能源是人类赖以生存的基础之一，石化能源的过度开采利 用导致了能源枯竭，环境恶化，气温升高等一系列问题。
2019/1/12
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风能作为一种清洁、高效、安全、可再生的新能源日益 受到重视
2019/1/12
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风能的利用主要是靠风力发电机来实现的，目前，风力发 电机大致分为两种：水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。 本课题主要研究垂直轴风力发电机。
2019/1/12
水平轴风力发电机
垂直轴风力发电机
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水平轴风力发电机技术发展得比较快，人们已经很早就认 识了，垂直轴风力发电机技术发展的较慢一些，因为垂直轴风 力发电机对研发生产的技术要求比较高，近几年垂直轴风力发 电机的技术发展很快，尤其小型的垂直轴风力发电机已经很成 熟。
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研究内容
研究内容具体如下：
1）300w垂直轴风力发电机整体方 案设计；
研究内容具体如下： 300w垂直轴风力发电机整体方案设计； 2）进行垂直轴风力发电机的机械 进行垂直轴风力发电机的机械装配图设计： 对装置的运动过程进仿真； 装配图设计； 根据功能要求进行修改，进一步的优化；