5KW直驱式风力发电机毕业设计.docx
《5KW直驱式风力发电机毕业设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《5KW直驱式风力发电机毕业设计.docx(36页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、摘要: 本次毕业设计的题目是5KW直驱式风力发电机,直驱式风力发电机,是一种由风力直接驱动发电机,亦称无齿轮风力发电机,主要包括叶片、轮毂、整流罩、偏航系统、塔架等几个部分。其中偏航系统又包括电动机、一级蜗杆减速箱、二级蜗杆减速装置三个部分。此次毕业设计的主要内容是叶片轮毂的连接、偏航系统、塔架组等几个部分。 主要设计过程分成下面几个部分:参数的选择、方案的制定、图卡的编制、三维模型的建立、偏航系统的设计、轮毂的设计以及轴承、轴、键等零件的校核。 其中的重点与难点是偏航系统方案的选择与设计。关键字:直驱式、发电机、轮毂、偏航系统ABSTRACT The subject of this grad
2、uation project is a 5KW direct drive wind turbine, direct drive wind turbines, is a directly driven by the wind generators, also known as gearless wind turbines, including blades, wheels, fairing, partialAir system, tower and other parts. The yaw system also includes a motor, a worm gear box, two wo
3、rm deceleration device of three parts. The graduation project is several parts of the rotor hub connection, yaw system, tower group.The main design process is divided into the following sections: parameter selection, program development, the preparation of picture cards, and three-dimensional model,
4、 the design of the yaw system, wheels and bearings, shafts, key parts of the check.One of the important and difficult is the selection and design of the yaw system solutions.Keywords: direct drive generators, wheels, the yaw system 目录第一章绪论21.1 选题的依据、课题的意义及国内外基本研究情况21.1.1选题的依据:21.1.2 课题的意义:21.1.3 国内外
5、基本研究情况31.2国内外研究现状及发展趋势31.2.1 国内研究现状及发展趋势:41.2.2 国外研究现状与发展趋势:41.3本课题研究的内容51.4本课题研究方案51.5 研究目标、主要特色及工作进度51.5.1 研究目标。51.5.2 主要特色5第二章 传动装置的总体设计62.1分析或确定传动方案62.1.1 传动比的分配和传动方案62.1.2 电动机的选择9第三章 风电机组零部件的设计113.1叶片的设计及其形状113.1.1 直驱式风力发电机组叶桨113.1.2直驱风力发电机组变桨特性叙述123.2 轮毂的设计及其形状123.4 底板的结构设计及其形状(焊接件)153.5 法兰组件的
6、设计及其形状163.6 风力发电机组总装件的设计19第四章 零件的校核214.1 轴的校核21(1)蜗杆轴的校核214.2 轴承的校核254.3 键的校核27第五章 心得体会28参考资料29附录29第一章 绪论1.1 选题的依据、课题的意义及国内外基本研究情况 1.1.1选题的依据:直驱式风力发电机(Direct-driven Wind Turbine Generators),是一种由风力直接驱动发电机,亦称无齿轮风力发动机,这种发电机采用多极电机与叶轮直接连接进行驱动的方式,发电机轴直接连接到叶轮轴上,转子的随风速而改变,其交流电的频率也随之变化,进过置于地面的大功率电力电子转换器,将频率不
7、定的交流电整流为直流电,再逆变成与电网同频的交流电输出。国际先进的无齿轮箱直驱风力发电机,用低速多极永磁发电机,并使用一台全功率变频器将频率变化的风电送入电网。直驱永磁风力发电机有以下几个方面优点:1.发电效率高:直驱式风力发电机组没有齿轮箱,减少了传动损耗,提高了发电效率,尤其是在低风速环境下,效果更加显著。 2.可靠性高:齿轮箱是风力发电机组运行出现故障频率较高的部件,直驱技术省去了齿轮箱及其附件,简化了传动结构,提高了机组的可靠性。同时,机组在低转速下运行,旋转部件较少,可靠性更高。 3.运行及维护成本低:采用无齿轮直驱技术可减少风力发电机组零部件数量,避免齿轮箱油的定期更换,降低了运行
8、维护成本。 4.电网接入性能优异:直驱永磁风力发电机组的低电压穿越使得电网并网点电压跌落时,风力发电机组能够在一定电压跌落的范围内不间断并网运行,从而维持电网的稳定运行。 1.1.2 课题的意义:直驱式风力发电机组由于没有齿轮箱,零部件数量相对于传统的风电机要少得多,其主要部件包括:叶轮叶片、轮毂、变浆系统、发电机转子、发电机定子、偏航系统、测风系统、底板、塔架等。齿轮箱是目前在兆瓦级风力发电机中属易过载和过早损坏率较高的部件,因此,没有齿轮箱的直驱式风力发动机,具备低风速时高效率、低噪音、高寿命、减小机组体积、降低运行维护成本等诸多优点。直驱型风力发电机组没有齿轮箱,低速风轮直接与发电机相连
9、接,各种有害冲击载荷也全部由发电机系统承受,对发电机要求很高。同时,为了提高发电效率,发电机的极数非常大,通常在100极左右,发电机的结构变得非常复杂,体积庞大,需要进行整机吊装维护。1.1.3 国内外基本研究情况 直驱式风力发电机始于20多年前,由于电气技术和成本等原因,发展较慢。随着近几年技术的发展,其优势才逐渐凸现。德国、美国、丹麦都是在该技术领域发展较为领先的国家,其中德国西门子公司开发的(直驱式)无齿轮同步发电机安装在世界最大的挪威风力发电场,最高效率达98%。 1997年的风机市场上出现了兼具无齿轮、变速变桨距等特征的风力发电机,这些高产能、运行维护成本低的先进机型有E-33、E-
10、48、E-70等型号,容量从330千瓦至2兆瓦,由德国ENERCONGmbH公司制造,它们的研制始于1992年。2000年,瑞典ABB公司成功研制了3兆瓦的巨型可变速风力发电机组,其中包括永磁式转子结构的高压风力发电机Wind former,容量3兆瓦、高约70米、风扇直径约90米。2003年,在Okinawa电力公司开始运行的MWT-S2000型风力发电机,是日本三菱重工首度完全自行制造的2兆瓦级风机,采用小尺寸的变速无齿轮永磁同步电机,新型轻质叶片。 目前,国内多家企业也开始进军直驱式风力发电机领域,湘潭电机集团与日本原弘产株式会社合资组建的湖南湘电风能有限公司,2兆瓦直驱式永磁风力发电整
11、机机组已试车成功;具有自主知识产权的新疆金凤科技股份公司、哈尔滨九州电气公司也分别研制出1.5兆瓦直驱式风力发电机。 1.2 国内外研究现状及发展趋势1.2.1 国内研究现状及发展趋势:我国虽然是在20世纪70年代就开始研制大型并网风力发电机组,但直到在90年代国家“乘风计划”的支持下,风力发电才真正从科研走向市场。在国家有关部委的支持下,额定功率为Zoowk、25OWK、300wk、600姗的风力发电机组已研制成功,ZOOWkv600wk的大型风力发电机组制造技术已基本掌握,并开始研制兆级风力发电机组。我国自主开发的20OWK300wk级风力发电机组的国产化率已超过9,此外还开发了一批风光、
12、风柴联合发电系统。浙江省机电设计研究院研制的风力发电机组,于1997年4月通过了国家级技术成果鉴定,同年12月又完成了中试样机的研制。由上海蓝天公司主持研制的300wk风力发电机组,1998年初在南澳风电场投入并网运行,目前运行情况良好。在6O0wk风力机研制方面,由国家科委立项,新疆风能公司、浙江省机电设计研究院等单位主持的大型风力机国产化项目也迈出了坚实的步伐。到2003年,我国已在11个省区建立了27个风电场,东部沿海有丰富的风能资源,距离电力负荷中心近,海上风电场必将成为今后我国新兴的能源基地。虽然我国近几年风力发展很快,装机量以每年20以上的速度递增,但是仍仅占全国电力总装机的0.1
13、1。相比国外,我国在风力发电技术的研究上比较落后,企业生产规模小,工艺技术落后,一些原材料和产品国产化程度低,重要原材料和零部件以及大容量的风力发电装置绝大多数依靠进口。国内自制的风力发电机多为异步发电机,不能做到变速恒频发电,不能有效地利用各种风况下的风能。总体上,我国的风力发电目前仍处于起步阶段。为更好地实施国家可持续发展和西部大开发战略,国家计委、科技部、国家经贸制定了新能源和可再生能源产业发展的“十五”规划,其中包括国家的光明工程和863计划后续能源技术主题等国家科技发展项目。我国风力发电在国家的重视和政府的支持下,必将有广阔的发展前景。1.2.2 国外研究现状与发展趋势:首先从装机容
14、量上来看近几年世界风力发电的发展。到2001年,全球总装机容量为25273MW,其中德国装机容量为8000WM,名列首位,占世界风电装机容量的30。美国装机容量达4000WM,名列第二。西班牙为3300WM,名列第三。丹麦装机容量2650WM,英国650WM,中国为400WM,到2002年底,世界总装机容量为32037WM,而欧洲占全世界的74.4,据预测,在2001-2005的5年间,全世界新增风力发电设备的发电能力约为39010WM,预计2020年的世界风力发电量将占全世界总发电量的10。1.3 本课题研究的内容 本文以变速恒频直驱式风力发电为控制对象,对由其构成的风力发电系统及其相关的控
15、制技术进行研究,研究内容主要包括以下几个方面:1. 深入研究变速恒频风力发电技术;2. 针对变速恒频风力发电技术,相应提出同步风力发电的控制策略;3. 设计搭建实验平台,用于测试控制策略的可行性;4. 完成主要控制部分的软件设计;5. 结合平台完成实验并分析实验结果。1.4 本课题研究方案 本文首先从传统的风力发电机组开始分析,研究变速恒频直驱风力发电技术与其具有哪些不同以及具有的优势,然后谈及同步风力发电机组的控制略、运行原理和发电系统的组成。研究方案中好包括控制系统中硬件部分的组成和软件部分的组成,如何通过仿真模型实验来验证这种控制方案的实施。1.5 研究目标、主要特色及工作进度1.5.1
16、 研究目标。1.5.2 主要特色 伴随着风力发电产业的发展和对风能利用水平要求的不断提高,风力发电的控制系统一直处在人们关注的焦点之下,是人们不断研究和改进的对象。同步风力发电机系统以其无齿轮箱、输出有功功率和无功功率可调等优势曾经博得过人们的青睐,但因其难以满足恒速频的控制要求一度退出风电舞台。现在,电力电子技术的发展使得同步风力发电机的控制变得更加简单,变速恒频技术的进步给同步风力发电机的应用提供了更广阔的空间。 变速恒频直驱风力发电技术的优点有:可以实现最大风能获取,对永磁机组而言有较高的效率;有较高的转速运行范围,可在-30+15的转速范围内运行,没有齿轮箱,可靠性好;控制简单,可灵活
17、地调节有功和无功功率。 第二章 传动装置的总体设计传动装置总体设计的目的是分析或确定传动方案、选定电动机型号、计算总传动比并合理分配传动比、计算传动装置的运动和动力参数,为设计计算各级传动零件和装配图设计准备条件。2.1 分析或确定传动方案2.1.1 传动比的分配和传动方案机器一般由原动机、传动装置、工作机和控制系统四部分组成。其中传动装置至关重要,常用的传动装置有:齿轮传动、链条传动、带传动、凸轮机构传动、蜗杆涡轮传动。其中链条传动运动不均匀,有冲击和周期性速度波动,噪声较大,不适用于高速传动和大传动比传动;带传动虽然传动平稳,噪声小,但是由于带传动多数用于传递载荷,所以也不适用于偏航系统中
18、;综合各种传动装置的优缺点,并考虑到风力发电机组的传动比很大,所以选择蜗杆传动。蜗杆传动的优点是结构紧凑、传动比大,以蜗杆为主动轮可以实现大传动比传动。在发电机组的偏航系统中选择蜗杆传动作为减速装置,将能够满足减速要求。传动比的确定对于机器运转来说十分重要,传动装置的总传动i由选定的电动机满载转速n1和工作机主动轴转速n2确定,即i=n1/n2.在多级传动中,总传动等于各级传动之积。根据电动机的额定转速和最后蜗轮的转速可得总的传动比等于1500/0.5=3000,分配传动比时应考虑以下原则:(1) 应使各级传动比均在荐用值的范围内,以符合各种传动形式的特点,并使结构紧凑。(2) 应使各传动件尺
19、寸协调,结构均匀合理。(3) 应使各传动件彼此不发生干涉碰撞。(4) 应使各级大齿轮侵油深度合理(低速级大齿轮侵油稍深,高速级大齿轮能侵油),同时要求两大齿轮的直径相近。通常在展开式二级圆柱齿轮减速器中,低速级中心距大于高速级中心距。根据上述分配原则,下面给出分配传动比的方案:(1) 对于高速级采用标准齿轮箱传动,根据选定的额定功率和转矩确定高速级传动比为50,查减速箱标准手册,选用圆弧圆柱蜗杆传动,标记为CW 63-50-I F JB/T7935-1999. (2)低速级采用蜗杆传动,根据GB/T10085-1998的推荐,采用渐开线蜗杆(ZI);蜗杆用45钢,蜗杆螺旋齿面要求淬火,硬度为4
20、555HRC,蜗轮用铸锡磷青铜ZcuSn10P1,金属模铸造;齿面按接触疲劳强度进行设计a3KT2ZEZPH2 蜗轮上转矩T2Z=1,估取效率=0.7,则T2=9.55106Pn=9.551060.150.70.715003000N.mm=1400000N.mm载荷系数K=1,由表11-5选取KA=1.15,,Kv=1.05 K=KAKKv=1.151.0511.21 ZE=160MPa12 Z: 假设da=0.35,从图11-18查得Z=2.9查表11-7,得H=268MPa HKHNH=218MPa a31.2114000001602.92182mm =197.8258mm取中心距a=20
21、0mm,因i=60,查表11-2,取模数m=5mm,d1=90mm,这时d1a=0.45,查图得,Z=2.68,因为ZZ,所以计算结果满足可用。1. 蜗杆的主要参数;轴向齿距Pa=15.708mm,q=18mm,=31047“,da1=100mm,df1=77.5mm,轴向齿距Sa=7.854mm, 2. 蜗轮的主要参数;蜗轮齿数Z2=62,变位系数x2=0,m=5mm, 验算传动比i=z1z2=62,传动比误差为62-6060=0.033=3.3%,是在允许的误差范围内。 d2=mz2=310mm,a=mq+z22=518+622mm=200mm,3.校核齿根弯曲疲劳强度 F=1.53KT2
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- KW 直驱式 风力发电机 毕业设计
链接地址:https://www.31doc.com/p-5117473.html