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學學院院名名稱稱：專專業(yè)業(yè)名名稱稱：學學科科門門類類：學學生生姓姓名名：學學 號號：年年 級級：指指導導教教師師：本本 科科 生生 畢畢 業(yè)業(yè) 論論 文文 （設設 計計 ）開開 題題 報報 告告論文（設計）題目水平風力發(fā)電機的設計類型 論文 自然科學：基礎研究類 應用基礎研究類 應用研究類 社會科學：基礎研究類 應用研究類 綜合研究類 設計 工程類 裝備裝置類 產(chǎn)品類 軟件類 選題的內(nèi)容概述：設計內(nèi)容包括小型風力發(fā)電機所處的環(huán)境進行分析，對小型風力發(fā)電機各部分結(jié)構(gòu)進行設計，并對關鍵部位進行應力計算，載荷計算及校核。同時進行三維建模及裝配設計。選題的目的及意義：面對日益增長的能耗需求和環(huán)保方面的壓力，世界各國都在加大新能源的開發(fā)力度。清潔無污染、綠色環(huán)保的可再生能源是當今世界能源開發(fā)的焦點。風能是可再生清潔能源中最具代表性的一種，它對保護環(huán)境和維持生態(tài)平衡，以及減少對常規(guī)能源依賴和改善能源結(jié)構(gòu)都有重要意義。風能開發(fā)的重點是利用風力發(fā)電機將風能轉(zhuǎn)換成電能。水平軸風力機是風能利用中最主要的形式。據(jù)統(tǒng)計，截止2010年全國大約還有530萬無電用戶，其中大部分集中在偏遠地區(qū)，居住相對分散，如果采用常規(guī)電網(wǎng)來供電，從經(jīng)濟效益上是不行的。相對于其他能源，風能還具有以下優(yōu)勢:風能是一種潔凈的無污染能源，不存在燃煤、燃油的環(huán)境污染問題，不會引起因為過量的排放二氧化碳等氣體所造成的溫室效應，不存在核電放射性廢料對人類的威脅。風力電場建設周期短，裝機規(guī)模靈活，既可單臺安裝，也可以多臺安裝。建設一般規(guī)模的風電廠只需半年到一年的時間，而大型燃煤火電站、大型水電站以及核電站的建設周期則需要三到十年的時間。風力發(fā)電的經(jīng)濟性日益提高。和火電相比，它不存在建設廠房、煤的運輸、鍋爐除灰等問題;和水電相比，它不存在修筑水壩、淹沒土地以及大規(guī)模移民等問題。風力發(fā)電不消耗燃料，無三廢處理問題，風電價格已經(jīng)達到電力市場可以接受的程度。在我國隨著風力發(fā)電機國產(chǎn)化的進程，發(fā)電成本正在逐步下降。因此，從經(jīng)濟效益看，風力發(fā)電也具有較強的競爭力。風力發(fā)電機組安裝分散，占地面積少，控制系統(tǒng)與塔架安裝在一起，總占地面積僅僅為風電場總面積的1%，其他大部分的土地仍可供農(nóng)業(yè)、林業(yè)、牧業(yè)使用，基本上不影響風電場以及周圍的生態(tài)環(huán)境。據(jù)統(tǒng)計，截止2010年全國大約還有530萬無電用戶，其中大部分集中在偏遠地區(qū)，居住相對分散，如果采用常規(guī)電網(wǎng)來供電，從經(jīng)濟效益上是不行的。此外一些偏遠的農(nóng)場、牧場、林場以及部分工廠，由于距供電線路較遠，假設新的供電新路成本抬高，只有采用獨立的風力供電系統(tǒng)才能解決供電問題。此外，近年來，各大城市在電力緊張時，采用拉閘限電的方式解決供電不足的問題，給居民生活造成很大不便，采用小型風力供電系統(tǒng)對城市供電進行補充可以帶來可觀的經(jīng)濟效益。由此可以看出小型風車有著巨大的市場前景。選題的相關研究現(xiàn)狀：隨著風電技術不斷進步和風電產(chǎn)業(yè)規(guī)模化發(fā)展，風電成本一直呈下降趨勢，從19811995年，世界風電成本己由15.8歐分/度電下降到5.7歐分/度電，目前風電成本約為4歐分/度電左右，在過去5年中，風電成本下降約20%。如果在常規(guī)能源電價中，考慮了因污染環(huán)境而發(fā)生的外部附加成本之后，那么風能是目前最具有與常規(guī)能源競爭的可再生能源。歐洲和美國等這些風電技術比較發(fā)達的國家，不論是政府還是企業(yè)自身都投入大量的資金用于風電技術的改進和發(fā)展。世界的風電技術都取得了長足進步，設計、制造技術也日益成熟，產(chǎn)品進入商品化階段，功率發(fā)展成大功率兆瓦級。一方面風力機廠家為了滿足市場需要開發(fā)不同類型的風力機，如低溫型、高原型、海上風機等，另一方面在與傳統(tǒng)能源競爭中，風電越來越注重降低成本以增加其競爭力。所以，目前的態(tài)勢是機組單機容量的大型化，而同時單位成本卻逐年減少。近年來，風力機仍以發(fā)展水平軸為主，雖然垂直軸有全風向、變速裝置及發(fā)電機可以置于地面等優(yōu)點，但其轉(zhuǎn)軸過長、轉(zhuǎn)換效率不高還是制約了其發(fā)展;其次通過齒輪箱多級變速驅(qū)動風電機組依然是目前風電市場上的主流產(chǎn)品，變速變槳距雙饋恒頻是大型風電機組的主要模式?，F(xiàn)在也出現(xiàn)了直驅(qū)電機組，因為其部件少減少傳動鏈損失和停機時間，以及維護費用低等優(yōu)點在市場上占有越來越大的份額闊。一些歐洲國家，如丹麥、德國和英國等，風力發(fā)電正由陸地走向海洋，這也成為今后風力發(fā)電技術的主要發(fā)展方向之一。在空氣動力學方面最重要的是進行新型翼型、葉片和風輪的設計與研究，以捕獲更多的風能。據(jù)說美國國家可再生能源實驗室(NREL)開發(fā)了一種新型葉片，試驗表明:新型葉片比早期的風力機葉片捕獲的風能要大20%以上。還有采用柔性葉片也是一個發(fā)展方向工，利用新型材料(如新型工程塑料等)進行設計制造葉片，變風況時能達到改善空氣動力學性能，這樣增加葉片的可靠性和風能的有效利用。另外，還在開發(fā)新的空氣動力控制裝置，如葉片上的副翼，它能夠簡單有效地限制轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，比機械剎車更可靠，并且能降低費用。因為風能技術是一項高新技術、它涉及到氣象學、空氣動力學、結(jié)構(gòu)動力學、計算機技術、控制技術、材料力學、機電工程、電氣工程、環(huán)境科學等學科和專業(yè)。我國這方面起步又晚，我國風能發(fā)展中技術創(chuàng)新還很薄弱，除小型的風電機組，很少有自主知識產(chǎn)權的核心技術，因此很大程度上還要從國外引進技術。總體來說還處于跟蹤和引進國外的先進技術階段，而且個別引進的技術并不實用。就是某些引進的許可證，有的是國外淘汰技術，有的圖紙雖然先進，但受限于國內(nèi)配套廠的技術、工藝、材料等原因，導致國產(chǎn)化的零部件質(zhì)量、性能大打折扣。為了早日實現(xiàn)風電機組的國產(chǎn)化，國家投入大量的財力、物力和人力，早在“八五”“九五”期間，我國將風能利用列入了國家重點科技攻關項目，并組織了多家科研單位進行攻關，取得了一定成績側(cè)。此外，在風力發(fā)電機組的制造水平上，我國己經(jīng)成為國際主流機型的兆瓦級機組主要市場。國外的很多知名風電制造商紛紛在中國設立分廠，或者和中方合作開發(fā)風機。我國在上世紀的也曾經(jīng)由政府有關技術與產(chǎn)業(yè)部門組織并投資研究風力發(fā)電技術與產(chǎn)品開發(fā)。首先從國外引進原裝產(chǎn)品、技術資料和圖紙，消化吸收并與外方合作建立試驗性的風電場，更主要的是組織科研所、高校及工廠獨自研究與開發(fā)風力發(fā)電機組。但由于我國技術儲備不夠雄厚，或因研究方法不夠科學，以致現(xiàn)在的很多大型機組仍然是依靠進口，或者是購買國外許可證，按照國外圖紙加工生產(chǎn)，所以我國大型風力機技術的還有很長的路要走。在風力機槳葉設計和制造技術方面我國也遠遠落后于國外先進廠家，作為風力機國產(chǎn)化主要關鍵技術的葉片設計和制造技術沒有完全掌握，葉片的設計和制造材料還需要從國外引進，葉片多數(shù)為仿制，生產(chǎn)工藝也不完全過關。風力機設計和制造技術還是與世界先進制造商的技術水平有一定的差距。為了提高機組利用率和可靠性，趕上世界先進水平，發(fā)展我國自己的風電事業(yè)，對于風力機的設計方法進行研究非常有必要，這樣才能開展其它一系列工作。本本 科科 生生 畢畢 業(yè)業(yè) 論論 文文 （設設 計計 ）開開 題題 報報 告告 選題在哪些方面有所進展和創(chuàng)新：在以往的設計中，主要是對入網(wǎng)式大型風力發(fā)電機進行研究。本課題選取的是對民用小型風力發(fā)電機進行設計，將風力發(fā)電機簡便輕捷運用在日常生活中。并且在風力發(fā)電機運動中加入了偏航系統(tǒng)，使其可以對風保證其工作效率。選題研究工作進展安排：3月1日之前 領會畢業(yè)設計任務書，調(diào)研，收集資料3月1日-3月15日 畢業(yè)實習3月16日-3月23日 寫開題報告3月24日-4月7日 總體方案的設計4月8日-5月18日 繪制總裝圖和零件圖5月19日-5月29日 編寫設計說明書5月30日-6月3日 制作ppt，準備答辯6月4日 進行答辯 隨著風電技術不斷進步和風電產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展，風電成本一直呈下降趨勢，從19811995年，世界風電成本己由15.8歐分/度電下降到5.7歐分/度電，目前風電成本約為4歐分/度電左右，在過去5年中，風電成本下降約20%。如果在常規(guī)能源電價中，考慮了因污染環(huán)境而發(fā)生的外部附加成本之后，那么風能是目前最具有與常規(guī)能源競爭的可再生能源。歐洲和美國等這些風電技術比較發(fā)達的國家，不論是政府還是企業(yè)自身都投入大量的資金用于風電技術的改進和發(fā)展。世界的風電技術都取得了長足進步，設計、制造技術也日益成熟，產(chǎn)品進入商品化階段，功率發(fā)展成大功率兆瓦級。一方面風力機廠家為了滿足市場需要開發(fā)不同類型的風力機，如低溫型、高原型、海上風機等，另一方面在與傳統(tǒng)能源競爭中，風電越來越注重降低成本以增加其競爭力。所以，目前的態(tài)勢是機組單機容量的大型化，而同時單位成本卻逐年減少。近年來，風力機仍以發(fā)展水平軸為主，雖然垂直軸有全風向、變速裝置及發(fā)電機可以置于地面等優(yōu)點，但其轉(zhuǎn)軸過長、轉(zhuǎn)換效率不高還是制約了其發(fā)展;其次通過齒輪箱多級變速驅(qū)動風電機組依然是目前風電市場上的主流產(chǎn)品，變速變槳距雙饋恒頻是大型風電機組的主要模式?，F(xiàn)在也出現(xiàn)了直驅(qū)電機組，因為其部件少減少傳動鏈損失和停機時間，以及維護費用低等優(yōu)點在市場上占有越來越大的份額闊。一些歐洲國家，如丹麥、德國和英國等，風力發(fā)電正由陸地走向海洋，這也成為今后風力發(fā)電技術的主要發(fā)展方向之一。在空氣動力學方面最重要的是進行新型翼型、葉片和風輪的設計與研究，以捕獲更多的風能。據(jù)說美國國家可再生能源實驗室(NREL)開發(fā)了一種新型葉片，試驗表明:新型葉片比早期的風力機葉片捕獲的風能要大20%以上。還有采用柔性葉片也是一個發(fā)展方向工，利用新型材料(如新型工程塑料等)進行設計制造葉片，變風況時能達到改善空氣動力學性能，這樣增加葉片的可靠性和風能的有效利用。另外，還在開發(fā)新的空氣動力控制裝置，如葉片上的副翼，它能夠簡單有效地限制轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，比機械剎車更可靠，并且能降低費用。因為風能技術是一項高新技術、它涉及到氣象學、空氣動力學、結(jié)構(gòu)動力學、計算機技術、控制技術、材料力學、機電工程、電氣工程、環(huán)境科學等學科和專業(yè)。我國這方面起步又晚，我國風能發(fā)展中技術創(chuàng)新還很薄弱，除小型的風電機組，很少有自主知識產(chǎn)權的核心技術，因此很大程度上還要從國外引進技術?？傮w來說還處于跟蹤和引進國外的先進技術階段，而且個別引進的技術并不實用。就是某些引進的許可證，有的是國外淘汰技術，有的圖紙雖然先進，但受限于國內(nèi)配套廠的技術、工藝、材料等原因，導致國產(chǎn)化的零部件質(zhì)量、性能大打折扣。為了早日實現(xiàn)風電機組的國產(chǎn)化，國家投入大量的財力、物力和人力，早在“八五”“九五”期間，我國將風能利用列入了國家重點科技攻關項目，并組織了多家科研單位進行攻關，取得了一定成績側(cè)。此外，在風力發(fā)電機組的制造水平上，我國己經(jīng)成為國際主流機型的兆瓦級機組主要市場。國外的很多知名風電制造商紛紛在中國設立分廠，或者和中方合作開發(fā)風機。我國在上世紀的也曾經(jīng)由政府有關技術與產(chǎn)業(yè)部門組織并投資研究風力發(fā)電技術與產(chǎn)品開發(fā)。首先從國外引進原裝產(chǎn)品、技術資料和圖紙，消化吸收并與外方合作建立試驗性的風電場，更主要的是組織科研所、高校及工廠獨自研究與開發(fā)風力發(fā)電機組。但由于我國技術儲備不夠雄厚，或因研究方法不夠科學，以致現(xiàn)在的很多大型機組仍然是依靠進口，或者是購買國外許可證，按照國外圖紙加工生產(chǎn)，所以我國大型風力機技術的還有很長的路要走。在風力機槳葉設計和制造技術方面我國也遠遠落后于國外先進廠家，作為風力機國產(chǎn)化主要關鍵技術的葉片設計和制造技術沒有完全掌握，葉片的設計和制造材料還需要從國外引進，葉片多數(shù)為仿制，生產(chǎn)工藝也不完全過關。風力機設計和制造技術還是與世界先進制造商的技術水平有一定的差距。為了提高機組利用率和可靠性，趕上世界先進水平，發(fā)展我國自己的風電事業(yè)，對于風力機的設計方法進行研究非常有必要，這樣才能開展其它一系列工作。主要參考文獻：1 濮良貴，紀名剛.機械設計.北京.高等教育出版社.2006.5.2 宋海輝風力發(fā)電技術及工程M.北京：中國水利水電出版社.20093 劉萬琨，張志英，李銀鳳等風能與風力發(fā)電技術M.北京：化學工業(yè)出版社.2006.94 包道日娜，劉志章.離網(wǎng)型風力發(fā)電機葉片設計方法研究J.北京.應用能源技術.2007.125 姚興佳，宋俊等風力發(fā)電機組原理與應用M.北京：機械工業(yè)出版社.2009.66 蘇紹禹風力發(fā)電機設計與運行維護M.北京：中國電力出版社.2002 指導教師意見：指導教師：年月日 專業(yè)主任意見：專業(yè)主任：年月日3月1日之前 領會畢業(yè)設計任務書，調(diào)研，收集資料3月1日-3月15日 畢業(yè)實習3月16日-3月23日 寫開題報告3月24日-4月7日 總體方案的設計4月8日-5月18日 繪制總裝圖和零件圖5月19日-5月29日 編寫設計說明書5月30日-6月3日 制作ppt，準備答辯6月4日 進行答辯