广州汽车学院创新设计说明书小型风力发电机院（系）机电工程系专业 机械工程及自动化 班级 机械（5）班 学生姓名指导老师董艺2010年12月22日课程设计任务书兹发给班学生课程设计任务书，内容如下：1．设计题目：小型风力发电机2．应完成的项目：（1）小型发电机的结构和类型（2）小型风力发电机的使用条件（3）小型风力发电机的合理配套（4）小型风力发电机的安装3．参考资料以及说明：（1）黄素逸，能源科学导论，中国电力出版社，1999 （2）张焕芬，喜文华，先进国家的风力发电现状及前景，甘肃政策研究，1997 （3）张广盛，风能的利用，青海科技，1997 （4）郭继高，小型风能发电及发电机，1999 （5）朱兆瑞，风压计算的研究，科学出版社，19764．本设计任务书于2010年11月8日发出，应于2010 年12月22日前完成，然后进行答辩。

指导教师签发年月日课程设计评语：课程设计总评成绩：指导教师签字：年月日目录摘要 (1)第一章绪论 (2)1.1 引言 (2)第一章风力发电原理 (3)1.1 风能的概念 (3)1.2 风能发电的动力学原理 (3)第二章风力发电机的组成部分及特点 (5)2.1 叶轮 (5)2.2 传动装置 (5)2.3 刹车系统 (6)2.4 偏航系统 (7)2.5 控制系统 (7)第三章小型风力发电机的安装 (8)3.1 安装准备 (8)3.2 安装工作技术规程 (8)3.3 百瓦级小型风力发电机的安装 (9)3.3.1 立柱拉索式支架的安装 (9)3.3.2 回转体的安装 (9)3.3.3 尾翼和手刹车的安装 (10)3.3.4 机头的安装 (10)3.3.5 竖立风机 (11)3.3.6 电器的连接 (11)参考文献 (12)摘要20世纪70年代初的能源危机推动了可再生能源的开发利用，因风能具有可再生性和无污染性的优点，所以风能是目前最有开发利用前景和技术最成熟的一种新能源和可再生能源之一。

随着风能开发和利用的发展，风能技术也取得显著进步，这也意味着风力发电将在我国国民经济和新能源发展中占有重要地位。

随着全球气候变暖和能源危机的不断加剧、人们环保意识增强、环保呼声日渐高涨，加上低碳经济发展的趋势增强，各国都在加紧对风能的开发与利用。

江苏省苏北农村地区也顺势而动，积极利用风能，发展清洁能源技术，优化能源消费结构。

风能，作为当下政府重视、国际追捧的清洁能源的重要分子，是由于地球表面大量空气流动所产生的动能，是一种可再生、无污染且储量巨大的清洁能源。

对风能的利用，在当前社会主要表现为风力发电。

随着全球气候变暖和能源危机的不断加剧，人们环保意识增强，环保呼声日渐高涨，各国都在加紧对风能的开发与利用，尽量减少二氧化碳等温室气体的排放，并希望通过风能利用来丰富发展清洁能源产业，走发展低碳经济之路。

关键词：风能，发电机第一章绪论1.1 引言所谓能源危机，是指可供我们人类利用的能源的不充分，而不是能源本身的不足。

具体有：1、能源转化的方向性。

并不是所有的能源都能够被人类利用，比如内能。

2、能源分布的不均性。

可以说在地球上几乎全部的能源都来源于太阳，但是由太阳能转化成的各种能量形式在地球上的分布并不均匀。

3、日益增加的人口导致能量分配不足。

由于石油、煤炭等目前大量使用的传统化石能源枯竭，同时新的能源生产供应体系又未能建立而在交通运输、金融业、工商业等方面造成的一系列问题统称能源危机。

根据经济学家和科学家的普遍估计，到本世纪中叶，也即2050年左右，石油资源将会开采殆尽，其价格升到很高，不适于大众化普及应用的时候，如果新的能源体系尚未建立，能源危机将席卷全球，尤以欧美极大依赖于石油资源的发达国家受害为重。

最严重的状态，莫过于工业大幅度萎缩，或甚至因为抢占剩余的石油资源而引发战争。

在自然界中，风是一种可再生、无污染而且储量巨大的能源。

随着全球气候变暖和能源危机，各国都在加紧对风力的开发和利用，尽量减少二氧化碳等温室气体的排放，保护我们赖以生存的地球。

风能是地球表面大量空气流动所产生的动能。

风能的利用主要是以风能作动力和风力发电两种形式，其中又以风力发电为主，以风能作动力，就是利用风来直接带动各种机械装置，如带动水泵提水等这种风力发动机的优点是：投资少、工效高、经济耐用。

利用风力发电，以丹麦应用最早，而且使用较普遍。

在自然界的能源中，风能是极其丰富的。

据粗略估计，近期可以利用的风能总功率约为106～107兆瓦，这个数值比全世界可以利用的水力资源大10倍。

但是，这笔巨大的自然财富还有待人类去大力开发。

第一章风力发电原理1.1 风能的概念风能：空气因为太阳能辐射，造成压力差，而发生运动的动能称为“风能”,风能的计算公式为：E＝0.5ρsV3式中: E－风能（W）ρ－空气密度（kg/m3）S－气流截面积（m2)V－风速（m/s)风能密度（W）：单位时间内通过单位面积的风能，W＝0.5ρV3。

有效风能密度：指风机可利用的风速范围内的风能密度（对应的风速范围大约是 3～25m/s)。

1.2 风能发电的动力学原理风力发电采用空气动力学原理，并非风推动叶轮叶片，而是风吹过叶片形成叶片正反面的压力差，这种压力差会产升力，令叶轮旋转并不断横切风流。

该原理类似于飞机上升时的原理，空气通过机翼，产生向上的升力和向前的阻力。

如果将一块薄板放在气流中，则在沿气流方向将产生一正面阻力F D和一垂直于气流方向的升力F L其值分别由下式确定L：F D=0.5CdρSV2F L=0.5C LρSV2式中：CD－阻力系数C－升力系数L S－薄板的面积ρ－空气的密度阻力型叶轮V －气流速度如果把薄片当作叶片，将其装在轮毂上组成叶轮，那么风的作用力旋转中心线就会使叶轮转动。

由作用于叶片上的阻力FD而使其转动的叶轮， 称为阻力型 叶轮；而由升力FL而使其转动的叶轮，称为升力型叶轮。

目前为止现代风力机绝 大多数采用升力型叶轮。

第二章风力发电机的组成部分及特点2.1 叶轮叶轮是将风能转化为动能的机构，风力带动风车叶片旋转，再通过齿轮箱将旋转的速度提升，来促使发电机发电。

风力发电机通常有２片或３片叶片，叶尖速度50～70ｍ／ｓ，具有这样的叶尖速度，3 叶片叶轮通常能够提供最佳效率，然而2 叶片叶轮仅降低 2～3％效率。

对于外形很均衡的叶片，叶片少的叶轮转速就要快些，这样就会导致叶尖噪声和腐蚀等问题。

3叶片叶轮上的受力更平衡，轮毂可以简单些。

对于小型的风力发电机，如叶轮直径小于５米，选择材料通常关心的是效率而不是重量、硬度和叶片的其它特性。

对于大型风机，叶片特性通常较难满足，所以对材料的选择更为重要。

世界上大多数大型风力机的叶片是由GRP制成的。

2.2 传动装置风力机的传动机构一般包括低速轴、高速轴、齿轮箱、联轴节和制动器等。

但不是每一种风力机都必须具备所有这些环节。

有些风力机的轮毂直接连接到齿轮箱上,不需要低速传动轴。

也有一些风力机(特别是小型风力机) 设计成无齿轮 箱的,风轮直接连接到发电机。

齿轮箱是传动装置的主要部件。

齿轮箱主要功用是将叶轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速。

通常叶轮的转速很低，远达不到发电机发电所要求的转速，必须通过齿轮箱齿轮副的增速作用来实现，故也将齿轮箱称之为增速箱。

如将很低的叶轮转速（600千瓦的风机通常为27转/分）变为很高的发电机转速（通常为1500转/分），使得发电机易于控制，实现稳定的频率和电压输出。

根据机组的总体布置要求，有时将与叶轮轮毂直接相连的传动轴（俗称大轴）与齿轮箱合为一体，也有将大轴与齿轮箱分别布置，其间利用涨紧套装置或联轴节连接的结构，为了增加机组的制动能力。

2.3 刹车系统风力发电制动分两部分，气动制动与机械制动。

风的速度很不稳定，在大风 的作用下，叶轮会越转越快，系统就可能被吹跨，常常在齿轮箱的输入端或输出 端设置刹车装置，配合叶尖制动（定浆距叶轮）或变浆距制动装置共同对机组传 动系统进行联合制动。

2.4 偏航系统偏航系统可以使叶轮扫掠面积总是垂直于主风向。

中小型风机可用舵轮作为对风装置，其工作原理大致如下：当风向变化时，位于风轮后面两舵轮（其旋转平面与风轮旋转平面相垂直）旋转，并通过一套齿轮传动系统使风轮偏转，当风轮重新对准风向后，舵轮停止转动，对风过程结束。

大中型风力机一般采用电动的偏航系统来调整风轮并使其对准风向。

偏航系统一般包括感应风向的风向标，偏航电机，偏航行星齿轮减速器，回转体大齿轮等。

其工作原理如下：风向标作为感应元件将风向的变化用电信号传递到偏航电机的控制回路的处理器里，经过比较后处理器给偏航电机发出顺时针或逆时针的偏航命令，为了减少偏航时的陀螺力矩，电机转速将通过同轴联接的减速器减速后，将偏航力矩作用在回转体大齿轮上，带动风轮偏航对风，当对风完成后，风向标失去电信号，电机停止工作，偏航过程结束。

2.5 控制系统控制系统是现代风力发电机的神经中枢。

现代风机是无人值守的。

就兆瓦级 风机而言，一般在4米/秒左右的风速自动启动，在14米/秒左右发出额定功率。

然后，随着风速的增加，一直控制在额定功率附近发电，直到风速达到25米/秒时自动停机。

现代风机的存活风速为60-70 米/秒，也就是说在这么大的风速 下风机也不会被吹坏。

通常所说的12级飓风，其风速范围也仅为32.7-36.9米/ 秒。

风机的控制系统，要在这样恶劣的条件下，根据风速、风向对系统加以控制，在稳定的电压和频率下运行，自动地并网和脱网。

并监视齿轮箱、发电机的运行 温度，液压系统的油压，对出现的任何异常进行报警，必要时自动停机。

第三章小型风力发电机的安装3.1 安装准备（1）安装小型风力发电机装箱清单对准备安装的风力机逐一进行清点验收，清点验收合格后可进行下步工作。

（2）安装前仔细阅读小型风力发电机使用说明书，熟悉图纸，掌握有关安装尺寸和全部技术要求。

（3）千瓦以上风机的安装应聘请生产厂方技术人员或有关技术人员予以指导。

必要时成立安装小组，一切安装、施工活动，由安装组长统一指挥。

（4）按使用说明书的要求准备安装器材和必要的物资(如水泥、杉本、牵引绳等)。

（5）安装时应严格按照使用说明书的要求和程序进行。

安装完后要组织验收，经全面检查，认为符合安装要求和标准后，才能进行试运转，并投入使用。

3.2 安装工作技术规程小型风力发电机的安装分百瓦级风机和千瓦级风机的安装。

百瓦级风机因结构小巧，重量也轻，一般3-5人便能竖起。

千瓦级风机因结构重量较大，安装时需用起吊滑轮和绞盘。

为使安装工作安全地顺利进行，特制定以下技术规程。

（1）安装塔架所使用的杉木，质地要结实。

绳索的强度要符合要求，安全系数一定要大，其长度要有适当的余量。

起吊操作时要规定信号，做到统一指挥。