【摘要】：隨著石油等不可再生能源供需矛盾的加劇,開發(fā)可再生新能源成為各國戰(zhàn)略研究趨勢,而風(fēng)能因為其具有資源豐富、開發(fā)性價比高、無污染等優(yōu)點從而成為最具開發(fā)價值的綠色新能源之一。相對于發(fā)展成熟的水平軸風(fēng)力機,直翼立軸風(fēng)力機具有結(jié)構(gòu)簡單重心低、無對風(fēng)裝置、易安裝維護等優(yōu)點受到關(guān)注,但是局限于啟動性能差、風(fēng)能利用率低等缺點無法得到廣泛商業(yè)應(yīng)用。針對直翼立軸風(fēng)力機存在的問題本文設(shè)計了一種可變槳距直翼立軸風(fēng)力機,通過變槳距規(guī)律的應(yīng)用提升風(fēng)力機啟動性能和低風(fēng)速下風(fēng)能利用率。根據(jù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,在分析直翼立軸風(fēng)力機運行原理的基礎(chǔ)上完成了一種可變槳距小型直翼立軸風(fēng)力機機電一體設(shè)計方案,結(jié)構(gòu)方案設(shè)計包括傳動設(shè)計、變槳距機構(gòu)設(shè)計等,控制系統(tǒng)方案設(shè)計包括變槳伺服系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信與采集等硬件軟件設(shè)計。通過對直翼立軸風(fēng)力機運動與受力分析,在理論上驗證了變槳距對直翼立軸風(fēng)力機性能有提高作用,并基于ANSYS Workbench完成了所設(shè)計風(fēng)力機強度、剛度、模態(tài)等結(jié)構(gòu)性能分析與校核。通過對變槳距原理分析與槳葉氣動實驗相結(jié)合的方式完成了變槳距規(guī)律設(shè)計驗證與優(yōu)化,基于MATLABSimulink工具對變槳距控制系統(tǒng)進行建模仿真,完成對控制系統(tǒng)參數(shù)模擬調(diào)節(jié)驗證了變槳距規(guī)律應(yīng)用可行性,并對變槳距存在誤差進行了分析。完成變槳距直翼立軸風(fēng)力機樣機研制與實驗平臺搭建,基于DESPACE半物理仿真平臺在風(fēng)場下對其變槳距閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)并通過實際相位補償實驗提高變槳跟隨性能,通過對比實驗驗證了直翼立軸風(fēng)力機的啟動性能并測驗其發(fā)電性能,完成了變槳距誤差對其性能影響實驗。
【圖文】：

根據(jù)立軸風(fēng)力機風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)利用的升阻力分類可分為升力型和阻力型垂直軸風(fēng)力機。逡逑阻力型風(fēng)力機顧名思義就是利用風(fēng)場阻力產(chǎn)生風(fēng)力機旋轉(zhuǎn)力矩，其中代表是芬蘭逡逑的Ｓａｖｏｎｉｕｓ的工程師設(shè)計的Ｓ型風(fēng)機，，如圖１．１所示，這種風(fēng)力機具有可以自啟動的逡逑優(yōu)點但是轉(zhuǎn)速低，效率不高｜２１］。逡逑＾邐Ｗｍ邐＾逡逑Ｓａｖｏｎｉｕｓ邋Ｃ２邋ｊ邐奶逡逑（…：１邋Ｖ邋榦，邐＾逡逑＿ｌｈ邋＿邐％逡逑恟邐Ｉ逡逑圖１．１邋Ｓ型垂直軸風(fēng)力機邐圖１．２邋Ｈ型垂直軸風(fēng)力逡逑升力型風(fēng)力機根據(jù)其葉片構(gòu)造形狀可以分為五種，Ｈ型、Ｏ型、Ａ型、Ｙ型和菱逡逑形，這類型風(fēng)機尖速比大、轉(zhuǎn)速高、效率高，但是缺點是無法自啟動，應(yīng)用最廣泛的逡逑是Ｈ型和Ｏ型，如圖１．２和圖１．３所７Ｋ。逡逑隨著垂直軸風(fēng)力機研究的深入，針對垂直軸風(fēng)力機性能不足的改進型研究也逐步逡逑３逡逑

第一種是組合槳葉構(gòu)型，將升力型和阻力型風(fēng)輪組合一起，典型構(gòu)型有Ｓ型和型組合型，如圖１．４。這種類型的風(fēng)力機可以提升風(fēng)力機啟動性能，但在轉(zhuǎn)速工作狀下，由于組合造成風(fēng)場擾動因此效率提升不顯著。第二種是增加流場導(dǎo)流裝置。如１．５所示，Ｆａｚｌｉｚａｎ等人制作了一種全方位導(dǎo)流裝置，這種導(dǎo)流裝置可以顯著改善風(fēng)機氣動性能［２２］，Ｍａｅｄａ等人的研究顯示采用導(dǎo)流裝置的風(fēng)能利用率能有所提高，這導(dǎo)流裝置同樣用在立軸水輪機上［２３］，如圖１．６所示是導(dǎo)流罩示意圖。這種方式主要對單個風(fēng)機，對大型風(fēng)場應(yīng)用有實際困難。＿＿＿＿＿＿逡逑１ｙ邐ｖ逡逑
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK83

【參考文獻】

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1 楊益飛;潘偉;朱q

本文編號：2605308