【摘要】：風能的利用是解決化石能源枯竭和環(huán)境問題的有效手段之一,而風力機是風能利用中最重要的能量轉(zhuǎn)換裝置。垂直軸風力機由于具有不需要調(diào)向機構(gòu),便于維護和成本低等優(yōu)點,而廣泛應(yīng)用于市政設(shè)施、偏遠地區(qū)等。本文擬針對H型垂直軸風力機風輪中的變槳距結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化研究。其研究的內(nèi)容主要有以下四個方面: (1)提出一種電動機直驅(qū)錐齒輪式變槳距機構(gòu),該機構(gòu)可以自動調(diào)節(jié)葉片的攻角,以適應(yīng)不同的風速。 (2)中心軸是錐齒輪式變槳距結(jié)構(gòu)中連接輪轂和葉片的重要零件,是拉彎復(fù)合狀態(tài);采用ANSYS對變槳距結(jié)構(gòu)中心軸的變形過程、應(yīng)力及應(yīng)變等進行分析研究,并比較確定出合適的中心軸截面形狀。 (3)在第二項內(nèi)容的基礎(chǔ)上,使用MATLAB再對所選定的中心軸進行減振降重雙目標優(yōu)化設(shè)計。 (4)本文涉及的中心軸是一個細長桿結(jié)構(gòu),因此有必要對其進行模態(tài)分析。 本文完成所得到的研究成果: (1)在分析比較現(xiàn)有垂直軸風力機變槳距結(jié)構(gòu)性能特點的基礎(chǔ)上,用錐齒輪系傳動結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)本文垂直軸風力機的變槳距結(jié)構(gòu)。 (2)通過分析比較中心軸的變形、應(yīng)力、應(yīng)變等得出圓形比方形更宜做變槳距中心軸的截面形狀。 (3)安裝中心軸時,對其施加預(yù)應(yīng)力可有效降低風力機與變槳距中心軸發(fā)生共振的可能性。 (4)對中心軸進行減振降重雙目標優(yōu)化得到中心軸各節(jié)點振動速度都有所降低,達到預(yù)期的優(yōu)化目標。
【圖文】：

這種合頁式變槳距的結(jié)構(gòu)很簡單，利于實現(xiàn)和維護，經(jīng)濟成本低，使用性能強。但是，這種結(jié)構(gòu)也有諸多的缺點。首先，這種變槳距結(jié)構(gòu)中缺少控制葉片及時準確張合的控制裝置，因此在風力發(fā)電機工作時葉片的張合是影響變槳距效果好壞的主要因素，這點是此裝置的最主要缺點；此種裝置的風能利用率不高，因為它不能充分利用大于設(shè)計風速的風能。1.6.4 錐齒輪式變槳距結(jié)構(gòu)澳大利亞的 Paul Cooper 和 Oliver Kennedy[31]提出一種利用錐齒輪實現(xiàn)變槳距的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的思路很新穎，，風力機的葉輪結(jié)構(gòu)也可以容易實現(xiàn)。因此，這是一種比較優(yōu)良的結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)如圖 1.8 所示。但是，這個思路只是原理性的。并且，在原理圖 1.8 中風力機葉片變槳距的動力是由主軸頂端的風向標提供，這個動力從風向標傳出通過錐齒輪再傳給葉片，因此動力要驅(qū)動風力機的三個或者更多的葉片是有困難的；此種思路沒有考慮風力機受到極限風速以上的風力圖 1.7 合頁式風力機變槳距結(jié)構(gòu)圖 圖 1.8 錐齒輪式風力機變槳距結(jié)構(gòu)原理圖

這種合頁式變槳距的結(jié)構(gòu)很簡單，利于實現(xiàn)和維護，經(jīng)濟成本低，使用性能強。但是，這種結(jié)構(gòu)也有諸多的缺點。首先，這種變槳距結(jié)構(gòu)中缺少控制葉片及時準確張合的控制裝置，因此在風力發(fā)電機工作時葉片的張合是影響變槳距效果好壞的主要因素，這點是此裝置的最主要缺點；此種裝置的風能利用率不高，因為它不能充分利用大于設(shè)計風速的風能。1.6.4 錐齒輪式變槳距結(jié)構(gòu)澳大利亞的 Paul Cooper 和 Oliver Kennedy[31]提出一種利用錐齒輪實現(xiàn)變槳距的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的思路很新穎，風力機的葉輪結(jié)構(gòu)也可以容易實現(xiàn)。因此，這是一種比較優(yōu)良的結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)如圖 1.8 所示。但是，這個思路只是原理性的。并且，在原理圖 1.8 中風力機葉片變槳距的動力是由主軸頂端的風向標提供，這個動力從風向標傳出通過錐齒輪再傳給葉片，因此動力要驅(qū)動風力機的三個或者更多的葉片是有困難的；此種思路沒有考慮風力機受到極限風速以上的風力圖 1.7 合頁式風力機變槳距結(jié)構(gòu)圖 圖 1.8 錐齒輪式風力機變槳距結(jié)構(gòu)原理圖
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TK83

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本文編號：2671680