h型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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1、維普資訊http://www.cqvip.com上海電力2007年第5期H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)牛海峰，張冬(上海麟風(fēng)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備有限公司，上海200063)摘要：垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)與水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比，具有起動(dòng)風(fēng)速低、風(fēng)能利用率高等諸多優(yōu)點(diǎn)和廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。文章介紹了H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)方法，對(duì)小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)并應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)作了闡述。關(guān)鍵詞：垂直軸；風(fēng)力發(fā)電機(jī)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中圖分類號(hào)：TM614；TK83文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)因起動(dòng)風(fēng)速低、風(fēng)能利用橫向風(fēng)荷載，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子受彎扭組合荷載，同時(shí)處率高、無(wú)噪聲、無(wú)需對(duì)風(fēng)向、安全性高等諸

2、多優(yōu)點(diǎn)，于交變應(yīng)力狀態(tài)，對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)極為不利。采用與水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比，更具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)如圖2所示的承力結(jié)構(gòu)型式可以極大地改善結(jié)構(gòu)用前景，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研究也取得了長(zhǎng)足的受力情況，使得承力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加合理。的進(jìn)步。支持翼用來(lái)連接通過(guò)對(duì)H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)主軸和葉片，以形成具特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)方法的介紹，并經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)仿真對(duì)有一定剛性的H型框其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案優(yōu)化，最終在工業(yè)設(shè)計(jì)中得到架結(jié)構(gòu)，這樣有利于葉推廣與應(yīng)用。片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及整體結(jié)構(gòu)的安全性。1H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)圖2主軸與發(fā)電機(jī)連接葉片是風(fēng)力發(fā)電H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要由風(fēng)輪裝置、發(fā)結(jié)構(gòu)型式機(jī)的關(guān)鍵部件，葉片外電機(jī)、剎車

3、裝置、控制器和塔架等部件組成，如圖形設(shè)計(jì)尤為重要，直接關(guān)系到能否獲得所希望的1所示。功率。支持翼與葉片的連接采用如圖3所示的葉(1)風(fēng)輪裝置。片箍方式，以確保兩者連接的可靠性。支持翼風(fēng)輪裝置是把風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的重風(fēng)輪裝置要部件。風(fēng)輪裝置圭越組件＼的設(shè)計(jì)好壞，將直圖3葉片箍接決定整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的成功與(2)發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)型式為立式心軸發(fā)電札7否。風(fēng)輪裝置主要通孔三相交流永磁同步發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)為結(jié)合由主軸組件、支持H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)特點(diǎn)而專門設(shè)計(jì)的低轉(zhuǎn)翼、葉片等零部件速發(fā)電機(jī)。組成。(3)剎車裝置。剎車裝置是風(fēng)力發(fā)電機(jī)必須主軸組件為整配備的安全控制機(jī)構(gòu)。停機(jī)控制使風(fēng)力發(fā)電機(jī)在個(gè)風(fēng)力發(fā)

4、電機(jī)組重需要進(jìn)行維修、發(fā)生不正常運(yùn)轉(zhuǎn)或預(yù)計(jì)發(fā)生破壞圖lH型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)要的承力構(gòu)件，傳性強(qiáng)風(fēng)時(shí)，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。剎車裝置由遞橫向風(fēng)荷載。主軸與塔架可靠連接，主軸外的剎車箍、剎車蹄、剎車帶、轉(zhuǎn)軸、搖臂、彈簧、剎車?yán)K套筒起傳遞扭矩的作用。若不采用該結(jié)構(gòu)，直接等零件組成。將套筒與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相連，則當(dāng)風(fēng)輪承受很大的(4)控制器?？刂破魍ㄟ^(guò)發(fā)電機(jī)的輸出為負(fù)一516一維普資訊http://www.cqvip.com2007年第5期上海電力載或者蓄能裝置提供穩(wěn)定的電能輸出。等效應(yīng)力云圖、葉片縱向、周向應(yīng)力云圖(原圖為彩(5)塔架。塔架是用來(lái)支撐風(fēng)力發(fā)電機(jī)的構(gòu)色照片，因內(nèi)心為黑白印刷，故作黑白示意圖

5、參考，編者件，該部分的設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)行起著重加注)分別如圖4～圖7所示。要的作用。／2H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)／I—～2．1總體設(shè)計(jì)要求／對(duì)H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)整機(jī)進(jìn)行復(fù)雜的氣動(dòng)性能分析，以確定和優(yōu)化整機(jī)的系統(tǒng)效率，使／I—～風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)達(dá)到較高的效率。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在氣動(dòng)分析后進(jìn)行，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須對(duì)系統(tǒng)的收受的外載圖4結(jié)構(gòu)變形圖圖5支持翼VonMises等效應(yīng)力云圖荷進(jìn)行分析。作用在風(fēng)力發(fā)電機(jī)上的載荷有靜載荷和動(dòng)載荷。在不同工況下系統(tǒng)所受的載荷情況不同，H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)考慮的荷載主要包括：轉(zhuǎn)速變化、風(fēng)壓變化、陣風(fēng)效應(yīng)、突然停機(jī)、停機(jī)遇最大陣風(fēng)。通過(guò)計(jì)算，確定最危險(xiǎn)的疲勞載荷和靜載荷

6、作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)。一在風(fēng)力發(fā)電機(jī)}的結(jié)構(gòu)■強(qiáng)度設(shè)-計(jì)_中I要充分考■慮■●到所用材料的疲勞特性。為了避免共振，一般應(yīng)使結(jié)構(gòu)自振頻率避開(kāi)轉(zhuǎn)速頻率的整數(shù)倍。圖6葉片縱向應(yīng)力云圖圖7葉片周向應(yīng)力云圖風(fēng)力發(fā)電機(jī)在停機(jī)工況下，作用最大風(fēng)荷載工況二作用下結(jié)構(gòu)變形圖、支持一翼VonMises一通常比較容易計(jì)算。風(fēng)力發(fā)電機(jī)在運(yùn)行工況下，等效應(yīng)力云圖、葉片縱向、周向應(yīng)力云圖(原圖為彩作用的荷載比較復(fù)雜，有慣性荷載、氣動(dòng)荷載、重色照片，因內(nèi)心為黑白印刷，故作黑白示意圖參考，編者力荷載等等，這些荷載都隨時(shí)間而變化，特別是氣加注)分別如圖8～圖l1所示。動(dòng)載荷和風(fēng)向變化的影響是隨機(jī)的，因此要準(zhǔn)確計(jì)算較為困難。本文主

7、要介紹小型H型垂直軸～'一-一

8、_■_’’’風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)。2．2300WH型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)以300WH型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)為例，風(fēng)輪～—／■—一直徑為1．38m，葉片高度為1．1m，葉片個(gè)數(shù)為5個(gè)，工作風(fēng)速為4～25m／s，額定風(fēng)速為10m／s，支持翼VonMises等效應(yīng)力云圖最高轉(zhuǎn)速為250r／min，安全風(fēng)速為55m／s。結(jié)構(gòu)型式如圖1所示。支持翼材料采用瓦楞狀薄鋼板，材料為普通碳素