舒宜宝 毕业设计开题报告.doc
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1、潇湘学院 2013 届毕业设计(论文)开题报告题 目 MW级风电机组主传动增速齿轮箱设计作者姓名舒宜宝学号所学专业机械设计制造及其自动化1、 研究的意义,同类研究工作国内外现状、存在问题(列出主要参考文献)在不断持续的能源紧张中,不少人想到了新能源利用。利用洁净的能源(可再生能源)是人类社会文明进步的表现、是科学技术的发展、是环保理念的体现。洁净能源指太阳能、风能、潮汐能、生物能等,这都是可再生取之不尽的能源,特别是风能技术最为成熟,经济可行性较高,是一种较理想的发展能源。风是地球上的一种自然现象,它是由太阳辐射热引起的。风能是太阳能的一种转换形式,是一种重要的自然能源。太阳照射到地球表面,地
2、球表面各处受热不同,产生温差,从而引起大气的对流运动形成风。据估计到达地球的太阳能中虽然只有大约2%转化为风能,但其总量仍是十分可观的。全球的风能约为2.74109MW,其中可利用的风能为2107MW,比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。 我国风能资源总量约42亿千瓦,技术可开发量约3亿千瓦。目前东南沿海是最大风能资源区,风能密度为200W/M2300W/M2,大于6m/s的风速时间全年3000h以上就可取得较大经济效益。 21世纪是可再生能源的世纪,由于风能非常丰富、价格非常便宜、能源不会枯竭,又可以在很大范围内取得,非常干净、没有污染,不会对气候造成影响,因而风力发电具有极大的推广价
3、值。在中国,风能资源丰富的地区主要集中在北部、西北和东北的草原、戈壁滩以及东部、东南部的沿海地带和岛屿上。这些地区缺少煤炭及其他常规能源,并且冬春季节风速高,雨水少;夏季风速小,降雨多,风能和水能具有非常好的季节补偿。另外,在中国内陆地区,由于特殊的地理条件,有些地区具有丰富的风能资源,适合发展风电,比如江西省都阳湖地区以及湖北省通山地区。目前我国的风能利用方面与国际水平还在一定差距,但是发展很快,无论在发展规模上还是发展水平上,都有很大提高。据资料显示,2004年全国在建项目的装机容量约150万千瓦,其中正在施工的约42万千瓦,可研批复的68万千瓦,项目建议书批复的45万千瓦,包括五个10万
4、千瓦特许权项目。 风电和水电具有不同步发生规律,风力发电高峰处于秋季与冬季,水利发电高峰期处于春季和夏季,风电和水电具有季节性特性,可实现季节性互补;风力发电是环保型可再生能源,可改善电源结构,替代一部分火电容量,节约煤炭,减少污染,保护环境。 据初步测算,目前风电场造价成本约为80009000元/KW,机组(设备)占75%左右,基础设施占20%,其它占5%。风能利用小时数在27003200小时,其风电成本约0.450.6元/千瓦时。 风电的潜力体现于风能资源的丰富性。据初步统计、中国陆地10米和海面15米可供开发的风力资源在几亿千瓦以上,相当于可开发水能资源(3.9亿千瓦)的2.5倍。而50
5、米风力资源还会增大一倍。根据现有技术,地面 50100米的风力资源都可开发利用。2003年,我国发电装机容量为3.85亿千瓦,专家认为,中国单靠风力发电就能将现有的电力生产翻一番。此外,风电技术正日臻成熟。随着科学技术的发展,风电技术已经相当成熟。更大型、性能更好的机组的已开发并投人生产试运行,可利用的风速要求还会降低。再者,风电工程的建设工期短,见效快。火电、水电的建设工期需要用年来计算,而在有风场数据的前提下,风电项目只需要以周、月来计算。风场建设在短时间内即可完成,能够解决我国电力短缺的燃眉之急。 另外,风电的发展对于遏制温室效应具有重大的意义。据统计,风力发电每生产100万千瓦时的电量
6、,便能减少600吨二氧化碳的排放。因此,大力发展风能可以大幅度削减造成温室效应的二氧化碳,缓解气候变暖的状况,并能有效地遏制沙尘暴灾害,抑制荒漠化的发展。 除此之外,风电还可以满足边远农村的独立供电。目前,“大机组、大电网、高电压”的模式难以有效解决西部地区分散性的电力需求。开发风力发电这样的分散供电系统,可以较好地满足这些地区发展对能源的要求,可以说,我国目前没有联上电网的农村是风力发电的巨大市场。最后,风场也成旅游项目。风电场还能带动当地经济发展。内蒙古风电场就是很好的例子。它虽然不大,但场面很壮观,已发展成为旅游区。 根据风力发电机的运行特征, 风力发电机可分为恒速风力发电机、有限变速风
7、力发电机和变速风力发电机.1.1 恒速风力发电机 恒速风力发电机, 采用了笼型异步发电机, 发电机通过变压器直接接入电网. 因为笼型异步发电机只能工作在额定转速之上很窄的范围内, 所以通常称之为恒速风力发电机。有限变速风力发电机。1.2 有限变速风力发电机 发电机采用绕线式异步发电机. 绕线式异步发电机转子外接可变电阻, 其工作原理是通过电力电子装置调整转子回路的电阻, 从而调节发电机的转差率, 使发电机的转差率可增大至10% , 实现有限变速运行, 提高输出功率。1.3 变速风力发电机 采用双馈发电方式, 突破了机电系统必须严格同步运行的传统观念, 使原动机转速不受发电机输出频率限制, 而发
8、电机输出电压和电流的频率、幅值和相位也不受转子速度和瞬时位置的影响, 变机电系统之间的刚性连接为柔性连接。 风力发电机组是将风能转化为电能的机械,风轮是风力发电机组最主要的部件,由桨叶和轮毅组成。桨叶具有良好的空气动力外形,在气流作用下产生空气动力使风轮旋转,将风能转换成机械能,再通过齿轮箱增速,驱动发电机转变成电能。齿轮箱作为风电机组中的核心部件,其主要功用是将风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。通常风轮的转速很低,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。齿轮箱安装在距地面几十米甚至一百多米高的狭小机舱内,其本
9、身的体积和重量对机舱、塔架、基础、机组风载、安装维修费用等都有重要影响,因此减小齿轮箱外形尺寸和重量显得尤为重要。同时,由于维修不便、维修成本高,通常要求齿轮箱的设计寿命为20年,对可靠性的要求也极为苛刻。载荷特点、工作环境以及尺寸、重量、可靠性的要求,决定了风电增速箱是工业齿轮箱中设计制造难度最大的产品之一。目前国内外的大型风电齿轮箱的主要结构型式有三种:、二级平行轴,、三级平行轴,、一级行星加二级平行轴,4、二级行星。在大功率的风电齿轮箱中主要是第种结构型式,即为一级行星加二级平行轴的结构型式。其传动路线是;桨叶传动轴收缩套行星架太阳轮第二级平行轴大齿轮第二级平行轴小齿轮第一级平行轴大齿轮
10、第一级平行轴小齿轮发电机。对于兆瓦级风电齿轮箱,传动比多在100左右,一般有两种传动形式:一级行星十两级平行轴圆柱齿轮传动,两级行星+一级平行轴圆柱齿轮传动。行星传动是典型的低速、重载、变转矩和增速传动。风电增速齿轮箱通过行星架输入风轮叶片传来的转矩,由于行星架结构复杂,承受力矩最大,质量和尺寸也较大,所以它的变形对行星级的内外啮合齿轮传动的质量和可靠性有很大影响。因此,要求行星架要有足够的强度、刚度和较小的尺寸、质量。参考文献:1 卢为平.风力发电基础.化学工业出版社,2011.2 金风.1500kW风力发电机组介绍.金风公司产品资料,2008.3 姚兴佳,宋俊.风力发电机组原理与应用M.机
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