垂直轴风力发电机机械结构分析与优化设计研究

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1、万方数据分类号UDC密级编号@谬碌捉擎硕士学位论文垂直轴风力发电机机械结构分析与优化设计研究TheMechanicalStructureAnalysisandOptimizationDesignResearchofVerticalAxisWindTurbine作者姓名王邀申请学位级别王猩．亟±专业名称扭越王猩论文提交日期20141Ⅱ垫论文答辩日期．2Q!垒!12112答辩委员会主席批阅人万方数据垂直轴风力发电机机械结构分析与优化设计研究TheMechanicalStructu，reAnalysisa

2、ndOptimizationDesignResearchofVerticalAxisWindTurbine专业名称扭越工程指导老师鍪壶直姓名王越江苏大学二零一四年十一月万方数据独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其它个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明

3、的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：Z料．汐，炸，，月2D日万方数据学位论文版权使用授权书江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊(光盘版)电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文文件，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。本人电子文文件的内容和纸质论文的内容相一致，允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中国学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期刊(光盘版)电子杂志社将本论文编入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》并向社

4、会提供查询。论文的公布(包括刊登)授权江苏大学研究生处办理。本学位论文属于不保密口。学位论文作者签名：已认加J妒年，，月29日指导教师签沙I旷年，万方数据江苏大学工程硕士学位论文摘要面对加剧的世界能源危机，全球加速了对新能源研究与应用的步伐。在可再生能源中，具有无污染、范围广、效率高等优势的风能发展较快，成为目前主要的新能源之一。因此，研发性能优越、结构简单及成本低廉的垂直轴风力发电机具有十分重要的意义。本文在查阅大量国内外科技文献的基础上，应用动量．叶素等理论，分析了垂直轴风力发电机的性能及其结构

5、，并通过优化设计的方法对垂直轴风力发电机机械部分的主轴支架、支承臂以及风叶自动控制系统进行了设计，为开发垂直轴风力发电机提供了一些经验和依据。本课题研究的主要内容如下：首先，分析了国内外垂直轴风力发电机在结构分析与优化设计方面的研究现状，系统研究了垂直轴风力发电机机械结构设计的贝茨理论、动量理论、叶素理论及多流管模型理论与相关设计方法，提出了一种适合垂直轴风力发电机机械装置设计的方案。其次，针对垂直轴风力发电机结构的特点，讨论影响垂直轴风力发电机风力的翼型性能、叶片安装角及叶片个数等因素，选择了扫掠

6、面积、高径比、尖速比、风zH、匕p．s利用系数及实度等决定风机性能的主要设计参数。再次，对风力发电机的几何参数及尺寸进行设计，通过垂直轴风力发电机的整体结构分析，对叶片、套筒、支承臂及连接部件、刹车系统及风叶自动控制等结构进行了设计，还对垂直轴风力发电机结构外形进行创新设计，从而成功设计了性能良好的垂直轴风力发电机的机械结构。最后，进行了风机主轴支架、支承臂以及风叶自动控制系统两个方面的优化设计。一是运用优化设计方法对相关参数及结构进行了分析研究，确立以满足发电效率的最小质量为目标函数，对风机主轴支

7、架、支承臂实现了优化；二是利用PLC控制系统对风叶角度进行实时检测与调控，以保证风叶能够实时处于最佳位置，同时，在极端天气状况下，还能够自动进行风叶及发电机转速的调控，较好的优化了垂直轴风力发电机的性能，进一步提高了发电效率和安全可靠性。研究结果：本课题设计了一台5KW的垂直轴风力发电机的机械装置，以及相关的基于PLC的风叶自动检测与控制系统，支撑了垂直轴风力发电机样机的生产，并且样机试用运行可靠，验证了本研究方法的可行有效。同时，本研究也为其它机万方数据垂直轴风力发电机机械结构分析与优化设计研究械

8、装置的设计提供了一些应用方法。关键词：风力发电机，垂直轴，性能分析，结构分析，优化设计Ⅱ万方数据江苏大学工程硕士学位论文ABSTRACThthefaceoftheworldenergycrisisintensified，theglobalacceleratesthepaceofresearchandapplicationofthenewenergy．Inrenewableenergy，thewindpowerwhichhavetheadvantageofnopollu