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畢業(yè)設計(論文)開題報告 題 目： 大型風力電機增速箱傳動系統(tǒng)設計 與運動仿真 學 院： 應用技術學院 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 學生姓名： 何欣 學 號： 201313090208 指導老師： 譚加才 2017年 3 月 8 日 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 1．文獻綜述：結合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫2500字以上的文獻綜述，文后應列出所查閱的文獻資料。 文 獻 綜 述 0 引言 能源、環(huán)境是當今人類生存和發(fā)展所要解決的緊迫問題。常規(guī)能源以煤、石油、天然氣為主，它不僅資源有限，而且造成了嚴重的大氣污染。從全球能源消耗來看， 87%的能源來自化石燃料（包括煤炭、石油和天然氣），6%來自核電，其余的 7%來自可再生能源（主要是水電和風力發(fā)電)[1]。隨著人口的增長和經(jīng)濟的發(fā)展，能源將供不應求，如果不盡早調(diào)整以化石能源為主的能源結構，勢必形成對化石燃料的更大規(guī)模的開采與消耗，從而導致有限化石資源的枯竭?；剂系娜紵嗣禾慨a(chǎn)生的煙塵之外，還會釋放許多有害氣體。我國燃煤釋放的 SO2占全國總排放量的 85%，CO2占 85%，NOX占 60%，煙塵占 70%。1997 年我國 SO2排放總量為 2346 萬噸。我國酸雨區(qū)域在迅速擴大，已超過國土面積的 40%。1995 年酸雨沉降造成的經(jīng)濟損失為 1165 億元，占 GNP 的 1.9%[2].而風能是一種潔凈的可再生能源,具有取之不盡、用之不竭、不會對環(huán)境造成污染等無可比擬的優(yōu)點。隨著風電技術的日趨成熟、風電產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提高以及風電成本的逐漸降低,風電己具備了大規(guī)模開發(fā)的條件[3]。自然界中的風能資源極其巨大，據(jù)相關資料顯示：地球上風能總量能達到13000億千瓦[4]。如果我們能夠充分的利用其百分之一的能源，就可以滿足我們社會能源的需求。 1 風力發(fā)電機及傳動系統(tǒng)概述 風力發(fā)電機是將風能轉(zhuǎn)換為機械能，機械能轉(zhuǎn)換為電能的電力設備。廣義地說，它是一種以太陽為熱源，以大氣為工作介質(zhì)的熱能利用發(fā)動機。風力發(fā)電利用的是自然能源。相對柴油發(fā)電要好的多。但是若應急來用的話，還是不如柴油發(fā)電機。風力發(fā)電不可視為備用電源，但是卻可以長期利用。 風力發(fā)電的原理，是利用風力帶動風車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機發(fā)電。依據(jù)目前的風力發(fā)電機技術，大約是每秒三公尺的微風速度（微風的程度），便可以開始發(fā)電。[5] 目前世界上應用的最多的是水平軸風力發(fā)電機組，主要由風力機、機械傳動系統(tǒng)、發(fā)電機、機艙和塔架組成。風力發(fā)電機組的傳動系統(tǒng)一般包括低速軸、齒輪增速箱、高速軸和制動器。為了便于捕獲風能和適應機組性能控制需要，機組還必須配置偏航傳動、變槳距傳動以及阻尼、制動等輔助裝置。低速軸的前端與輪轂固連為一體，并通過軸承及軸承座支撐在機艙底座上；低速軸的后端經(jīng)聯(lián)軸器與齒輪增速箱聯(lián)接；齒輪增速箱輸出軸經(jīng)高速軸及制動器與發(fā)電機聯(lián)接。 隨著電力技術的提高，目前出現(xiàn)了低速驅(qū)動的多級同步發(fā)電機，采用這種發(fā)電機的機組可省略齒輪增速箱，形成了風力發(fā)電機組的直接驅(qū)動技術，在風電領域內(nèi)得到了重視和發(fā)展，德國直驅(qū)機組的數(shù)量已超過了 30%[6]，但單機功率一般不超過 2MW，若進一步提高單機發(fā)電量，不但體積和重量會迅速增加，而且對永磁同步發(fā)電機提出了更高的技術要求，既不經(jīng)濟，也難以實現(xiàn)。近年來也出現(xiàn)了一種較為折中的結構形式，即采用一級行星齒輪傳動來帶動永磁同步發(fā)電機，稱為半直驅(qū)傳動方案。這種方案由于發(fā)電機的轉(zhuǎn)速不高，因此僅需要實現(xiàn)增速比不大的要求，一般使用一級行星增速傳動，這種結構形式的風電機組主要應用于海上風電場[7][8]。在未來相當長的一段時間內(nèi)，考慮成本、運輸、易實現(xiàn)大型化等因素，采用具有齒輪增速箱的結構形式仍是主流。 2 風力電機增速箱概念、作用及特點 機械系統(tǒng)的傳動是將動力源或某個執(zhí)行的速度、力矩傳遞給執(zhí)行件，使得該執(zhí)行件具有某種運動和出力的功能，風機增速箱就是傳動裝置。傳動裝置可以分為：機械傳動裝置，液壓傳動裝置，電氣傳動裝置等。而機械傳動按其原理分為嚙合傳動與摩擦傳動，具體分為鏈傳動、帶傳動、齒輪傳動、蝸桿傳動四類[9]。根據(jù)風力發(fā)電機組的工作環(huán)境以及傳動特點，一般采用的都是齒輪傳動。 齒輪機構用以傳動空間中任意兩軸 之間的運動和動力，它具有傳遞功率范圍大、效率高、傳動比準確、使用壽命長、工作安全可靠性特點，是現(xiàn)代機械中應用最廣泛的一種傳動機構。齒輪傳動的方式分為：閉式傳動、半開 式傳動和開 式傳動三種方式[10]。由于風力發(fā)電機工作環(huán)境惡劣，一般采用的是閉式傳動以滿足潤滑要求。 增速器是安裝在原動 件和機構之間的獨立的傳動裝置，用以增加傳速減小相應的力矩。增速器是風機發(fā)電機組中的重要組件，承擔著調(diào)速、改變運動形式、動力和分配與傳遞等功能。 3 我國風力發(fā)電現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 近年來，我國風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭強勁，2009年中國新增風電裝機容量為1380.3萬KW，超越美國成為全球新增風電裝機容量最多的國家。2009年中國是全球累計風電裝機容量僅次于美國的國家，累計風電裝機2580.5萬KW，2010年，全球每新安裝3臺機組，就有一臺在中國，當年新增風電裝機容量1892.8萬KW，累計風電裝機容量為4473,3萬KW，超越美國成為全球新增和累計風電裝機容量最多的國家[11] 從全世界來看，風力發(fā)電主要發(fā)展趨勢：在風力發(fā)電機中，由于新型材料的運用、設計水平的進步、控制技術的改進等，使得風力發(fā)電機正朝著結構簡單、容量大、適應性好、穩(wěn)定性高、發(fā)電效率高、壽命長、智能化程度高和低成本方向發(fā)展。①單機容量大型化。為降低風力發(fā)電單位造價及成本，世界各國爭相研制大功率風力發(fā)電機，兆瓦級風力發(fā)電機組己成為國際市場上的主流產(chǎn)品;②柔性結構的運用。采用柔性葉片和柔性塔架，可降低材料的消耗和最大限度的吸收振動、減輕動載荷、明顯的降低風力發(fā)電機的生產(chǎn)成本。③變速變槳調(diào)節(jié)會成為世界主流技術。④風力發(fā)電將成為主要替代能源之一。在歐洲，到2006年風電發(fā)電量占總發(fā)電量的3%，預計到了2020年將會達到12%，到2030年會達到30%。所以我們有理由相信在不久，風力發(fā)電將成為世界主要的替代能源之一。 參考文獻 [1].Bimal K. Bose. Energy, environment, and advances in power electronics. IEEE Trans. Power Electronics, 2000,15(4):688-701. [2] 能源領域組, 能源領域, 科技發(fā)展“十五規(guī)劃”和 2015 年遠景研究. 1999. [3].包耳.風力發(fā)電技術發(fā)展現(xiàn)狀[J].可再生能源雜志,2004,(2):12~15. [4]. 鄭黎明，姜桐.大型水平軸風力機動態(tài)分析.機電工程，1998(2):34～36 [5].風速和風級數(shù)的對應關系??．豆丁網(wǎng) [6]. 劉忠明, 段守敏, 王長路. 風力發(fā)電齒輪箱設計制造技術的發(fā)展與展望[J].機械傳動.2006,30(6):1-6. [7]. 張曙. 風電及其設備制造[J]. 現(xiàn)代制造.2010.39:24-25. [8]. 林鶴云 , 郭玉敬 , 孫蓓蓓等 . 海上風電的若干關鍵技術綜述 [J]. 東南大學學報 .2011,41(4):882-888. [9]. 東北電力技術.世界風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢[J],東北電力技術學院期刊，2009. [10]. 徐錦康.主編.機械設計.北京：高等教育出版社.2003. [11].周超，朱熀秋，魏杰，周令康，黃振躍 .《能源研究與信息》,?2012,?28(2):69-75 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 ２．開題報告：一、課題的目的與意義；二、課題發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望；三、課題主要內(nèi)容和要求；四、研究方法、步驟和措施 開 題 報 告 1、 課題的目的與意義 風能是清潔的可再生能源取之不盡用之不竭。在所有新能源、可再生能源利用技術中風力發(fā)電是技術最成熟、最具規(guī)模開發(fā)和商業(yè)發(fā)展前景的方式。發(fā)展風電對于改善能源結構、保護生態(tài)環(huán)境、保障能源安全和實現(xiàn)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展等方面有著極其重要的意義。大力發(fā)展風電這已經(jīng)成為世界上的共識。 能源是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要物質(zhì)基礎和人類生活必需的物質(zhì)保證。我國人口眾多但資源相對缺乏在全面建設小康社會的進程中國民經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展能源需求將不斷增長我國將面臨嚴峻的能源供應問題。 我國能源面臨最突出的矛盾是國內(nèi)優(yōu)質(zhì)能源供應不足。受國內(nèi)石油資源限制2010年我國石油進口量將達到1.6億噸2020年將增加到2.2億噸3.6億噸。2010年后石油對外依存度將超過50到2020年石油對外依存度將達到5268。我國天然氣需求增長旺盛進口天然氣數(shù)量也將迅速增長。即使按目前預計的能源進口量2020年仍將有至少2億噸標準煤的能源缺口如果要減輕我國對石油和天然氣進口的依賴2020年的能源缺口將為4億噸5億噸標準煤可再生能源將作為主要的替代能源之一而風力發(fā)電則是可再生能源技術發(fā)展重點。風能是不需要開采、運輸、不產(chǎn)生任何污染的清潔可再生能源。而且1臺單機容量1000千瓦的風機與同容量火電裝機相比，每年可減排二氧化碳2000噸 、二氧化硫10噸 、二氧化氮6噸。僅2007年, 全球940億瓦風機容量就將減少 二氧化碳排放12200萬噸，相當于20個大型燃煤發(fā)電站的排放量。 我國發(fā)展風電的必要性近期體現(xiàn)在以下幾方面 ①滿足能源供應。 ②促進地區(qū)經(jīng)濟特別是西部地區(qū)的發(fā)展。 ③改善中國以煤為主的能源結構。 ④促進風機設備制造業(yè)的自主開發(fā)能力和參與國際市場競爭能力。 ⑤減少溫室氣體排放。 ⑥在解決老少邊地區(qū)用電、脫貧致富方面發(fā)揮重大作用。 ⑦減少溫室氣體排放。 2、 課題發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望 我國的風力發(fā)電始于20世紀50年代后期，在吉林、遼寧、等省建立了單臺容量在10kW以下的小型風力發(fā)電場，但其后就處于停滯狀態(tài)。到了20世紀70年代中期以后，在世界能源危機的影響下，特別是在農(nóng)村、牧區(qū)、海島等地方對電力迫切需求的推動下，我國的一些地區(qū)和部門對風力發(fā)電的研究、試點和推廣應用又給予了重視與支持，但在這一階段，其風電設備都是獨立運行的。直到1986年，在山東榮城建成了我國第一座并網(wǎng)運行的風電場后，從此并網(wǎng)運行的風電場建設進入了探索和示范階段，但其特點是規(guī)模和單機容量均較小。到1990年已建成4座并網(wǎng)型風電場，總裝機容量為4.215兆瓦，其最大單機容量為200千瓦。在此基礎上，風力發(fā)電從1991年起開始步入了逐步推廣階段，到1995年，全國共建成了5座并網(wǎng)型風電場，裝機總?cè)萘繛?6.1兆瓦，最大單機容量為500千瓦。1996年后，風力發(fā)電進入了擴大建設規(guī)模的階段，其特點是風電場規(guī)模和裝機容量均較大，最大單機容量為1500千瓦。據(jù)中國風能協(xié)會最新統(tǒng)計，2007年中國除臺灣省外新增風電機組3,144 臺。與2006 年相比，2007年當年新增裝機增長率為145.8％，累計裝機增長率為126.6％。2008年又新增風電裝機容量630萬千瓦,新增容量位列全球第2,僅次于美國. 截至2008年底總裝機容量達到1215.3萬千瓦,同比增長106% ,總裝機容量超過了印度,位列全球第4,同時躋身世界風電裝機容量超千萬千瓦的風電大國行列.2007年中國除臺灣省外累計風電機組6458 臺，裝機容5890兆瓦。截至2010年底，我國新增風電裝機1600萬千瓦，累計裝機容量達到4182.7萬千瓦，均居世界第一，其中3100萬千瓦裝機實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。 我國風能資源比較豐富。根據(jù)全國第2次風能資源普查結果,中國陸地風能離地面10米高度的經(jīng)濟可開發(fā)量2.53億千瓦, 離地面50米估計可能增大一倍。近海資源估計比陸地上大3倍,10米高經(jīng)濟可開發(fā)量約7.5億千瓦,50米高約15億千瓦 。 我國的風力資源主要分布在兩大風帶: 一是三北地區(qū)(東北、華北和西北地區(qū))。包括東北3省和河北、內(nèi)蒙古、甘肅、青海、西藏、等省區(qū)近200千米寬的地帶, 可開發(fā)利用的風能儲量約2億千瓦, 約占全國可利用儲量的79%。該地區(qū)風電場地形平坦, 交通方便, 沒有破壞性風速, 是我國連成一片的最大風能資源區(qū), 有利于大規(guī)模地開發(fā)風電場。二是東部沿海陸地、島嶼及近岸海域。冬春季的冷空氣、夏秋的臺風, 都能影響到沿海及其島嶼, 是我國風能最佳豐富區(qū), 年有效風功率密度在200瓦/平方米以上。如臺山、平潭、東山、南鹿、大陳、嵊泗、南澳、馬祖、馬公、東沙等, 可利用小時數(shù)約在7000至8000小時。這一地區(qū)特別是東南沿海,由海岸向內(nèi)陸丘陵連綿, 風能豐富地區(qū)僅在距海岸50千米之內(nèi)。另外, 內(nèi)陸地區(qū)還有一些局部風能資源豐富區(qū)。 從上述風力資源分布情況來看, 中國有相當大的地區(qū)有著豐富的風能資源, 具有很大的開發(fā)利用價值, 商業(yè)化、規(guī)?；臐摿艽?。 三、課題主要內(nèi)容和要求 1、課題主要內(nèi)容 （1）風力發(fā)電機傳動系統(tǒng)的設計；? （2）增速箱零部件的建模； （3）風力發(fā)電機增速箱的虛擬裝配； （4）建立風力發(fā)電機增速箱的運動仿真模型。 2、課題主要要求 （1）.按要求設計風力發(fā)電機的傳動系統(tǒng)；傳動系統(tǒng)參數(shù)的計算。 （2）.完成齒輪的建模、軸的建模、行星架的建模、軸承的建模、增速箱箱體的建模、增速箱的虛擬裝配。 （3）.完成文獻綜述、開題報告及畢業(yè)設計說明書的撰寫工作。 四、研究方法、步驟和措施 1、查閱資料，翻譯英文資料 查找設計所需的資料，資料的內(nèi)容要有深度，要具有參考意義。 2、熟練掌握設計所需的內(nèi)容 復習以前所學設計有關的專業(yè)知識，并熟練的運用到設計中去。還要按設計所需要求運用CAXA2013 NX UG10.0等軟件繪制風力電機增速箱及其零件的三維（二維）模型圖（平面圖）。 3、 設計內(nèi)容 （1）設計風力發(fā)電機的傳動系統(tǒng)； （2）增速箱各零部件的建模； （3）完成風力發(fā)電機增速箱的虛擬裝配； （4）建立風力發(fā)電機增速箱的運動仿真模型。 5、具體設計步驟 （1） 宣布設計任務，明確課題任務及要求，收集、閱讀有關資料 （2） 調(diào)查研究，分析課題，完成開題報告 （3） 實習 （4） 增速箱傳動系統(tǒng)設計：a）確定傳動系統(tǒng)方案 b）傳動系統(tǒng)參數(shù)計算 c）零部件強度校核 （5） 增速箱的建模：a）增速箱零部件建模 b）增速箱虛擬裝配 c）增速箱的運動仿真 （6） 整理資料，撰寫設計、計算說明書 （7） 畢業(yè)答辯