东华理工大学长江学院毕业设计 绪论
绪论
1.1 国内风力发电机组的发展概况
作为一个发展中的国家，工业的发现需要大量燃料作为发展的能源，当今社会，我国又在进一步向工业大国迈进，超强度的对燃料的使用造成了资源威胁、生态恶化、环境污染、气候变化等等一系列问题，一系列能源争执的问题此起披伏，最终引发了国际之间的能源矛盾，并且越演越烈。面对如此严重的事实问题，我国正在积极利用科学技术来发展新型能源，新型能源和可再生能源具有分布均匀，无污染，可持续利用等特点，风力发电在将来势必会替代当前的化石燃料等资源。中国是风资源相对丰富的国家，并且在全球风电发展中相对较快的国家之一。
如图1.1
图1.1
《中华人民共和国可再生能源法》已于2006年1月1日起施行。“十一五”期间，我国风电产业发展引人瞩目，已成为新能源的领跑者，并具有一定国际影响力。在国家的大力支持下，经过科研机构、风电企业等各方的共同努力，我国在风能资源评估、风电机组整机及零部件设计制造、检测认证、风电场开发及运营、风电场并网等方面都具备了一定的基础，初步形成了完整的风电产业链。在海上风电开发领域，初步解决了海上运输、安装和施工等关键技术，开始积累海上风电场运营经验。在人才培养上，初步形成了一定规模的风电专业人才队伍，风电学科建设也已经起步。
1
东华理工大学长江学院毕业设计 绪论
（一） 风电设备产业化情况
在“十一五”科学技术计划的引领下，国内科研机构、企业通过消化吸收引进技术、委托设计、与国外联合设计和自主研发等方式，掌握了1.5MW～3.0MW风电机组的产业化技术。目前，国产1.5MW～2.0MW风电机组是国内市场的主流机型，并有少量出口；2.5MW和3.0MW风电机组已有小批量应用；3.6MW、5.0MW风电机组已有样机；6.0MW等更大容量的风电机组正在研制。国内叶片、齿轮箱、发电机等部件的制造能力已接近国际先进水平，满足主流机型的配套需求，并开始出口；轴承、变流器和控制系统的研发也取得重大进步，开始供应国内市场。
截至2010年底，我国具备兆瓦级风电机组批量生产能力的企业超过20家。2010年新增装机容量前五名的风电整机制造企业当年市场份额占全国的70%以上。我国有四家企业2010年新增装机容量进入全球前十名。
（二） 风电场建设及资源开发情况
《中华人民共和国可再生能源法》及一系列配套政策的实施，促进了国内风电开发快速增长。2010年，我国风电新增装机容量1890万千瓦，居世界第一位。截至2010年底，我国具备大型风电场建设能力的开发商超过20家，共已建成风电场800多个，风电总装机容量（除台湾省未统计外）4470万千瓦，超过美国，居世界第一位。
“十一五”期间，我国已启动海上风电开发，首个海上项目上海东海大桥风电场安装34台国产3.0MW风电机组，并于2010年6月全部实现并网发电；2010年9月，国家能源局组织完成了首轮海上风电特许权项目招标，项目总容量100万千瓦，位于江苏近海和潮间带地区。
（三） 风电科学技术及公共服务发展情况
“十一五”期间，我国在大型风电机组整机及关键零部件设计、叶片翼型设计等风电关键科学技术领域获得了一批拥有自主知识产权的成果，打破了国外对风电科学技术的垄断。在海上风电开发领域，我国自主研究开发了一系列海上风电场设计、施工技术，研制了一批专用的海上风电施工机械装备。 风电产业的飞速发展也促进了风电行业公共服务体系建设。“十一五”期间，我国建立了一批风能领域相关的国家重点实验室和国家工程技术研究中心，并参考国际惯例初步建立了风电标准、检测和认证体系，为我国风电发展提供了技术支撑和保障。
2
东华理工大学长江学院毕业设计 绪论
（四） 风电人才队伍及学科建设情况
“十一五”期间，我国风电产业的发展推动了风电人才队伍及学科的建设。目前，我国已拥有一批风资源勘测分析、风电机组整机及零部件设计制造、风电场设计、建设及运行维护、风电并网等风电行业各领域的专业人才，形成了风电全产业链的熟练技术人员队伍，并吸引了大量国外优秀的风电人才加盟。在学科建设方面，我国已初步建立了风能与动力工程专业，并开始培养专门化人才。
1.2 国外风力发电的发展状况
外国风力发电在现如今也在迅速发展，这种变化在欧洲特别显著，英国国家在伦敦西北威尔斯的卡诺附近建立了全欧洲最大的风力风力发电站，之所以被成为最大的风力发电站，是因为该站配备50多台风力发电机，每台发电机的耗资都是最大的，发出的电力可供将近2.5万的居民使用。与此同时，亚洲东部的日本也不甘示弱，在青森县建造了一座大型风力发电站，该站配有5台功率在275kw的风力发电机，主要是每台机器有3个之间能够为28cm的叶片为其提供能量，由于此地风力强盛，叶片的转速也很大，再加上本身采用了玻璃纤维强化塑料为其加固，保障了发电机的工作环境，为本国制造了充足的电力。在美国的西雅图，轻型高效的风力发电机诞生，这种发电机的直径只有不足26.5cm，质量也是其它发电机的三分之一，更甚的是，此发电机只有2个叶片，叶片的设计采用了万向接头式结构，运动起来就像是直升机的机翼在螺旋上升一样，协调的转动使风力达到均衡，就像是叶片一直绕中心来回摆动一样。
当今，迫于全世界能源短缺的现状，各国都在追求风力发电的方面的创新，英国、日本、美国、马来西亚、、等等国家一直在开发、引进先进的机械设备，更新转换着设备，来制造更有效的风力发电设备，从而为本国带来更大的风力资源，提高经济实力和国际的竞争力。
1.3 选题的研究背景
我国是能源结构存在相对的不完善，煤炭、石油、天然气为主要的能源供应物，但这些能源都是污染较重的能源，燃烧会释放出二氧化碳和一氧化碳，释放物又恰恰是环境污染的重要杀手。因此，面对如此的威胁和挑战，调整能源结构就显得更为重要，是现阶段我国迫在眉睫的任务，从1991年开始，我国试图研究核电的发展，先后建立的1991年的秦山核电站和1995年的大亚湾核电站，为能源短缺提供了帮助，但危险也是此起披伏的，核的泄漏、爆炸等严重制约着我们对此的有效利用，针对这种现象，我们要做的就是在最短的时间内去开发，去
3
东华理工大学长江学院毕业设计 绪论
制造新的能源来代替就能源，因此，风能就成了相对可以代替的新能源。从总体的方面考虑，风力发电是一个较为简单又比较成熟的新兴能源，在全世界，好多地方和国家都在研究和利用风力发电，更甚的是，像丹麦这些沿海且地势较高的国家甚至把风力作为发电主要方式。我国也在努力的研究进步着，近年来，风力发电事业也像雨后春笋那样，迅速并茁壮的成长着。
依据我国的地理位置和气候条件，气象专家也进行了大概的估测，我国风能资源的蕴含是十分丰富的，像内蒙古的大草原，开阔的地势和西北季风的深入，使得内蒙古成为风力发电站的主要基地，还有东南沿海地区，东北季风和西北季风的交替控制，风力强盛也成为了风力发电的重要建设基地。据不完全统计，截止2010年我国风能安装建设总量已达到4473万kw，已经甩掉了曾经居于首位的美国，跃居世界第一，但开发环节却是十分薄弱的，我国总的开发量还不到总量的百分之二，由此，我们可以想象，我们风力发电的潜能是如此之巨大，发展的前景如此可观。在2009年丹麦哥本哈根世界气候大会上，中国代表承若10年以后我国将把二氧化碳的额定排放量比2005年下降百分四十到百分之五十之间。中国风力事业发展既符合全世界所提倡的清洁能源的发展潮流，又改善了环境状况，符合了中国节能减排和产业优化升级的目标。基于此，政府也实施了一些列的优惠政策来鼓励和发展风力发电事业，在此项政策的极大推动下，我国风力发电事业迅速发展，并且研究创新了维护方便，结构简单的垂直轴风力发电设备，在国内得到了普遍关注！
1.4 选题的目的意义
小型垂直轴风力发电测试平台设计相对于为一个新型课题，但是对于一些发达国家已经处于成熟阶段，但大多数都是仿真实验平台，该论文是设计一种针对H轴风力发电测试平台，把设计好的风力发电机安装到测试平台来测试是否可以达到预期效果。比如风叶在极限风速情况下是否能承受那么大的力而不会被损坏，当用电动机带动风叶转动到额定转速的时候是否可以输出预期的功率。由于风力发电机一般都是在安装在工作条件比较恶劣的荒郊野外,风沙、尘土、雨雪以及气候的剧烈变化,都给风力机的正常工作造成不利影响，所以还可以定期测试这些风力发电机是否还可以正常运行，从而避免了不必要的损失。本文通过对垂直轴风力发电机的结构设计分析，得出了风力发电机测试平台的总体结构和设计要求并计算出各参数，然后运用测试平台来测试风力发电机的运行，以提高发电机组的安全寿命，经济效益和安全运行。
4
东华理工大学长江学院毕业设计 风力发电机测试平台结构总体设计
2 风力发电机测试平台结构总体设计
2.1 风力发电机分类
风力发电机是将风能转换成机械功的动力装置,又称风车。风力发电机的原理就是利用风来吹动风叶转动，再透过增速机来提升旋转速度，来促使发电机发电。虽然风力发电机的形式种类繁多，但一般来说，可以按照风轮转轴与风向的位置不同分为水平轴风力发电机组和垂直轴风力发电机组，也可以按照作用原理的不同分为升力型和阻力型。
2.1.1 水平轴风力发电机
水平轴风力发电机是世界上最为成功的一种风力发电机类型，水平轴风力发电机组是指风轮转轴与风向平行的风力发电机组。主要包括螺旋桨型、多翼型、荷兰型和风帆型等。水平轴风力发电机组主要有风轮扫掠面积大，风能利用率高，风力发电机结构紧凑，技术比较成熟，可控制风电机组在高风速条件下的功率输出，安全可靠等优点。但是需要对风调向，结构复杂，安装和维护不方便。水平轴风力发电机组主要有风轮、风轮轴、低速联轴器、增速器、高速联轴器、发电机、塔架、调速装置、调向装置、制动器、偏航系统等组成。如图2.1.1所示。
图2.1.1 水平轴风力发电机
2.1.2 垂直轴风力发电机
垂直轴风力发电机组是指风轮转轴与风向成直角的风力发电机组，主要包括达里厄型、直线翼垂直轴型和涡轮型等。垂直轴风力发电机组具有能接受任意方
5