能源是人类社会进步和发展的重要基础,目前人类的主要来源依然是石油、天然气和煤。随着社会的飞速发展,人类对能源的需求越来越大,但是传统能源的日益减少和对环境的破坏已经成为了一个很大的问题。在这种情况下,全世界都开始了对新能源的探索和研究,其中风能也成为了新能源领域的一部分。风能虽然有可再生、无污染的优点,但是风力发电时的不稳定也成为了利用风能的最大问题。风速的不确定性导致风力发电装置输入的转速和转矩不稳定,导致发电机输出的电压和频率也不稳定。如何使得风力发电系统能够稳定输出,并且可以并网发电成为了风电领域的一个重要方向。目前解决这一问题的有两种方法,但是随着风电行业的发展,这两种方法展现出了更多的缺点和不足,所以研究了一种由行星齿轮和导叶可调式液力变矩器组成的风力发电调速装置。这是一种新型的变速恒频调速装置,既能保证风能最大效率的利用,还能保证发电机输出稳定的电压和频率。为风电变速输入恒速输出提供了一种新的方法,具有重要的理论意义和工程应用价值。以新设计的导叶可调式液力变矩器为研究对象,主要研究内容如下:(1)对新型风力发电调速系统进行理论分析。阐述了整个发电系统的工作原理和调速装置的工作原理。同时对调速系统的转速关系、转矩关系和效率进行了分析,得出整个调速系统的性能只与液力变矩器的性能有关。最后阐述了液力变矩器的结构、工作原理及特性。(2)对导叶可调式液力变矩器进行结构设计。该导叶可调式液力变矩器主要由泵轮、涡轮、导轮和导叶调节机构组成。首先利用导叶可调式液力变矩器的特点确定循环圆的形状,然后选择一个参考变矩器,利用相似设计法得到循环圆的参数。然后采用等角射影法对导叶可调式液力变矩器工作轮的叶片进行设计。由于导叶可调式液力变矩器的导轮叶片需要转动,所以设计了一种控制更简单、更精确的导叶调节机构。最后建立了导叶可调式液力变矩器的三维模型。(3)对导叶可调式液力变矩器进行流体仿真分析。提取出导叶可调式液力变矩器在不同导轮开度下的流道模型,利用hypermesh软件对流道模型进行网格划分。然后利用fluent软件对不同流道进行流体仿真,得到变矩器在不同开度下的涡轮转矩,并通过公式计算出变矩器涡轮的转速范围,验证了其转速范围满足设计要求,并且得到了导轮开度与风轮转速的关系。最后对泵轮、涡轮、导轮的流场分别进行了分析,并对整体流场的状态进行了分析。(4)对导叶调节机构进行流固耦合仿真。利用fluent对导叶可调式液力变矩器流道的仿真结果,对导叶调节机构进行流固耦合仿真,得出导叶调节机构的最大应力,与材料特性比较,验证了其强度不满足设计要求。然后对导叶调节机构的结构进行优化,并再次进行流固耦合仿真,得出导叶调节机构的最大应力,与材料特性比较,验证了其强度满足设计要求。最后通过导叶调节机构的最大转矩,为导叶调节机构选择了一款伺服电机。