3-1葉片數(shù)和風輪直徑的確定[上課課堂]

1、第三章第三章 水平軸風力機的氣動設計水平軸風力機的氣動設計 第一節(jié)第一節(jié) 葉片數(shù)和風輪直徑的確定葉片數(shù)和風輪直徑的確定 內容簡介內容簡介 1、掌握不同葉片數(shù)風力機的優(yōu)缺點； 2、了解風輪直徑的計算方法。 1課程章節(jié) 水平軸風力機氣動分析及計算理論是 在風力機的空氣動力學氣動性能計算的基 礎上進行的，它在很多方面借鑒了螺旋槳 理論，只不過兩者的能量轉換過程是相反 的。前者從空氣流體中提取能量，然后轉 化成機械能；后者是輸入機械能迫使空氣 流動形成氣動拉力。 2課程章節(jié) 水平軸風力機無論是過去還是現(xiàn)在 都是最流行、采用最廣泛的。從兒童可 以制作的玩具小風車，到單機容量幾千 千瓦的大型商業(yè)風力發(fā)電機

2、組，水平軸 風力發(fā)電機種類繁多。 而為了設計出效率高、運行可靠的 風力機，必須解決以下兩個問題。 3課程章節(jié) 1、首先是確定風輪的基本幾何尺寸與特 征參數(shù)，如葉片數(shù)、風輪直徑、葉尖速比； 確定葉片的空氣動力參數(shù)，如翼型、各葉素 弦長、各葉素安裝角、葉片外形等。 2、確定葉片與風力機所受的力，也變按 照強度、剛度要求設計葉片結構和葉輪。 4課程章節(jié) 葉片的外形設計 一個葉片的外形設計包括： 葉片數(shù)z、 確定風輪直徑D、 葉片各剖面的弦長L、 葉片的安裝角， 以及選取各剖面的翼型。 5課程章節(jié) 葉片的主要性能參數(shù)： 額定功率：1000 W 額定風速：10 m/s 起動風速：4 m/s 機電效率：

3、0.81 抗最大風速：54 m/s 公稱電壓：DC 24/48 最大系統(tǒng)效率：32 噪聲：70 dB（A） 工作溫度：-40+60 6課程章節(jié) 風力機風輪的基本幾何尺寸與特性參數(shù)取決 于它的使用目的和當?shù)啬昶骄L能密度。如發(fā)電 用高葉尖速比、提水用低葉尖速比。 一、葉片數(shù)一、葉片數(shù)z z的確定的確定 依據(jù)風力發(fā)電機組的使用目的和當?shù)仫L能情 況決定水平軸風力機采用高速風輪還是低速風輪 之后，葉片數(shù)z自然也就確定了，如表1所示。 7課程章節(jié) 表表1 1 尖速比與葉片數(shù)的關系尖速比與葉片數(shù)的關系 尖速比葉片數(shù)風機類型 1 2 620 412 低速 3 4 38 35 中速 58 815 24 12

4、高速 8課程章節(jié) 目前用于風力發(fā)電的風力機一般屬于高速 風力機，葉片數(shù)較少，一般取23。葉片數(shù)少 的風力機在高尖速比運行時有較高的風能利用 系數(shù)，且啟動風速較高，適用于發(fā)電。另外， 葉片數(shù)目確定應與實度一起考慮，既要考慮風 能利用系數(shù)，也要考慮起動性能，總之要達到 最多的發(fā)電量為目標。 9課程章節(jié) 1、單葉片風輪（、單葉片風輪（c圖）圖） 優(yōu)點：機組費用低； 缺點：需要增加配重和空氣動力平衡措 施。 abc 10課程章節(jié) 2 2、雙葉片風輪（、雙葉片風輪（b b圖）圖） 優(yōu)點：實度小，轉速高； 缺點：需要解決結構載荷問題，費用反而高， 需要柔性輪轂。 3、三葉片風輪（三葉片風輪（a a圖）圖）

5、 優(yōu)點：效率比單葉片和兩葉片稍高，受力平 衡好，輪轂簡單； 缺點：風輪重，費用高 。 11課程章節(jié) 這個問題很簡單的。為什么用三片，這因 為三片葉有較好的動平衡。不易產生振蕩。 減少軸承的磨損。降低維修成本。 為什么風力機多為三個葉片的？為什么風力機多為三個葉片的？ 這個問題很簡單的。因為三個葉 片有較好的動平衡（運行和輸出功率 較為平穩(wěn)）；不易產生振蕩；減少軸 承的磨損；降低維修成本。 12課程章節(jié) 圖4 13課程章節(jié) D 對于5的大型高速風力機選葉片數(shù)（1、 2、3）需要考慮四個原則： 1）提高轉速n就要減少葉片數(shù)z可減小齒輪 箱的變速比，降低成本 2）減少風輪成本就要減少葉片數(shù) 3）葉片葉素的弦長L與葉片數(shù)z成反比，應 綜合把握這兩個參數(shù)的尺度 4）風輪轉動質量的動平衡，振動問題控制 的難易程度，風輪運轉噪聲的大小。 14課程章節(jié) 二、二、風輪直徑的確定風輪直徑的確定 在功率P和風力機前風速V1已知的條件下，選 定葉尖速比并預估在此下的Cp值 式中：p風力機輸出功率；cp風能利用系數(shù)； 空氣密度：v1設計風速(風輪中心高度位置處)。 傳動鏈 1x發(fā)電機效率2(此效率值根據(jù)傳動系統(tǒng)和 發(fā)電機系統(tǒng)的不同而不同，初步設計時常選取081左右) ； 21 33