葉片數(shù)和風(fēng)輪直徑的確定

水平軸風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)分析及計(jì)算理論是在風(fēng)力機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)氣動(dòng)性能計(jì)算的基礎(chǔ)上進(jìn)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(zhuǎn)換過程是相反的。前者從空氣流體中提取能量，然后轉(zhuǎn)化成機(jī)械能；后者是輸入機(jī)械能迫使空氣流動(dòng)形成氣動(dòng)拉力。

本文檔共16頁；當(dāng)前第1頁；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)36分水平軸風(fēng)力機(jī)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(fēng)車，到單機(jī)容量幾千千瓦的大型商業(yè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)種類繁多。而為了設(shè)計(jì)出效率高、運(yùn)行可靠的風(fēng)力機(jī)，必須解決以下兩個(gè)問題。本文檔共16頁；當(dāng)前第2頁；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)36分

1、首先是確定風(fēng)輪的基本幾何尺寸與特征參數(shù)，如葉片數(shù)、風(fēng)輪直徑、葉尖速比；確定葉片的空氣動(dòng)力參數(shù)，如翼型、各葉素弦長(zhǎng)、各葉素安裝角、葉片外形等。2、確定葉片與風(fēng)力機(jī)所受的力，也變按照強(qiáng)度、剛度要求設(shè)計(jì)葉片結(jié)構(gòu)和葉輪。本文檔共16頁；當(dāng)前第3頁；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)36分葉片的外形設(shè)計(jì)一個(gè)葉片的外形設(shè)計(jì)包括：葉片數(shù)z、確定風(fēng)輪直徑D、葉片各剖面的弦長(zhǎng)L、葉片的安裝角α，以及選取各剖面的翼型。本文檔共16頁；當(dāng)前第4頁；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)36分葉片的主要性能參數(shù)： 額定功率：1000W額定風(fēng)速：10m/s起動(dòng)風(fēng)速：4m/s 機(jī)電效率：0.81抗最大風(fēng)速：54m/s 公稱電壓：DC24/48最大系統(tǒng)效率：32﹪ 噪聲：≤70dB（A）工作溫度：-40～+60℃

本文檔共16頁；當(dāng)前第5頁；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)36分風(fēng)力機(jī)風(fēng)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(dāng)?shù)啬昶骄L(fēng)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)z的確定依據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的使用目的和當(dāng)?shù)仫L(fēng)能情況決定水平軸風(fēng)力機(jī)采用高速風(fēng)輪還是低速風(fēng)輪之后，葉片數(shù)z自然也就確定了，如表1所示。本文檔共16頁；當(dāng)前第6頁；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)36分表1尖速比與葉片數(shù)的關(guān)系尖速比葉片數(shù)風(fēng)機(jī)類型126~204~12低速343~83~5中速5~88~152~41~2高速本文檔共16頁；當(dāng)前第7頁；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)36分

目前用于風(fēng)力發(fā)電的風(fēng)力機(jī)一般屬于高速風(fēng)力機(jī)，葉片數(shù)較少，一般取2～3。葉片數(shù)少的風(fēng)力機(jī)在高尖速比運(yùn)行時(shí)有較高的風(fēng)能利用系數(shù)，且啟動(dòng)風(fēng)速較高，適用于發(fā)電。另外，葉片數(shù)目確定應(yīng)與實(shí)度一起考慮，既要考慮風(fēng)能利用系數(shù)，也要考慮起動(dòng)性能，總之要達(dá)到最多的發(fā)電量為目標(biāo)。本文檔共16頁；當(dāng)前第8頁；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)36分1、單葉片風(fēng)輪（c圖）優(yōu)點(diǎn)：機(jī)組費(fèi)用低；缺點(diǎn)：需要增加配重和空氣動(dòng)力平衡措施。abc本文檔共16頁；當(dāng)前第9頁；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)36分2、雙葉片風(fēng)輪（b圖）優(yōu)點(diǎn)：實(shí)度小，轉(zhuǎn)速高；缺點(diǎn)：需要解決結(jié)構(gòu)載荷問題，費(fèi)用反而高，需要柔性輪轂。3、三葉片風(fēng)輪（a圖）優(yōu)點(diǎn)：效率比單葉片和兩葉片稍高，受力平衡好，輪轂簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)：風(fēng)輪重，費(fèi)用高。本文檔共16頁；當(dāng)前第10頁；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)36分這個(gè)問題很簡(jiǎn)單的。為什么用三片，這因?yàn)槿~有較好的動(dòng)平衡。不易產(chǎn)生振蕩。減少軸承的磨損。降低維修成本。為什么風(fēng)力機(jī)多為三個(gè)葉片的？

這個(gè)問題很簡(jiǎn)單的。因?yàn)槿齻€(gè)葉片有較好的動(dòng)平衡（運(yùn)行和輸出功率較為平穩(wěn)）；不易產(chǎn)生振蕩；減少軸承的磨損；降低維修成本。

本文檔共16頁；當(dāng)前第11頁；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)36分圖4

本文檔共16頁；當(dāng)前第12頁；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)36分D對(duì)于λ＞5的大型高速風(fēng)力機(jī)選葉片數(shù)（1、2、3）需要考慮四個(gè)原則：1）提高轉(zhuǎn)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(fēng)輪成本就要減少葉片數(shù)3）葉片葉素的弦長(zhǎng)L與葉片數(shù)z成反比，應(yīng)綜合把握這兩個(gè)參數(shù)的尺度4）風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)質(zhì)量的動(dòng)平衡，振動(dòng)問題控制的難易程度，風(fēng)輪運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲的大小。本文檔共16頁；當(dāng)前第13頁；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)36分二、風(fēng)輪直徑的確定在功率P和風(fēng)力機(jī)前風(fēng)速V1已知的條件下，選定葉尖速比λ并預(yù)估在此λ下的Cp值式中：p—風(fēng)力機(jī)輸出功率；cp—風(fēng)能利用系數(shù)；ρ—空氣密度：v1—設(shè)計(jì)風(fēng)速(風(fēng)輪中心高度位置處)。η—傳動(dòng)鏈η1x發(fā)電機(jī)效率η2(此效率值根據(jù)傳動(dòng)系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的不同而不同，初步設(shè)計(jì)時(shí)常選取0．81左右)；本文檔共16頁；當(dāng)前第14頁；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)36分根據(jù)計(jì)算功率的公式，可推導(dǎo)