小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)失速調(diào)節(jié)型葉輪的實(shí)驗(yàn)研究的綜述報告

小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)失速調(diào)節(jié)型葉輪的實(shí)驗(yàn)研究的綜述報告摘要：小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)廣泛應(yīng)用于農(nóng)村和偏遠(yuǎn)地區(qū)，但在大風(fēng)或風(fēng)向變化的情況下，常常會出現(xiàn)葉輪失速的情況，使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)的效率大大降低。因此，調(diào)節(jié)型葉輪成為了目前小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的重要研究方向。本報告綜述了近年來國內(nèi)外學(xué)者們的研究成果，包括調(diào)節(jié)型葉輪的設(shè)計(jì)和優(yōu)化、失速與控制等方面的內(nèi)容，并提出了未來研究可開展的方向。1.前言小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有體積小、運(yùn)輸方便、價格低廉等優(yōu)點(diǎn)，成為了偏遠(yuǎn)地區(qū)和農(nóng)村電力供應(yīng)的重要手段。然而，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)通常使用的葉輪直徑較小，容易在大風(fēng)或風(fēng)向變化的情況下出現(xiàn)失速現(xiàn)象，導(dǎo)致風(fēng)電轉(zhuǎn)換效率降低、噪聲變大、振動增加等問題。因此，調(diào)節(jié)型葉輪設(shè)計(jì)成為了小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研究重點(diǎn)，本文將綜述近年來國內(nèi)外學(xué)者們關(guān)于小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)失速調(diào)節(jié)型葉輪的研究進(jìn)展。2.調(diào)節(jié)型葉輪的設(shè)計(jì)和優(yōu)化2.1葉片形狀的優(yōu)化葉輪的葉片形狀是決定小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)效率和失速現(xiàn)象的關(guān)鍵。德國學(xué)者Kripfganz等人提出了增加葉片傾角的方法來增加葉片面積和力矩，從而提高轉(zhuǎn)速和電力輸出。安娜堡大學(xué)的KazuyoshiAraya等人在其研究中發(fā)現(xiàn)，在流量系數(shù)4.5時，90°機(jī)翼后掠角的葉片具有良好的風(fēng)動力特性。2.2葉片材料的選擇當(dāng)前，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)常用的葉片材料有紙質(zhì)復(fù)合材料，玻璃纖維復(fù)合材料等。以往的研究表明，紙質(zhì)復(fù)合材料的強(qiáng)度和剛度不如玻璃纖維復(fù)合材料。但在一些對輻照條件嚴(yán)格的地區(qū)，紙質(zhì)復(fù)合材料由于其較好的輻照耐受性和相對便宜的價格成為了較為理想的選擇。2.3葉片數(shù)量的選擇葉片數(shù)量是小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)中一個關(guān)鍵的參數(shù)。通常，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片數(shù)量為3或5，這是因?yàn)槎嘤?個葉片的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，噪音、振動和機(jī)械損耗都會增加，而葉片數(shù)量少于3個的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其轉(zhuǎn)矩較小，難以產(chǎn)生有效的轉(zhuǎn)動力矩。3.失速與控制3.1失速現(xiàn)象的產(chǎn)生失速是小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)普遍存在的問題，其主要原因是風(fēng)速過大或其他氣流干擾導(dǎo)致葉片表面產(chǎn)生渦旋，并抵消風(fēng)向所產(chǎn)生的升力。這使得氣流的流向變?yōu)橄蛉~片后向流動，出現(xiàn)了失速現(xiàn)象。3.2控制方法目前，常用的失速控制方法有機(jī)械控制和電子控制兩種。機(jī)械控制一般采用葉片傾角限制、失速剎車等方式。而電子控制則采用智能控制系統(tǒng)、電子剎車等方式。其中，電子控制是目前小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)失速控制的主流方法，其優(yōu)點(diǎn)在于自動調(diào)節(jié)、響應(yīng)迅速、效率高等。4.未來研究方向未來，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)失速調(diào)節(jié)型葉輪的研究可以從以下幾個方面展開：4.1增加葉片面積通過增加葉片面積來提高葉輪的力矩，從而在大風(fēng)等情況下減緩葉輪失速。但在實(shí)際應(yīng)用中，增加葉片面積也會增加成本，如何在保證成本不高的情況下實(shí)現(xiàn)葉片面積的增加也是未來研究的重點(diǎn)。4.2結(jié)構(gòu)優(yōu)化通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化來提高葉輪的穩(wěn)定性，從而減緩失速現(xiàn)象的產(chǎn)生。目前，3D打印技術(shù)的飛速發(fā)展使得葉輪的結(jié)構(gòu)得到了很好的優(yōu)化。4.3失速控制的自適應(yīng)性目前，失速控制還是根據(jù)預(yù)設(shè)的失速閾值和風(fēng)速設(shè)置的，缺乏自適應(yīng)性。因此，未來需要探索失速控制有關(guān)自適應(yīng)方法，如基于反饋的方法。結(jié)論：小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的失速調(diào)節(jié)型葉輪的研究已經(jīng)成為了當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。雖然已經(jīng)取得