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(bào)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(bào)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(huì)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(bào)告綜述了近年來(lái)國(guó)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(lái)研究可開(kāi)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(jià)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(dòng)增加等問(wèn)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(lái)國(guó)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(guó)學(xué)者Kripfganz等人提出了增加葉片傾角的方法來(lái)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(shí)，90°機(jī)翼后掠角的葉片具有良好的風(fēng)動(dòng)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(duì)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(duì)便宜的價(jià)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(gè)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(gè)葉片的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，噪音、振動(dòng)和機(jī)械損耗都會(huì)增加，而葉片數(shù)量少于3個(gè)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(dòng)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(wèn)題，其主要原因是風(fēng)速過(guò)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(dòng)，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(chē)等方式。而電子控制則采用智能控制系統(tǒng)、電子剎車(chē)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(dòng)調(diào)節(jié)、響應(yīng)迅速、效率高等。4.未來(lái)研究方向未來(lái)，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(gè)方面展開(kāi)：4.1增加葉片面積通過(guò)增加葉片面積來(lái)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(huì)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(lái)研究的重點(diǎn)。4.2結(jié)構(gòu)優(yōu)化通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化來(lái)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(lái)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