《風(fēng)力發(fā)電技術(shù)》課件-3.風(fēng)輪

風(fēng)力機和風(fēng)力發(fā)電技術(shù)風(fēng)輪

風(fēng)輪由葉片、輪轂等部件組成的將空氣的流動動能（即風(fēng)能）轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機械能的轉(zhuǎn)動部件，是風(fēng)力發(fā)電機組的關(guān)鍵部件之一。在氣流作用下，風(fēng)輪葉片產(chǎn)生空氣動力，驅(qū)動風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機械能。知識點2——風(fēng)輪風(fēng)輪是吸收風(fēng)能并將其轉(zhuǎn)換為機械能的部件。風(fēng)輪是風(fēng)力機核心部件，由葉片和輪轂組成。其中：葉片是捕捉、接受風(fēng)能使風(fēng)輪轉(zhuǎn)動的主要構(gòu)件。徑向安裝。大型風(fēng)機一般1-4片，也稱槳葉。輪轂是葉片和葉片組固定到轉(zhuǎn)軸上的裝置，將風(fēng)輪的力和力矩傳遞到傳動機構(gòu)中，也是控制葉片漿距的裝置。葉片風(fēng)輪主軸與球形輪轂風(fēng)輪結(jié)構(gòu)由一組葉片安裝在輪轂上構(gòu)成，輪轂外部加裝有整流罩。雙葉片三葉片

（2）風(fēng)輪的連接多年來，風(fēng)輪大都采用葉片與輪轂剛性連接的結(jié)構(gòu)，即所謂的定槳距風(fēng)輪。近年來，大型風(fēng)力機組采用變槳距風(fēng)輪，葉片與輪轂通過可轉(zhuǎn)動的推力軸承或?qū)ｉT為變距機構(gòu)設(shè)計的聯(lián)軸器連接，這種風(fēng)輪可根據(jù)風(fēng)速的變化調(diào)整氣流對葉片的攻角，當(dāng)風(fēng)速超過額定風(fēng)速后，輸出功率可穩(wěn)定地保持在額定功率上。葉片與輪轂通過葉柄的螺栓連接。（3）使用材料風(fēng)輪轉(zhuǎn)子葉片用的材料根據(jù)葉片長度不同而選用不同的復(fù)合材料，目前最普遍采用的是玻璃纖維增強聚酯樹脂、玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂和碳纖維增強環(huán)氧樹脂（性能最好、未來轉(zhuǎn)子葉片材料的發(fā)展方向）。（4）制造工藝開模手工鋪層、閉模真空浸滲（5）葉尖優(yōu)化葉片葉尖優(yōu)化可以提高風(fēng)輪效率，改善啟動噪聲。（6）防雷擊措施需要安裝防雷裝置，用金屬引導(dǎo)線經(jīng)葉尖、葉片空腔、輪轂將雷電引入地下。用螺栓將輪轂與葉片根部固定在一起，安裝后葉片槳距角固定不變。定槳恒速型風(fēng)電機組風(fēng)輪

葉片葉根部與變槳軸承內(nèi)圈法蘭用螺栓進行剛性連接，軸承外圈法蘭與輪轂用螺栓進行剛性連接，葉片相對于輪轂是可以轉(zhuǎn)動的。變槳變速型風(fēng)電機組的風(fēng)輪變槳變速型風(fēng)電機組風(fēng)輪輪轂內(nèi)部空間較大，在輪轂內(nèi)部安裝有變槳裝置。與葉片數(shù)量有關(guān)，還與變槳距或定槳距的要求有關(guān)。輪轂的外形

兩葉片風(fēng)輪輪轂外形呈圓柱體形狀，兩端各安裝一個葉片，三葉片風(fēng)輪輪轂多采用高強度球墨鑄鐵或鑄鋼鑄造而成，外形一般為三通型或球殼型。一般用于定槳距風(fēng)電機組，體積和內(nèi)部空間小

一般用于變槳距風(fēng)電機組，體積和內(nèi)部空間大，可容納變槳裝置。三通型球殼型風(fēng)輪輪轂外安裝的殼體部件。一般采用復(fù)合材料制成，外部為流線型。整流罩

功能：減小輪轂對氣流的阻力，保護輪轂中的設(shè)備不受風(fēng)沙雪雨等侵害，還可使視覺上更加美觀。風(fēng)輪功率特性是評價風(fēng)輪性能的重要指標(biāo)，直接影響風(fēng)力發(fā)電機組的輸出功率大小。風(fēng)輪的輸出功率與風(fēng)速、風(fēng)輪掃風(fēng)面積和空氣密度等因素有關(guān)。1.升力型葉片風(fēng)輪翼型空氣動力特性2.阻力型葉片風(fēng)輪翼型空氣動力特性包括風(fēng)輪直徑、風(fēng)輪掃風(fēng)面積、風(fēng)輪仰角、風(fēng)輪錐角、風(fēng)輪偏角、風(fēng)輪實度、槳距角和葉尖速比。

風(fēng)輪參數(shù)

風(fēng)輪葉尖旋轉(zhuǎn)圓的直徑。在平均風(fēng)速較低的運行環(huán)境中，風(fēng)輪直徑一般需要設(shè)計得稍大一些。風(fēng)輪直徑垂直于風(fēng)矢量平面上的、風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時形成的投影面積，與風(fēng)輪直徑一樣，是影響風(fēng)電機組功率的重要參數(shù)。風(fēng)輪掃風(fēng)面積

風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸與水平面之間的夾角。適當(dāng)?shù)娘L(fēng)輪仰角可使風(fēng)輪葉尖與塔架之間保持合理的距離，防止運行中的葉片由于揮舞變形而與塔架碰撞。風(fēng)輪仰角風(fēng)輪仰角

葉片展向與垂直于風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸的平面之間的夾角。

其作用是在風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)運行狀態(tài)下，減少離心力引起的葉片彎曲應(yīng)力，同時，防止葉尖與塔架碰撞。風(fēng)輪錐角風(fēng)輪錐角

風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸線的水平投影與水平來風(fēng)方向之間的夾角。風(fēng)輪偏角較大時，偏航系統(tǒng)起動，調(diào)整風(fēng)輪對風(fēng)。風(fēng)輪偏角

風(fēng)輪葉片投影面積的總和與風(fēng)輪掃風(fēng)面積的比值，是影響風(fēng)輪輸出功率的參數(shù)之一。風(fēng)輪實度

葉片幾何弦線與風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面之間的夾角。變槳系統(tǒng)通過改變?nèi)~片槳距角控制風(fēng)輪輸出功率。槳距角風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時葉片葉尖線速度與吹向風(fēng)輪的風(fēng)速之比,亦稱尖速比。葉尖速比

入=wR/u或入=——60u

通過調(diào)整風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時的葉尖速比，可以使風(fēng)電機組獲得最大風(fēng)能利用系數(shù)。2πnR

在風(fēng)速低于額定風(fēng)速時，保持槳距角0°不變，此時風(fēng)能利,用系數(shù)Cp是葉尖速比入的函數(shù);

當(dāng)風(fēng)速變化時，只要調(diào)節(jié)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，獲得最佳葉尖速比，就可維持風(fēng)電機組在最大風(fēng)能利用系數(shù)下運行。風(fēng)輪功率特性在風(fēng)速高于額定風(fēng)速時，通過增大槳距角來使風(fēng)能利用系數(shù)降低，使風(fēng)電機組輸出功率穩(wěn)定在額定功率左右。風(fēng)輪幾何參數(shù)1.風(fēng)輪直徑：葉尖旋轉(zhuǎn)圓的直徑2.風(fēng)輪掃掠面積：旋轉(zhuǎn)時葉片的回