加装叶片涡流发生器提高失速型定桨距风机发电效率的研究分析.docVIP

嗯嗯聚焦能源整体规划统筹考虑有序推进 2010中国能源化工金三角”发展战略高峰论坛文集 加装叶片涡流发生器提高失速型 定桨距风机发电效率的研究分析 宁夏发电集团有限责任公司风电事业部曹瑞 摘要：本文通过论述失速型定桨距风电机组的失速调节原理，介绍长山头风电场利用加装叶片涡流发生器提高金风 S50/750失速型定桨距风机出力，改善失速型定桨距风机功率曲线。结合改进后的风机功率曲线对比和分析，论述失速型定桨 距风机加装叶片涡流发生器技术改造的重大意义。 关键词:失速4!定桨距风机;叶片涡流发生器;功率曲线;发电效率 一、前言 宁夏银仪风力发电公司长山头风电场采用金风科技S50/750定桨距风力发电机。通过对66台风机两年 实际运行和风机功率曲线的统计、分析，大部分风机功率曲线未达到设计标准值。其主要表现是风机在低风 速期间功率输出低于设计标准值，风机功率输出特性平缓坡度不够;风机高风速期间失速过早，特性不稳定, 风机在大于额定风速情况下出力下降较严重,机组失速性能没有达到设计效果。为此，在风力资源等外环境 不可变的前提下，如何改变定桨距风机的失速点，发挥和提高风机的有功出力,改善其实际运行的功率曲线 就尤为重要。本文就金风S50/750定桨距风机加装叶片涡流发生器的工作机理和安装后的效果进行数据对 比和分析。 二、加装叶片涡流发生器的理论原理和工作机理 (一)失速型风机桨叶的失速调节原理 当气流流经上下翼面形状不同的叶片时，因凸面的弯曲而使气流加速,压力较低，凹面较平缓面使气流 速度缓慢，压力较髙，因而产生升力。桨叶的失速性能是指它在最大升力系数Ck附近的性能。当桨叶的安 装角P不变,随着风速增加攻角i增大，升力系数C,线性增大;在接近C时,增加变缓,达到后开始减 小。另一方面，阻力系数仏初期不断增大;在升力开始减小时，(^继续增大，这是由于气流在叶片上的分离随 攻角的增大而增大，分离区形成大的涡流,流动失去翼型效应，与未分离时相比，上下翼面压力差减小，致使 阻力激增，升力减少，造成叶片失速,从而限制了功率的增加，如图1所示。1,1 围1定桨距风电机的气动特性 204 工程技术篇 失速调节叶片的攻角沿轴向由根部向叶尖逐渐减少,因而根部叶面先进人失速.随风速增大,失速部分 向叶尖处扩展,原先已失速的部分,失速程度加深,未失速的部分逐渐进人失速区。失速部分使功率减少,未 失速部分仍有功率增加。从而使输人功率保持在额定功率附近。失速之后的机翼气动效率极低,已经不能够 产生足够的有效升力。所以在改变风机叶片根部气流环境对于延长定桨距风机失速点,提高失速型定桨距 风机功率有积极的意义。 (二)失速型风机叶片升力和阻力系數对有哏翼展的影响及叶片涡流发生器的工作机a 升力系数C,和阻力系数C,随叶片攻角变化,。升力系数C,的变化由直线和曲线两部分造成.与C-对应 的iM点称为失速点,超过失速点后,升系数下降,阻力系数迅速增加。 C,一升力系数,iM~失速点X,~阻力系数 对于有限长度的叶片,由于升力翼的下表面压力大于大气压力,上表面小于大气压力,因此叶片两端气 流企图从高压側向低压侧流动,结果在两端形成涡流。实际上由于叶尖的影响.两端形成一系列的小涡流, 这些小涡流由汇合成两个大涡流卷向叶尖内侧121 在定桨距风机的失速型叶片表面出现不利的气流分离,将带来许多不良后果,例如增加阻力、降低升力、 导致提前失速功率下降风能3此外在额定风速前,叶片表面上的气流过早分离会导致最大升力系数降低。叶 片涡流发生器主要作用就是有效阻止叶片上气流的过早分离。当气流经过叶片表面时,在叶片后端会产生涡 流,在叶片边缘出流端旋涡之间相互作用变成统一的方向，减少了作用在叶片上的阻力,防止了失速的过早发 生。图3是叶片在安装涡流发生器后的升力系数C,和阻力系数Cd曲线 C,~升力系数、Ca~阻力系数、(VCj~升力比率(备注:右围左上角为叶片涡流发生器连接在叶片 背风侧的示意闬） 205 聚焦能源整体规划统筹考虑有序推进 2010中国能源化工金三角”发展战略高峰论坛文集 S5 图6为CF51风机加装长度为6m的涡流发生器后2008年丨月至2009年5月运行期间的风机实际功 率曲线 图4 CF4I风机加装叶片涡*发生器琬后功幸曲线同期对比图 以下是风机加装叶片涡流发牛器后抽样采集的风机实际运行功率曲线。图5为CF42风机加装长度为 7m的涡流发生器后2008年12月至2009年5月运行期间的风机实际功率曲线，其功率曲线完全符合标准 功率曲线:■ 叶片涡流发生器是一些小的金属性三角翅片.其宽度为8cm,翅片高度4cm,单位长度30cm,翅片相互 之间有一定方向角度排列。拼装长度应与风机实际出力不足的弥补量进行取舍,一般为5m至丨0m。用进口 防脱落异类物质连接胶水安装在