风轮总体参数设计.docVIP

风轮总体参数设计 风轮叶片数B 一般风轮叶片数取决于风轮的尖速比λ0，根据风轮叶片数和尖速比的关系表确定风轮叶片数量 尖速比 叶片数目 风机类型 1 6—20 低速 2 4—12 3 3—8 中速 4 3—5 5—8 2—4 高速 8—15 1—2 目前用于风力发电的风力机一般属于高速风力机，一般取叶片数2—3，用于风力提水的风力机一般属于低速风力机，叶片数较多。 叶片数多的风力机在低尖速比运行时有较高的风能利用系数，即有较大的转矩，而且起动风速亦低，因此适用于提水，而叶片数少的风力机在高尖速比运行时有较高的风能利用系数，且起动风速较高，因此适用于发电。 由于三叶片的风力发电机的运行和输出功率较平稳，目前小型风力发电机采用三叶片的较多，对大于中型风力发电机由于考虑成本因素，有人用二叶片，但仍以三叶片为主。 风轮直径D 风轮直径可用下列公式进行估算 式中：P———风力机输出功率(W); ρ———空气密度，一般取1.25kg/m2; V1 ———设计风速(风轮中心高度)m/s; D———风轮直径（m）; η1———发电机效率； η2———传动效率； ——— 风能利用系数。高速风力机一般取0.4以上，低速风力机一般取0.3左右。 设计风速V1 风轮设计风速(又称额定风速)是一个非常重要的参数,直接影响到风力机的尺寸和成本。设计风速取决于使用风力机地区的风能资源分布。风能资源既要考虑到平均风速的大小，又要考虑风速的频度。 知道了平均风速和风速的频度，就可以按一定的原则来确定风速V1 的大小，如可以按全年获得最大能量为原则来确定设计风速。 尖速比 风轮的尖速比是风轮的叶尖速度和设计风速之比，尖速比是风力机的一个重要设计参数，通常在风力机总体设计时提出。首先，尖速比与风轮效率是密切相关的，只要机器没有过速，那么运转于较高尖速比状态下的机器，就具有较高的风轮效率。对于特定的风轮，其尖速比不是随意而定的，它是根据风力机的类型、叶片的尺寸和电机传动系统的参数来确定的。不同的叶尖速比意味着所选用或设计的风轮实度具有不同的数值。所要求设计的尖速比，是指在此尖速比上，所有的空气动力学参数接近于它们的最佳值，以及风轮效率达到最大值。 尖速比和风能利用系数关系 （c）高速风力机 对风车来说，尖速比在2—3范围内有较高的风能利用系数，对低速 风力机来说，尖速比在1附近有较高的风能利用系数，对高速风力机来说，尖速比在6—8范围内有较高的风能利用系数，有的高速风力机的尖速比可以到10以上。 5、风轮的实度 风轮的实度是指，风轮的叶片面积之和与风轮的扫掠面积之比，实度是和尖速比密切相关的一个重要设计参数。下图是风力机实度与尖速比的关系图，由图可知：对风力提水机，因为需要转矩大，因此风轮实度取得大，对风力发电机，因为要求转速高，因此风轮实度取得小。自起动风力机的实度是由预定的起动风速来决定的，起动风速小，要求实度大。通常风力机实度大致在5～20﹪这一范围内。 λ 叶片实度的变化对风轮功率系数的影响 从图中可以看出： （1）．低的实度得到一条宽而平直的曲线，这意味着叶尖速比在一个宽的范围内变动时，风轮的功率系数变化小。 （2）.高的实度得到了一条有尖锐顶点的窄的曲线，风轮对叶尖速比变化非常敏感。而且，如果实度过大，有一个相对较小的最大值，的减少是由失速引起的。 （3）.三叶片时可以得到最佳的实度，不过两叶片也是一种不错的选择。两叶片的最大功率系数虽然比三叶片的最大功率系数小一些，但是峰值的展开范围要宽，因而可以捕获到更大的能量输出。 6、翼型及其升阻比 翼型的选取对风力机的效率十分重要，翼型决定了升阻比，影响着风力机的效率。如下图: 翼型的升力/阻力=L/D值愈高,则风力机的效率愈高,而且性能曲线与叶片数目或尖速比的关系也愈小，同样升阻比条件下，三叶片的风力机的效率更高。 7、其他 (1)风轮中心离地高度,是指风轮中心离安装处地面高度。 （2）风轮锥角。风轮锥角是叶片相对于和旋转轴垂直平面的倾斜度。锥角的作用是在风轮运行状态下利用离心力的卸荷作用，以减少气动力引起的叶片弯曲应力和防止叶片梢部与塔架碰撞的机会。