小型水平轴风力机限速控制机构设计方法的选择.pdfVIP

学兔兔 小型水平轴风力机限速控制机构设计方法的选择术 口 代元军 口 陆亦工 口 孙玉新 口 石 宁 新疆工业高等专科学校 乌鲁木齐 830091 摘 要：对300 W风力发电机组的限速控制机构进行了设计。首先分析了限速控制机构的运作原理，选择尾舵的偏 航模式：然后给出了尾舵回位力矩精确的计算公式，指出了尾舵的平衡力矩是由风向和尾舵角度之间产生的气动力形成 的；最后，选择出适合于小型水平轴风力机限速控制机构的设计方法。 关键词：限速控制机构 水平轴风力机 尾舵 中图分类号：TH112；TM315 文献标识码：A 文章编号：1000—4998(2011)12-0033-03 风力发电机 是将风能转 化为电能 的机械装置 ．其 愿意采用此种调速方式 ．但是它的设计计算 比较复杂。 中限速控制机构是风力机的关键部件 ．由于风的能量 风轮偏离风 向 6角后 ．与风向垂直的扫掠 面积变为 与风速的 3次方成正 比．所 以一 台设计风速为 10 m／s A~cos8(见图 1)，6角越大 ，ARco 就越小 ，当 8=90。时 ， 的风力机 ．当其在 20 m／s的风速下运行 时 ．可利用 的 A c0s6=0，桨叶完全顺桨。所以利用风轮偏侧既能调节 风能已为设计工况的 8倍 如果没有可靠的限速控制 功率 ．又能避开强风．控制转速 。 机构 ．风力机是极易损坏的…。本文从分析侧偏限速控 1．2 侧翼式风轮侧偏[3] 制机构的原理人手 ．建立起数学模型 ．给出了尾舵 回位 在风轮后扫略面外 f约 1．5 处 )刚性连接一个侧 力矩精确的计算公式 ．并且设计计算 了 300 W 风力机 翼(俗称风铲)，其面积为(0．01～0．O3)A ，尾舵铰接于风 偏心式风轮侧偏限速控制机构 轮后侧并用调整弹簧将它连接到机座上 ．见 图 2所示 。 1 风力机的限速设计理论 风力机应配备专门的限速控制机构 ．使其在一定 风速范围内能 自动地限制转速与功率 。风力机的输出 功率与风轮的扫掠面积 A 及风能利用系数 C。成正 比，因此 ，改变 A 或 cn，就能控制风力机 的转 速及功 率。风轮偏侧可使 A 减少 ，而 cn的改变又可以通过桨 叶变距或失速来实现。这样 ，风力机的调节方法归纳起 假如回转体的摩擦阻力忽略不计 ．则平衡条件可 来 主要有风轮侧偏 、变距调节和失速控制 3种类型[2]。 简化为 ： 本文选用风轮侧偏方式对水平轴风力机的限速控制机 + = (1) 构进行设计 式中： 为作用到风轮上的气动力矩，N·113．；坂 为作用到 1．1 风轮偏侧的工作原理 侧翼上的气动力矩 ，N·In； 为弹簧的复位力矩 ，N·1TI。 风轮侧偏具有结构简单 、维护方便的特点，有利于 = —p ( 广 a) (2) 减少故障，降低制造成本。所以．一般风力机制造厂家 二 式 中 ：P为空气密度 ，kg／m ；V为风速 ，m／s；Zl为风轮扫 新疆工业高等专科学校科研基金项目(编号：2010XG 收稿日期：2011年6月 掠面和塔架 中心距离 ，m； 云·R， 、 和 y为 H·B施米 CAD参数化模型库的建立也具有重要意义