槳葉可變風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)-文庫(kù)吧
2025-07-21 08:36 本頁(yè)面
【正文】 用風(fēng)電起步較晚，和世界上風(fēng)電發(fā)達(dá)國(guó)家如德國(guó)、美國(guó)、西班牙等相比還有很大差距。風(fēng)電是20 世紀(jì)80 年代開(kāi)始迅速發(fā)展起來(lái)的，初期研制的風(fēng)機(jī)主要是1kW、10kW、55kW、220kW 等小型風(fēng)電機(jī)組，后期開(kāi)始研發(fā)可充電型風(fēng)電機(jī)組，并在海島和風(fēng)場(chǎng)廣泛應(yīng)用。（3） 發(fā)展中存在的問(wèn)題風(fēng)能是一種能量密度低、穩(wěn)定性較差的能源。由于風(fēng)速、風(fēng)向隨機(jī)變化，引起葉片攻角不斷變化，導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組的效率和功率的波動(dòng)，并使傳動(dòng)力矩產(chǎn)生振蕩，影響電能質(zhì)量和電網(wǎng)穩(wěn)定性。隨著風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在許多風(fēng)電機(jī)組采用了變槳矩調(diào)節(jié)技術(shù)，其葉片的安裝角可以根據(jù)風(fēng)速的隨機(jī)變化而改變，氣流的攻角在風(fēng)速變化時(shí)可保持在一個(gè)比較合理的范圍內(nèi)，從而有可能在很大的風(fēng)速范圍內(nèi)保持較好的空氣動(dòng)力學(xué)特性，獲得較高的效率，特別當(dāng)風(fēng)速在大于額定風(fēng)速條件下，仍可保持輸出功率的平穩(wěn)。在變槳技術(shù)的基礎(chǔ)上，又發(fā)展了變速恒頻技術(shù)，使風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以隨風(fēng)速的變化而變化，進(jìn)一步提高了風(fēng)電機(jī)組的頻率。但變槳矩技術(shù)也存在著一些缺點(diǎn)。例如迎風(fēng)變槳控制方式（使氣流攻角減?。┰趶?qiáng)風(fēng)時(shí)，變槳角度相對(duì)較大；而順風(fēng)變槳即主動(dòng)失速（使氣流攻角增大）變槳時(shí)使氣流產(chǎn)生分離，升力減小，阻力急劇增大，從而導(dǎo)致風(fēng)力機(jī)功率減小。因此，我們可以猜想如果風(fēng)輪直徑在不同的風(fēng)速下可變，使其最大化的捕捉風(fēng)能可能是未來(lái)風(fēng)能利用的一個(gè)重大技術(shù)突破。（4） 本文的主要工作隨著風(fēng)輪直徑的增加，風(fēng)力機(jī)可以捕捉更多的風(fēng)能。直徑40m的風(fēng)輪適用于500KW的風(fēng)力機(jī)。長(zhǎng)度超過(guò)80m的葉片已經(jīng)成功運(yùn)行，葉片的長(zhǎng)度每增加1m，風(fēng)力機(jī)可捕捉的風(fēng)能就會(huì)顯著增加。和葉片的翼型一樣，葉片的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)對(duì)提高風(fēng)能的利用也有著重要作用。本文將會(huì)初步計(jì)算和討論葉片長(zhǎng)度可變對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率的影響，并設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的根據(jù)風(fēng)況而槳葉長(zhǎng)度可變的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。當(dāng)風(fēng)速較低時(shí)，葉片會(huì)完全伸展，以最大限度的生產(chǎn)電力；隨著風(fēng)速增大，輸出電力會(huì)逐步增至風(fēng)力機(jī)的額定功率，一旦風(fēng)速超過(guò)這一峰值，葉片就會(huì)回縮以限制輸電量；如果風(fēng)速繼續(xù)增大，葉片長(zhǎng)度將會(huì)繼續(xù)縮小至最短。風(fēng)速自高向低變化時(shí)，葉片也會(huì)做相應(yīng)調(diào)整。 設(shè)計(jì)方案（一）理論效率分析 當(dāng)風(fēng)速為時(shí)，風(fēng)的動(dòng)能為 （1）流過(guò)一個(gè)控制面的f的的風(fēng)功率為 （2）因?yàn)榱髁俊，F(xiàn)根據(jù)Betz假設(shè)，風(fēng)流均勻，速度為，流過(guò)風(fēng)輪之后在遠(yuǎn)離風(fēng)輪面后的風(fēng)速降為。考慮一流管，由于連續(xù)性它必須是擴(kuò)張形的。 （3）由于壓力變化甚微，可假設(shè)密度為常數(shù)。所提取的能量即為流入的能量減去流出的能量，即 （4）所提取的功率則為
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