【正文】 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)教程 崔 新 維 . 目 錄 ? 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)概述 ? 風(fēng)力機(jī)的理論基礎(chǔ) ? 機(jī)組的機(jī)械零部件 ? 機(jī)組電氣系統(tǒng) ? 風(fēng)資源概述 第一章 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)概述 ? 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的總體構(gòu)成 ? 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要機(jī)型 ? 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的關(guān)鍵技術(shù) 一、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的總體構(gòu)成 風(fēng) 電 機(jī)組 ? 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要組成部分： — 葉輪： 將風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。 — 傳動(dòng)系統(tǒng)： 將葉輪的轉(zhuǎn)速提升到發(fā)電機(jī)的額 定轉(zhuǎn)速 — 發(fā)電機(jī)： 將葉輪獲得的機(jī)械能再轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋? — 偏航系統(tǒng)：使葉輪可靠地迎風(fēng)轉(zhuǎn)動(dòng)并解纜。 — 其它部件：如塔架、機(jī)艙等 — 控制系統(tǒng)： 使風(fēng)力機(jī)在各種自然條件與工況下正常運(yùn)行的保障機(jī)制，包括調(diào)速、調(diào)向和安全控制。 ? 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組（以下簡(jiǎn)稱 風(fēng)力機(jī) ）是一種 能量轉(zhuǎn)換裝臵 —— 將 風(fēng)能 轉(zhuǎn)換為 電能 的。 二、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要機(jī)型 ? 按葉輪轉(zhuǎn)速是否恒定分： — 定速風(fēng)力機(jī) — 變速風(fēng)力機(jī) ? 按葉片與輪轂的聯(lián)接方式分： — 定槳距 （失速型）機(jī)組 — 變槳距機(jī)組 ?其它機(jī)型 — 主動(dòng)失速型 — 無(wú)齒輪箱型 — 海上機(jī)組 ? 基本特征 — 水平軸 — 三葉片 — 上風(fēng)式 — 雙速發(fā)電機(jī) ? 機(jī)型的發(fā)展趨勢(shì) — 定槳距 —— 〉 變槳距 — 定速型 —— 〉 變速型 — Kw級(jí) —— 〉 MW級(jí) — 有齒輪箱式 —— 〉 直接驅(qū)動(dòng)式 三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的關(guān)鍵技術(shù) ? 機(jī)組的設(shè)計(jì)方法與技術(shù) ? 葉片的設(shè)計(jì)與制造技術(shù) — 氣動(dòng)設(shè)計(jì) — 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) — 制造工藝 ? 機(jī)組控制技術(shù) — 功率控制技術(shù) — 載荷控制技術(shù) — 并網(wǎng)技術(shù) — 遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù) 第二章 風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)理論 ? 葉片的空氣動(dòng)力特性 ? 葉輪的空氣動(dòng)力模型 167。 空氣動(dòng)力學(xué)的基本概念 一、 流線 ? 氣體質(zhì)點(diǎn)： 體積無(wú)限小的具有質(zhì)量和速度的 流體微團(tuán) 。 ? 流線： — 在某一瞬時(shí)沿著流場(chǎng)中各氣體質(zhì)點(diǎn)的速度方向連成的一條平滑曲線。 — 描述了該時(shí)刻各氣體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向：切線方向。 — 流場(chǎng)中眾多流線的集合稱為 流線簇 。一般情況下，各流線彼此不會(huì)相交如圖所示。 繞過(guò)物體的流線簇 ? 繞過(guò)障礙物的流線 : 當(dāng)流體繞過(guò)障礙物時(shí)，流線形狀會(huì)改變，其形狀取決于所繞過(guò)的障礙物的形狀。 ? 不同的物體對(duì)氣流的阻礙效果也各不相同 考慮幾種形狀的物體，它們的截面尺寸相同，但 側(cè)面形狀 各異，對(duì)氣流的阻礙作用（用 阻力系數(shù) 度量）不同。 側(cè)面形狀不同的幾種物體 二、阻力與升力 ? 阻力 ： 當(dāng)氣流與物體有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣流對(duì)物體的平行于氣流方向的作用力。 ? 升力 ： 先定性地考察一番飛機(jī)機(jī)翼附近的流線。當(dāng)機(jī)翼相對(duì)氣流保持圖示的方向與方位時(shí)，在機(jī)翼上下面流線簇的疏密程度是不盡相同的。 1 2 1 1 3 1 — 根據(jù)流體運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量守恒定律，有 連續(xù)性方程 A1V1 = A2V2 + A3V3 其中： A、 V分別表示截面積和速度。 下標(biāo) 3分別代表前方或后方、上表面 和下表面處。 — 根據(jù) 伯努利方程 ： P = Pi +1/2 * ? Vi2 即：氣體總壓力 =靜壓力 +動(dòng)壓力 =恒定值 考察翼型剖面氣體流動(dòng)的情況： ① 上翼面突出 ，流場(chǎng)橫截面面積減小，空氣流速大， 即 V2V1。而由伯努利方程， 必使： P2 P1，即靜壓 力減小。 ② 下翼面平緩 ， V3≈V1，使其幾乎保持原來(lái)的 大氣壓，即： P3 ≈ P1。 結(jié)論： 由于機(jī)翼上下表面所受的壓力差，使得機(jī) 翼得到向上的作用力 —— 升力 。 三、翼型的氣動(dòng)特性 翼型的幾何描述 ? 前緣與后緣： ? 翼弦： OB，長(zhǎng)度稱為弦長(zhǎng)，記為 C。 — 弦長(zhǎng)是翼型的基本長(zhǎng)度，也稱幾何弦。 — 此外，翼型上還有氣動(dòng)弦，又稱零升力線。 O B 翼弦 C ? 上翼面：凸出的翼型表面。 ? 下翼面：平緩的翼型表面。 ? 中弧線： 翼型內(nèi)切圓圓心的連線。對(duì)稱翼型的中弧線與翼弦重合。 ? 厚度：翼弦垂直方向上上下翼面間的距離。 — 厚度分布：沿著翼弦方向的厚度變化。 ? 彎度：翼型中弧線與翼弦間的距離。 — 彎度分布：沿著翼弦方向的彎度變化。 作用在翼型上的氣動(dòng)力 重要概念： 攻角 氣流速度與翼弦間所夾的角度，記做 ?，又稱迎角。 L R M ? V C ? 由于機(jī)翼上下表面所受的壓力差，實(shí)際上存在著一個(gè)指向上翼面的合力，記為 R。 — 阻力與升力： R在風(fēng)速方向的投影稱為 阻力 ，記為 D；而在垂直于風(fēng)速方向上的投影稱為 升力 ，記為 L。 — 氣動(dòng)力矩： 合力 R對(duì)（除自己的作用點(diǎn)外）其它點(diǎn)的力矩，記為 M。又稱扭轉(zhuǎn)力矩。 ? 為方便使用，通常用無(wú)量剛數(shù)值表示翼剖面的氣動(dòng)特性，故定義幾個(gè)氣動(dòng)力系數(shù)： 升力系數(shù)： CL=L / (1/2 ?V2C) 阻力系數(shù)： CD=D / (1/2 ?V2C) 氣動(dòng)力矩系數(shù)： CM=M / (1/2 ?V2C2) 此處， L、 D、 M分別為翼型沿展向單位長(zhǎng)度上的升力、阻力和氣動(dòng)力矩。 CLmax CL