風力發(fā)電原理和技術講座(編輯修改稿)
2025-03-20 13:46 本頁面
【文章內容簡介】 us)式等。 ? 水平軸的翼式風力發(fā)電裝置主要由以下幾部分組成：葉輪、傳動機構 (變速箱 )、停車制動器、發(fā)電機、機座、塔架、調速器或變速器、調向器等 (如圖所示 )。 ? ⒊ 風輪機的氣動原理 ? 當風速的方向與風輪轉軸相重合時，槳葉受力與氣流速度如圖所示。為了簡便，圖中葉片斷面是一片薄板，而實際的葉片截面是翼型，但基本的速度分析和受力分析是一致的。薄板式的葉片在現(xiàn)代風能利用之前是普遍的形式。 ? 圖中， x方向為風輪機的軸向，也是空氣來流方向； y向為葉輪的旋轉平面，取半徑為r處的槳葉斷面進行分析，各符號分別為： ? ut— 氣流流過槳葉的速度； ? ω — 槳葉的旋轉角速度， ω r為葉輪旋轉帶來的牽連速度； ? ur— 氣流對槳葉的相對速度； ? α — 沖角，即氣流對槳葉的相對速度 ur與葉片迎風面之間的夾角。對于翼型斷面的葉片，沖角為零也可以產生驅動力，但對于薄板則不行； ? Φ — 楔角，即葉輪迎風面和葉輪旋轉半面之 I司的夾角； ? β — 氣流對槳葉的相對速度 ur與風速之間的夾角。 ? (1)氣流對槳葉的作用力。對于槳葉，氣流的作用速度為氣流對槳葉的相對速度。 ? 氣流對槳葉的作用力可分解為兩個部分： ? 1)與 ur方向相同的阻力 D； ? 2)與 ur方向相垂直的升力 L。 ? 這兩個力的合力為總作用力 R， R可以分解為風輪旋轉平面內的 (周向的 )分力 Ry和軸向水平分力 Rx,周向分力 Ry 形成驅動葉輪旋轉的轉矩 Ry r，軸向分力 Rx 形成對風輪的正面壓力。 ? (2)最佳沖角。對于槳葉上的力，總是希望阻力較小而升力較大，升力和阻力的比值與葉型有關，并隨沖角而變化。在 L/D取得最大值時的沖角為最佳沖角。 ? 由于在不同半徑處的牽連速度不同，為了使不同半徑處保持相同的最佳沖角，槳葉的楔角也應該隨著半徑而變化。即 隨著半徑的增大，槳葉的楔角應減小。 tura r c t a n9090 ????? ????????? (3)升力和失速。為了做圖和說明問題簡單，在圖中采用了平板型的葉輪。實際中，葉片上的升力不僅僅是空氣分子撞擊動葉這樣簡單，它不僅與沖角有關，還與葉型有關。風機借用了一些飛機的技術，另外也發(fā)展了本領域的一些先進技術。飛機能夠飛起來的原因是機翼上表面的空氣流動速度比下表面的快，這意味著上表面的空氣壓力低，這樣就產生升力，如圖所示。因此，風輪葉片的剖面往往不是直方型的，而是采用翼型。合理的翼型可以減小阻力，提高升力。 ? 對于一定的葉型，當沖角增大時，可能會出現(xiàn)失速的現(xiàn)象。當飛機要快速地爬升而向后傾斜時，在向后傾斜時機翼的升力應該是增大的，但是，從實驗中我們可以看到，在這一瞬問，機翼上表面的空氣不再緊貼機翼表面，而是因附面層分離而產生渦流，導致升力的瞬間消失，這一現(xiàn)象就稱為失速，如圖所示。 ? 如果在葉片壁面上，沿著空氣流動方向機翼的形狀變化過快，機翼將會失速。當然，機翼的形狀不會自己改變，這是由于機翼相對空氣流的沖角增大了，注意渦流是在機翼的背風面產生的。 ? 如果機翼或風輪機葉片的表面不光滑，會加劇失速。即使沖角相當小，機翼或風機葉片上的一個凹痕或一小片黏帶也會導致渦流。飛機的設計者顯然不惜一切
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