【正文】 風力發(fā)電機在正常運行時對電視等能形成重影或條狀紋干擾，設計時應注意。 4．玻璃鋼葉片 所謂玻璃鋼就是環(huán)氧樹脂、不飽和樹脂等塑料滲入長度不同的玻璃纖維或碳纖維而做成的增強塑料。增強塑料強度高、重量輕、耐老化，表面可再纏玻璃纖維及涂環(huán)氧樹脂，既可增加強度又使葉片表面光滑。 圖3一l9(f)就是用玻璃鋼抽壓或擠壓成從葉根至葉尖漸縮的縱粱，其余部分用泡沫塑料填充，蒙皮用2～3層玻璃纖維纏繞再涂環(huán)氧樹脂的玻璃鋼葉片。 5．玻璃鋼復合葉片 至20世紀末，世界工業(yè)發(fā)達國家的大、中型商品風力發(fā)電機的葉片，基本上采用型鋼縱梁、夾層玻璃鋼肋梁及葉根與輪轂連接用金屬結構的復合材料做葉片。 6．典型葉片結構介紹前西德的格魯威恩(Growian)3000kW大型風力發(fā)電機!風輪直徑lOOm，采用型鋼焊接縱梁，玻璃纖維夾層扳做肋梁，玻璃纖維夾層板覆面，外涂環(huán)氧樹脂的復合弄 三、軸流式泵與風機的升力理論 (一)翼型及葉柵的主要幾何參數(shù) 由于軸流式泵與風機采用了機翼型葉片，因此，可以用升力理論來進行分析和研究。首先要了解影響空氣動力特性的翼型和葉柵的主要幾何參數(shù)。 1．翼型的主要幾何參數(shù) 機翼型葉片的橫截面稱為翼型，它具有一定的幾何型線和一定的空氣動力特性。翼型的主要幾何參數(shù)如圖l24所示。 (1)骨架線。通過翼型內(nèi)切圓圓心的連線，稱為骨架線或中弧線，是構成翼型的基礎其形狀決定了翼型的主要空氣動力特性。 (2)前緣點、后緣點。骨架線與型線的交點，前端稱前緣點，后端稱后 (3)弦長6。前緣點與后緣點連接的直線稱翼弦。翼弦的長度稱為弦長。 (4)翼展2。垂直于紙面方向葉片的長度(機翼的長度)稱為翼展。 (5)展弦比。翼展與弦長之比l／b，稱為展弦比。 (6)彎度f。弦長到骨架線的距離，稱為彎度或撓度。f／b稱為相對彎度。翼型上這一最大距離稱為最大彎度。，最大彎度與弦長之比／b稱為翼型的最大相對彎度。 (7)厚度。翼型上下表面之間的距離稱為翼型厚度，最大值稱為最大厚度，最大厚度與弦長之比稱為翼型的最大相對厚度。 (8)沖角d。翼型前來流速度的方向與弦長的夾角稱為沖角，沖角在翼型以下時為正沖角，以上時為負沖角，如圖l—24所示。 (9)前駐點、后駐點。來流接觸翼型后，開始分離的點(該點速度為零)，稱為前駐點；流體繞流翼型后匯合的點(該點速度也為零)，稱為后駐點。前緣點和后緣點不一定與前駐占和后駐點重合。緣點。 2．葉柵的主要幾何參數(shù) (1)列線或額線。葉柵中翼型各對應點的連線稱為列線或額線。 (2)柵距t。葉柵中兩相鄰翼型間的距離稱為柵距，其計算式為式中 r 一圓柱層流面的半徑； z——葉片數(shù)。 (3)柵軸。與列線垂直的直線，稱為葉柵軸線。 (4)稠度。弦長與柵距之比，即，稱為葉柵稠度，其倒數(shù)稱為相對柵距。 (5)安裝角。翼弦與列線之間的夾角，稱為翼型在葉柵中的安裝角。 (二)孤立翼型及葉柵翼型的空氣動力特性 1．孤立翼型的空氣動力特性 孤立翼型是指流體繞翼型的流動是在一個無限大的平面內(nèi)進行的。除翼型外，沒有其他固體物或其他因素影響流體的流動，從而可使問題的研究大為簡化。事實上，在翼型上下、前后的一定距離處，流體的速度已與無限遠處未受擾動的來流速度相等。因此，在實際工程中，只要翼型附近有足夠大的空間尺寸，就可按孤立翼型分析。 翼型的空氣動力特性，是指翼型上升力和阻力與翼型的幾何形狀及氣流參數(shù)的關系。 首先討論理想流體繞流孤立翼型時的情況。理想流體做平面有勢流動，如果流場中有一翼型，當流體繞流翼型時，則流體對翼型作用有一個力，該力稱為升力。由儒柯夫斯基升力定理可知，作用在單位翼展翼型上的升力為流體的密度P、繞翼型的速度環(huán)量Il和無限遠處來流速度三者的乘積。即 其方向只需將速度矢量‰繞環(huán)量的反方向轉(zhuǎn)90。即得，如圖l—25所示。此外，儒柯夫斯基升力公式也可寫成以下形式，即將式(152)代人式(1_51)得對翼展為2的翼型，其升力為對翼展為2的翼型，其升力為式中——無限遠處來流速度(未受翼型影響的速度)，m／s； ——孤立翼型的升力系數(shù)； P流體密度，kg／m3； b——弦長，m； l——翼展，m。 實際流體繞流孤立翼型時，由于黏性的影響，作用在翼型上的力，除升力外，在流動方向還產(chǎn)生一個阻力。它包括摩擦阻力及壓差阻力(又稱形狀阻力)兩部分。一般情況下，主要是翼型表面的摩擦阻力，其阻力值較小，但在沖角較大的情況下，翼型上表面會發(fā)生附面層分離，產(chǎn)生壓差阻力，使阻力迅速增大。為了減小壓差阻力，一般采用機翼型葉片，以便使附面層不發(fā)生分離或使分離點盡量后移至尾部。作用在翼型上的阻力用以下公式計算，即式中一一孤立翼型的阻力系數(shù)。 作用在翼型上的力，應該是升力和阻力的合力F，如圖1—26所示。合力F與升力之間的夾角稱為升力角，用符號λ表示。λ角越小，則升力越大而阻力越小，翼型的空氣動力特性越好。由圖l—26可得它表示阻力與升力之比。 升力系數(shù)和阻力系數(shù)與翼型的幾何形狀及來流的沖角a有關。系數(shù)和的大小可以通過風洞試驗求得，將試驗結果繪成和與沖角a的關系曲線，如圖127所示，這種曲線稱為翼型的空氣動力特性曲線。每種翼型都有其各自的空氣動力特性曲線。由圖l—27可知，升力系數(shù)，隨沖角a的增大而增大。當沖角d超過某一數(shù)值時，升力系數(shù)Cy，急劇下降，這是因為在大沖角下，繞流翼型時，在翼型上表面的流體在后緣點前發(fā)附面層分離之故。此時，在翼型后面形成很大的旋渦區(qū)，如圖128所示，致使翼型上下表面的壓力差減小，因此升力系數(shù)和升力也隨之減小。升力系數(shù)和升力減小的點稱為失速點。沖角增大到失速點后，空氣動力特性就大為惡化。在軸流式泵與風機中失速工況將使性能惡化，效率降低，并伴隨有噪聲及振動。因此，在設計軸流式泵與風機時，應使沖角a小于失速點，并使升力角叉較小，使翼型具有較大的升阻比，以提高泵與風機效率。即 由于升力系數(shù)cy和阻力系數(shù)Cxl都是沖角a的函數(shù)，因此，可以作一條以升力系數(shù)勺。為縱坐標，以阻力系數(shù)％為橫坐標的曲線，此曲線稱為翼型的極曲線，如圖l—29所示。圖129中標出了相應的沖角口，并在繪極曲線圖時使鋤的比例比大5倍。為了提高翼型的效率，希望升力最大，而阻力最小，從極曲線圖上坐標的原點，引曲線上任一點的極線，該極線的斜率即是升阻比，若要得到最大的升阻比，只要引一條最大斜率的極線。由圖1_29可見，從坐標原點引與極曲線相切的極線，斜率最大。其切點所對應的沖角即是該翼型升阻比最大、升力角最小時的沖角。翼型在該沖角下工作時，具有最好的空氣動力特性，也即升力最大，而阻力最小，翼型的效率最高。 2．葉柵翼型的空氣動力特性 理想流體繞流葉柵翼型時，作用在翼型上的升力定理與流體繞流孤立翼型時，具有相同的形式，即即流體作用在葉柵翼型上的升力Fy，等于流體密度P、速度環(huán)量和相對速度的幾何平均值三者的乘積，其方向?qū)⑺俣仁噶坷@環(huán)量的反方向轉(zhuǎn)90。得。與孤立翼型時所不同的只是把無限遠處來流速度換成相對速度的幾何平均值叫 實際流體繞流葉柵翼型時，翼型上除升力外，還存在一個阻力，與孤立翼型相類似，其升力Fy，與阻力Fx，可用式(1_55)、式(156)計算，即上兩式中 fy、fx——葉柵中翼型的升力和阻力； Cy,Cx——葉柵中翼型的升力系數(shù)和阻力系數(shù)； ——葉柵中幾何平均相對速度。 流體繞流葉柵的翼型時，由于柵中相鄰翼型間的相互影響，其空氣動力特性與孤立翼型時并不完全相同。因此，作用在葉柵中翼型上的升力Fy，與阻力Fx。也與孤立翼型有所不同。除用葉柵中相對速度的幾何平均值代替無限遠處的來流速度外，其升力系數(shù)cy，與阻力系數(shù)cx也和孤立翼型不同，為此，需對其加以修正。葉柵翼型的升力系數(shù)f，是用孤立翼型進行試驗所得的升力系數(shù)Cyl來進行修正的，并借用了平板直列葉柵的修正資料。試驗證明，修正系數(shù)L不僅與葉柵的相對柵距t/b有關，也與翼型的安裝角有 關。修正系數(shù)L等于葉柵中平板的升力系數(shù)cy，與單個平板的升力系數(shù)cy1之比值，即式中L——平板葉柵中考慮平板間相互影響的修正系數(shù)。對于由翼型組成的葉柵，為了借用平板葉柵的修正資料，應將翼型葉柵轉(zhuǎn)化為等價的平板葉柵后再進行修正。等價平板葉柵的作法：如圖l—30所示，通過翼型后緣點A和骨架線中點C作直線，再由翼型的前緣點D作翼弦AD的垂線DB，與直線AB相交于B點，則AB直線就是所求的等價平板。由該等價平板組成的葉柵稱為等價平板葉柵。等價平板葉柵的相對柵距為t／b。(b。是等價平板的弦長)。等價平板在葉柵中的安裝角為AB直線與圓周方向間的夾角。根據(jù)t／b。及屆就可以從圖l31中查得修正系數(shù)【。從而求得柵中平板的升力系數(shù)實踐中往往把平板的升力系數(shù)作為翼型的升力系數(shù)。由于葉柵中翼型的阻力系數(shù)％，即Cx≈Cx1 四、沿葉高氣流參數(shù)的變化 (一)等環(huán)流公式 由前述已知，流體在軸流式泵與風機葉輪中的流動，可以認為是沿無限多個圓柱流面的流動，且任意半徑處每個圓柱流面上的流動情況并不相同，其變化存在一定的規(guī)律。 假設葉輪中的流體(為簡化分析，設為理想流體)沿圓柱面作正常的軸對稱流動，取葉輪與導葉的軸向間隙中半徑為r處的一流體微團(見圖l—32)，對其所受到的作用力進行分析。 作用在流體微團上沿半徑方向的力有以下幾個。 1．慣性離心力 由流體微團的質(zhì)量當其繞軸旋轉(zhuǎn)時，產(chǎn)生的慣性離心力為式中v?！黧w微團絕對速度的圓周 2．徑向表面力設作用在微團內(nèi)表面上的壓力為外表面上的壓力為，則其總作用力分別為與；而而作用在微團左、右兩側面上的壓力亦為其總作用力各為，將其分解成相互垂直的兩個分力，與半徑方向相垂直的兩個分力相互平衡，沿半徑方向的兩個分力形成合力為 根據(jù)達朗貝爾原理，該離心力應與作用在流體微團上的徑向表面力相平衡，即去高階無窮小，則有即可得軸流風機的全壓是靜壓和動壓之和，即對半徑求導，有將式(1—57)代人上式，有注意到而則設風機全壓P及軸向速度u：沿葉高不變，即設上式積分，得 式(1^58)為等環(huán)流公式，亦稱自由渦公式。該式說明，動葉和導葉軸向間隙中的圓周分速度口。是按等環(huán)量規(guī)律分布的。 (二)氣流參數(shù)沿葉高的變化 1．扭速沿葉高的變化 所謂的扭速是指葉輪任意半徑處，進出口氣流相對速度的圓周分速之差，即△叫。下面來分析扭速沿葉高的變化規(guī)律。 由式(1一58)可知，在任意半徑r處，有由圖l—21葉柵進出口速度三角形，有或若記平均半徑為rc，其對應的扭速為Aw剛即有 由式(1—61)可知，氣流的扭速Aw。隨半徑r的增大而減少，即等環(huán)量軸流式風機在葉根處的氣流扭曲大(即氣流轉(zhuǎn)折角邸大)，而在葉頂處氣流扭曲小(即氣流轉(zhuǎn)折角小)． 2．氣流速度沿葉高的變化 記平均半徑為r。，其對應葉高的圓周速度為‰，軸向速度為u。由式(1—58)可得到任意半徑r處氣流速度與平均半徑處對應分速度之間的關系，即 即氣流絕對速度的圓周分速度砜隨半徑的增加而減小。其速度變化規(guī)律如圖l—33所示(1～33中rT為葉頂?shù)陌霃?。 3．氣流角沿葉高的變化 由圖l—21葉柵進出口速度三角形，可求氣流角沿半徑(葉高)的變化規(guī)律。(1)的變化規(guī)律。得由式(1—63)可知，氣流角a，隨葉高增大。(2) 的變化規(guī)律。則由式(1—64)可知，在徑向，隨r增大，氣流角a。也隨之增大，在葉根處最小。 (3)晟的變化規(guī)律。 設轉(zhuǎn)速為竹，則在任意半徑r和平均半徑r。處的圓周速度分別為即有由圖l—21速度三角形可得由式(1—66)可知，隨半徑，增大，氣流角β1減小。 (4)β2的變化規(guī)律。 同樣由速度三角形可得 由式(1—67)可知，隨半徑r增大，氣流角β2減小。 圖1—34表示氣流角a和β沿半徑r變化的情況。在葉頂和葉根處β1和β2變化的差值，反映了葉片沿半徑扭曲的情況。 五、能量方程式 用動量矩定理推導出來的離心式泵與風機的能量方程式也適用于軸流式泵與風機，所不同的是軸流式泵與風機，葉輪進出口處圓周速度、軸面速度相等。即由圖卜23的速度三角形 式(1—68)是用動量矩定理推導出來的軸流泵的能量方程式。軸流風機的能量方程式為因u1=u2。有公式113軸流式泵與風機的能量方程式又可寫為由式(1—68)和式(1—69)可得出如下結論。1u1=u2=u3故流體在軸流式葉輪中獲得的總能量遠小于離心式。這就是軸流式泵與風機的揚程(全壓)遠低于離心式的原因。2時。，HT=0即流體不能從葉輪獲得能量。要使流體由葉輪獲得能量，必令為氣流轉(zhuǎn)折角，則轉(zhuǎn)折角越大時，獲得的能量越大。3為提高流體通過葉輪后獲得的壓力能，必使得WlW2即入口相對速度要大于出口相對速度，常用的方法是使葉輪入口斷面小于出口斷面。過多采用進為圓形的機翼型葉片。 必須指出，該能量方程只建立了總能量與流動參數(shù)之問的關系，而沒有反映出總能量與翼型及葉柵幾何參數(shù)之間的關系，因此不能用來進行軸流式泵與風機的設計計算。而用升力理論推導出的能量方程式，可以建立上述關系。為此，用升力法推導方法如下所述。 實際流體繞流葉柵翼型時，產(chǎn)生升力Fy。和阻力Fx一其合力為F，如圖卜35所示。合力F與升力Fy，之間的夾角為，則 由于平面直列葉柵是由半徑為r和r+dr的兩個同心圓柱面切割展開而得，故垂直于紙面方向的翼展為出。由式(1—55)得則作用在