機械設(shè)計畢業(yè)論文船用可變槳距風力發(fā)電機設(shè)計

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　（20 屆）</b></p><p>　　船用可變槳距風力發(fā)電機設(shè)計</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 機械設(shè)計制造及自動化

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘要</b></p>

3、<p>　　能源的風能成為世界各國普遍重視的能源，風力發(fā)電技術(shù)也成為各國學(xué)者競相研究的熱點。變槳距功率控制是當今大型風力機的關(guān)鍵技術(shù)之一，本文對風力機變槳距控制技術(shù)從仿真到試驗、從理論到實踐進行了較為全面的深入研究。</p><p>　　風能作為一種可再生能源越來越受到全球各個國家和政府的重視。風電相關(guān)設(shè)備和關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)研究與此同時也越發(fā)成為企業(yè)界和科技領(lǐng)域重點探討的項目之一。風能利用技在全球獲得了

4、非常廣泛的運用和快速發(fā)展，風力發(fā)電機也漸漸向商業(yè)化、大型化發(fā)展?！毒┒甲h定書》的簽訂和實施，日后風電會比傳統(tǒng)的礦物燃料發(fā)電更有競爭力。在能源消耗日益增長瀕臨枯竭，環(huán)境污染日漸嚴重的今天，作為可再生綠色</p><p>　　論文首先從風力發(fā)電最基本的風能資源入手，簡述了有關(guān)的風的變化、風速取值、風能估計、風力發(fā)電功率計算以及風力發(fā)電的基本原理，得出變槳距變速恒頻控制的理論基礎(chǔ)。并對風力發(fā)電機中重要的葉片進行了一定的

5、研究，包括相關(guān)的整體外形尺寸的計算與根據(jù)空氣動力學(xué)選取最佳葉片翼型的橫截面。</p><p>　　電動機的獨立槳葉控制是變槳距控制的一種重要方法，本文詳細設(shè)計了獨立變槳距執(zhí)行機構(gòu)。風電機的風輪控制包含變槳距和偏航兩種。變槳距和偏航系統(tǒng)是風能機組關(guān)鍵部件，對風力發(fā)電機組的風能利用效率以及風力機組整體的成本會有直觀的影響。這里簡單的研究了一下風力發(fā)電機的組成和組件，風葉是風力發(fā)電機的重要組件，它直接決定了風力的能否有

6、效利用。所以風葉的研究設(shè)計是很重要的。同時簡單的設(shè)計了一下調(diào)速器，并就幾種發(fā)電機做了簡單的介紹和研究。</p><p>　　[關(guān)鍵詞]: 風能；風葉； 調(diào)速器；發(fā)電機；變槳距控制；變速恒頻</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Now with energy resources being consumed

7、increasingly to be exhausted and environment empoison being serious gradually, wind power is paid great attention to by more and more countries as renewable resource and pollution-free energy resource.</p><p&g

8、t;　　Wind as a renewable green energy, with the growing in the verge of depletion of energy consumption and environmental pollution increasingly serious today, more and countries around the world and government pay atten

9、tion to wind energy. At the same time, wind power related equipment and key technology research become one of items increasingly focused on the study areas of business and technology. In the global, wind energy technolog

10、y has access to a very wide range of application and rapid devel</p><p>　　In the thesis, the variable-speed constant-frequency pitch-controlled the oretical basis is put forward by research of wind turbine a

11、erodynamic characteristics and is proved rationally by model emulation. Based on the domestic element and process level. The semi-physical simulation test-bed equals to the real pitch-control wind turbine. The model pre

12、dictive control is adapted for pitch control. Support vector regression algorithm is used for wind turbine nonlinear system identification to ident</p><p>　　[keywords]: wind energy; breeze the leaf; adjust m

13、achine; the generator；pitch-controlled</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p><b>　　1.1引言1</b></p><p>　　1.2世界風力發(fā)電技術(shù)發(fā)展2&

14、lt;/p><p><b>　　1.3風的變化2</b></p><p>　　1.3.1風的變化一般情況2</p><p>　　1.3.2風速的取植3</p><p><b>　　1.4風能資源5</b></p><p>　　1.4.1 風能的概念及計算5</p

15、><p>　　1.4.2 風力發(fā)電機功率的計算6</p><p>　　1.5風能發(fā)電原理7</p><p>　　1.5.1 風能密度7</p><p>　　1.5.2有效風速和有效風能密度8</p><p>　　1.6風力發(fā)電機組的結(jié)構(gòu)形式8</p><p>　　第二章 計算葉輪的直徑

16、10</p><p>　　2.1風力發(fā)電機葉輪的計算10</p><p>　　2.1.1葉輪直徑的計算10</p><p>　　2.1.2葉片的數(shù)目及其面積的計算11</p><p>　　2.1.3葉輪的轉(zhuǎn)速（ 轉(zhuǎn)/分 ）11</p><p>　　2.2葉片的結(jié)構(gòu)形狀設(shè)計11</p><

17、p>　　2.2.1葉片的剖面選擇11</p><p>　　2.2.2葉片尺寸的選擇12</p><p>　　2.2.3葉片翼型面的計算16</p><p>　　第三章 調(diào)速器的設(shè)計與發(fā)電機的選擇18</p><p>　　3.1調(diào)速器相關(guān)18</p><p>　　3.2調(diào)速器種類19</p>

18、<p>　　3.3發(fā)電機的介紹19</p><p>　　3.3.1同步發(fā)電機20</p><p>　　3.3.2異步發(fā)電機20</p><p>　　第四章 風力機變槳距控制理論研究22</p><p>　　4.1功率調(diào)節(jié)控制技術(shù)22</p><p>　　4.1.1失速調(diào)節(jié)22</p>

19、;<p>　　4.1.2槳距調(diào)節(jié)22</p><p>　　4.1.3偏航控制22</p><p>　　4.2風力機的主要控制技術(shù)23</p><p>　　4.2.1定槳距控制風力機技術(shù)23</p><p>　　4.2.2變槳距控制風力機技術(shù)23</p><p>　　4.2.3定槳距與變槳距控制的

20、比較23</p><p>　　4.3風力機的組成原理24</p><p>　　4.4變槳距風力機空氣動力學(xué)基礎(chǔ)24</p><p>　　4.4.1葉片翼型的空氣動力學(xué)與幾何形狀特性25</p><p>　　4.4.2葉素特性26</p><p>　　4.4.3變槳距角調(diào)節(jié)原理26</p>&l

21、t;p>　　4.5變槳距風力發(fā)電機特點與運行狀況28</p><p>　　4.5.1變槳距風力發(fā)電機組的特點28</p><p>　　4.5.2變槳距風力發(fā)電機組的運行狀態(tài)29</p><p>　　第五章 變槳距傳動機構(gòu)的設(shè)計與分析31</p><p>　　5.1變槳距傳動機構(gòu)的設(shè)計31</p><p>

22、;　　5.2變槳距風力機及其控制方式31</p><p>　　5.3電液變槳距控制系統(tǒng)32</p><p>　　5.3.1位置傳感器33</p><p>　　5.3.2控制放大器33</p><p>　　5.3.3變槳距連桿機構(gòu)設(shè)計34</p><p>　　5.4風力發(fā)電機組電動變槳距系統(tǒng)的研究34<

23、/p><p>　　5.4.1電動變槳距系統(tǒng)概述34</p><p>　　5.4.2機械部分35</p><p>　　5.4.3驅(qū)動部分36</p><p>　　5.5其它變漿調(diào)速機構(gòu)37</p><p>　　5.5.1中小型風力機的葉片控制37</p><p>　　5.5.2輪轂及其控制系

24、統(tǒng)38</p><p><b>　　第六章 塔架40</b></p><p>　　第七章 附屬部件41</p><p>　　第八章 關(guān)于重心穩(wěn)定裝置的設(shè)計構(gòu)想42</p><p><b>　　8.1構(gòu)想42</b></p><p><b>　　8.2原理

25、42</b></p><p><b>　　小 結(jié)43</b></p><p><b>　　致 謝44</b></p><p><b>　　[參考文獻]45</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p>

26、<p><b>　　1.1、引言</b></p><p>　　風能是一種可再生、無污染、取之不盡用之不竭的能源，和水能等其他可再生能源相比較，風能有其廣闊的發(fā)展前景和優(yōu)勢。特別是近些年來，隨著傳統(tǒng)能源資源逐漸枯竭這一危機的日益嚴重和世界各國對保護生態(tài)環(huán)境的重視，風能在全世界得到了廣泛的重視和應(yīng)用。風能的利用包括了提水、發(fā)電等等多種技術(shù)。其中風力發(fā)電技術(shù)由于具有無可比擬的優(yōu)點，越來

27、越受到世人的矚目。</p><p>　　我國是世界上風力資源較為豐富的國家之一。據(jù)統(tǒng)計，中國可開發(fā)風能資源總量約為10億千瓦，其中青海、甘肅、新疆和內(nèi)蒙可開發(fā)的風能儲量豐富，是中國大陸風能儲備最豐富的地區(qū)。近海風能資源約為陸地的3倍。目前，我國積極加緊風力發(fā)電設(shè)備國產(chǎn)化，降底設(shè)備生產(chǎn)和風場建設(shè)成本，并取得一定的進展，600千瓦機組已經(jīng)具備一定的生產(chǎn)能力。</p><p>　　我們國家的風電

28、場的建設(shè)相比整個世界的發(fā)展水平，就當前來說，還是有一段相當長的距離的?？偨Y(jié)我國風電發(fā)展的進程，究其原因，主要是沒有在引進和吸收從國外獲得的風電設(shè)備的基礎(chǔ)上開發(fā)研究，這導(dǎo)致我國現(xiàn)階段建造的風電場幾乎其設(shè)備都是進口的。這最終使得我國在風能方面的電價高、投入高，相比水電、火電市場競爭能力弱。因此，為了構(gòu)建國家風力發(fā)電技術(shù)平臺，解決我國風力發(fā)電產(chǎn)業(yè)中的重大共性和關(guān)鍵技術(shù)問題，國家科技部積極推進國家風力發(fā)電方向的技術(shù)研究?，F(xiàn)已經(jīng)基本具備風電機組整

29、機設(shè)計、載荷計算、零部件設(shè)計和樣機實驗測試等方面的能力，具有全國風力資源最好的達坂城風電機組實驗電場。由此可見，我國已經(jīng)進入風電發(fā)展的高速期。風能在我國具有巨大的前景，并將帶來一系列的經(jīng)濟效益。</p><p>　　風力機的定義是把風能變成電力能源的一種機械裝置。風輪是風力機的最重要的組件，它是由葉片和輪轂組成的，風輪的性能的直接影響到整個機組的性能。怎么才能保證風力發(fā)電機穩(wěn)定和高效的運行，是一直以來人們關(guān)切的重

30、點。</p><p>　　如果要讓風力發(fā)電機在不同的風速下都能夠保持較高的功率輸出，使用槳葉節(jié)距調(diào)節(jié)的方法，實時變換槳葉葉片的最佳攻角，使風力機跟蹤最大功率輸出系數(shù)。高風速的時候，通過調(diào)節(jié)葉片節(jié)距，葉片攻角隨氣流而變，保持穩(wěn)定的功率輸出。在啟動過程中同時也需要運用變漿距獲得足夠的起動力矩。所以，我們的第一選擇應(yīng)該是變槳距風力發(fā)電機?？墒浅鲇谠陲L力機發(fā)電狀況在最初的不足，導(dǎo)致變漿距風力發(fā)電機的設(shè)計性能無法達到安全運

31、行要求。因此，由于從風力發(fā)電機的運行安全考慮，現(xiàn)金世界各國實現(xiàn)商業(yè)化的風力發(fā)電機組大多數(shù)采用定漿距失速調(diào)節(jié)控制。</p><p>　　定漿距失速風力發(fā)電機有一個非常突出的缺點，即當風速超過額定風速時，風力發(fā)電機輸出功率急劇下降，使得風力發(fā)電機在額定風速以上的工況和運行效率也急劇下降。為了克服這一致命缺陷，人們在深入了解風力發(fā)電機的運行工況和受力狀態(tài)的前提下，重新開始注重變漿距系統(tǒng)的研究開發(fā)，以獲得不斷優(yōu)化的功率輸

32、出曲線。同時，采用變漿距系統(tǒng)也獎明顯改善風力發(fā)電機的受力狀況，這時風力發(fā)電機組的總體設(shè)計十分有利。</p><p>　　本課題將要研究的是一種裝配風壓式全程變漿距調(diào)速機構(gòu)的風力發(fā)電機。通過變漿距機構(gòu)的作用，加強對風力發(fā)電機的控制，使風力發(fā)電機能適應(yīng)各種風速的變化。在初始風速易于啟動；在設(shè)計風速與初始風速之間能夠過的較篙的風能利用系數(shù)；當大于設(shè)計風速時，能夠起到限速作用，保證風力發(fā)電機的平穩(wěn)運行。</p>

33、;<p>　　1.2、世界風力發(fā)電技術(shù)發(fā)展</p><p>　　風力發(fā)電技術(shù)目前還在不斷發(fā)展，主要體現(xiàn)在單機容量不斷增大上。目前主流風力發(fā)</p><p>　　電機組的功率，已上升到600一750kW, MW級的機組也已成批生產(chǎn)，2MW級的機組已在</p><p>　　試驗生產(chǎn)。這就必然要采用一些新的復(fù)合材料和新的技術(shù)。例如，單機容量不斷增大，槳葉的

34、長度也不斷增長，容量為2MW的風力機葉輪掃風直徑達72m。目前最長的葉片已做到50m。槳葉材料由玻璃纖維增強樹脂發(fā)展為強度高、重量輕的碳纖維。槳葉也向柔性方向發(fā)展。早期的一些風力機槳葉是根據(jù)直升飛機的機翼設(shè)計的，而風力機的槳葉運行的空氣動力環(huán)境不同于直升機。對槳葉葉型更進一步的改良，增加了風力機捕捉風能的效率。舉個例子來說，在美國，國家可再生能源實驗室研制開發(fā)了一種新型葉片，比早期的一些風力機槳葉捕捉風能的能力要大20%。目前，丹麥、美

35、國、德國等風電科技較發(fā)達的國家，有許多專業(yè)研究人員在利用較先進的設(shè)備和技術(shù)條件致力于新葉型的從理論到應(yīng)用的研究開發(fā)。</p><p>　　在中、大型風電機組的設(shè)計中，采用了更高的塔架以捕獲更多的風能。地處平坦她帶的風力機，在50m高處捕捉的風能要比30m高處多20% 。</p><p>　　尤其值得注意的是，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，近幾年來發(fā)展了一種變速風力發(fā)電機組，取消了沉重的增速齒輪箱

36、，發(fā)電機軸與風力發(fā)電機組軸直接相連，電機轉(zhuǎn)速根據(jù)風的速度改變而做出相應(yīng)調(diào)整，產(chǎn)生的交變電流的頻率同樣產(chǎn)生變化，頻率不定的交流電由地面的大功率電力電子變換器贅流成直流電，最后轉(zhuǎn)換成和電網(wǎng)頻率相同的交變電流。由于它是在幾乎各種的風速狀況都可得到較理想的空氣動力效率，所以捕捉風能的效率提高了。有實驗顯示，6.7m/平均風速時，變槳距風力機組能捕獲比一般機組多15%的風能。因為改善了傳動系統(tǒng)各部件的受力狀況和機艙重量減輕，風力機組的承重減輕，其

37、運行維護費用也較低，塔架等基礎(chǔ)費用也可降低。</p><p>　　風電場今后的發(fā)展趨向?qū)⒓性?提高機群安裝場地選擇的準確性;提高運行的可靠性、穩(wěn)定性，實現(xiàn)運行的最佳控制;進一步降低設(shè)備投資及發(fā)電成本;總裝機容量在1MW以卜的風力發(fā)電場將占據(jù)主導(dǎo)地位，風力發(fā)電場內(nèi)的風力發(fā)電機組單機容最將主要是百千瓦以上至兆瓦級的;改進機群布局的合理性。</p><p>　　此外，發(fā)展海外風電場也成為新的大

38、型風力發(fā)電機組的應(yīng)用領(lǐng)域而受到重視。瑞典、西班牙、丹麥、德國、等國都在規(guī)劃較大的海上風力發(fā)電場。這是由子海上的風速較陸土大且穩(wěn)定，一般陸土風電場設(shè)備平均利用為2000h，高的是2600h，而在海上卻可高于3000h。為方便施工浮吊，建在海上風電場水深一般為3一8rn處，所以就成本而言，同裝機容量比陸上增加60 %(海土基礎(chǔ)占23% ,線路占20% ,陸上僅占5%)左右，但發(fā)電量可以增加50%以上。</p><p>

39、;<b>　　1.3、風的變化</b></p><p>　　1.3.1、風的變化一般情況</p><p>　　風是隨時隨地可以產(chǎn)生的，它的方向不定、大小不同。在氣象學(xué)上，把空氣的不規(guī)則運動稱為“紊流”，垂直方向的運動叫做“對流”，所以風特別強調(diào)相對于地面水平方向的運動。</p><p><b>　　(1)風的日變化</b>

40、</p><p>　　在一天之中，風的強弱，具有周期性。同樣也跟該地區(qū)的氣壓分布面差異有關(guān)。但一般來說，上述原因?qū)俅我?。陸地上是白天風強，夜間風弱。而相反不同的是，高海拔空域是白天風弱，夜里風強。這個逆轉(zhuǎn)的臨界位置在高度為100一150 m的空中。此外，在沿海地區(qū)，由于陸地和大海的熱容量不同，在沿海地區(qū)，夜晚產(chǎn)生陸海風，白天產(chǎn)生海陸風。同樣，由于山脊和山谷的溫度不同，在山岳地帶，白天刮谷風，夜晚刮山風。</

41、p><p><b>　　(2)風的季節(jié)變化</b></p><p>　　風除了具有隨機性，季節(jié)性的變化特點也很明顯，日夜變化也有規(guī)律。大陸與海洋的熱容量不同，陸地的比熱比海洋小，冬季內(nèi)陸的.斷氣壓流向海洋的低氣壓，所以在北半球冬季多刮北風，夏季多刮南風。海水熱容量大，升溫慢，陸地熱容量小，升溫快，氣壓低，空氣容易七升，所以白天海風多刮向陸地，而夜間陸風常刮向海洋，大型湖泊

42、附近也有類似的情況。由于地形不同，風的形成也不同，太陽輻射山頂受熱快，白天山風上升，夜間山風向下。上述原因構(gòu)成了風的周期性、多樣性和復(fù)雜性。</p><p>　　我國地域遼闊，季風強盛。但青藏高原的存在改變了海陸影響，常引起氣壓分布和大氣環(huán)流的變化，增加了季風的復(fù)雜性。冬季又受西伯利亞和蒙古的影響，常有冷空氣形成寒流。夏季在太平洋上常形成熱帶旋風，使我國東南沿海地區(qū)夏秋之間常出現(xiàn)臺風，這對風能利用會有一定的特殊影

43、響。</p><p>　　(3)風隨高度的變化</p><p>　　風速隨高度的增加而變化。地面上風速較低的原因是由于地表植物、建筑物以及其他障礙物的磨擦所造成的。經(jīng)測量，在離地而20m處的風速為2m/s，而在離地300m處則變成7一8rn/s。風速隨高度的相對增加量因地面異，大致上可以用下式表示</p><p><b>　?。?—1）</b>

44、</p><p>　　式中 V--高度為H(m)時的風速，m/s</p><p>　　--高度為 （m）時的風速，m/s </p><p>　　一般取Ho為10m，修正指數(shù)n與地面的平整程度(粗糙度)、大氣的穩(wěn)定度等因素有關(guān)，其值為1/2一/18,在開闊、平坦、穩(wěn)定度正常的地區(qū)為1 /7。中國氣象部門通過在全國各地測風塔或電視塔測量各種高度下得出。的平均值約為0.1

45、6~0,20，一般情況下可用此值估算出各種高度下的風速。為了從自然界獲取最大的風能，應(yīng)盡量利用高空中的風能，一般至少安比周圍的植物及障礙物高8一10m。</p><p>　　1.3.2 風速的取植</p><p>　　我國氣象站觀測風速的方法通常有兩種：一種為自記平均風速，每天24h各測取10min，取其平均面另一種為日測4次或3次定時觀測平均風速，每次測取2min，取其平均值。這兩種方

46、法之間有統(tǒng)計方法上的差異。為了統(tǒng)計標難的統(tǒng)一，給出下列由最小二乘法導(dǎo)出的經(jīng)驗公式對非自記站風速進行訂正：</p><p>　　海島(年平均風速＞4m／s的地區(qū))：</p><p>　　Y＝0.35+0.885X</p><p><b>　　r＝0.99</b></p><p>　　海邊(2.9m／≤年平均風速≤4m／。的

47、地區(qū))：</p><p>　　Y＝0.21十0.94X;</p><p><b>　　r＝0.99</b></p><p>　　內(nèi)陸(年平均風速＜2.9m／s的地區(qū)，</p><p>　　Y＝0.62十0.68X，</p><p><b>　　r＝0.99</b></p

48、><p>　　式中： Y、Y、Y——日測4次，每次測取10min的自記平均風速(m／s)；</p><p>　　X、X、X——日測4次，每次測取2min的定時平均風速(m／s)；</p><p>　　r、r、r——相關(guān)系數(shù)；</p><p>　　起始有效風速的取值 風力機的最小運行風速(起動風速)為3~5m／s，其中高速風力機為4~5m／s，低

49、速風力機為3~3.5m／s。</p><p>　　表1.1表明，當小時平均風速為3m／s時，對最小運行風速為4m／s以上的風力機不起作用，而最小運行風速為3m／s的風力機也只能運轉(zhuǎn)25min。在上述情況下，風力機時斷時續(xù)地工作，則難以獲得應(yīng)有的效益。</p><p>　　表1.1 運行風速平均持續(xù)率與小時平均風速的關(guān)系</p><p>　　因此，通常對起始有效風速的

50、取值為3.5m／s。</p><p>　　有效風速小時數(shù)的取值：在風能計算中，以時平均風速為基本計算單位的，在統(tǒng)計時，將計算時間內(nèi)的時平均風速劃分為幾個等級，然后進行歸納統(tǒng)計。通用的劃分范圍為0(0~4)、1(0.5~1.4)、2(1.5~2.4)、3(2.5~3.4)、4(3.5~4.4)……。例如，平均風速為3.5~4.4m/s以平均風速為4m／s等級統(tǒng)計，依次類推。我們可以用下列經(jīng)驗公式將某地的月平均風速換

51、算為月有效風速的小時總數(shù)。</p><p><b>　　海島、海邊：</b></p><p>　　若月平均風速＜5m／s，則</p><p>　　y＝-133.94+128.16x</p><p><b>　　r＝0.99</b></p><p>　　若月平均風速＞5m／s則

52、</p><p>　　Y=244.3+48.44X</p><p><b>　　r＝0.95</b></p><p><b>　　內(nèi)陸：</b></p><p>　　Y＝-134.36+140X</p><p><b>　　r=0.99</b></

53、p><p>　　式中 Y——月有效風速小時數(shù)(h)，</p><p>　　X——月平均風速(m／s)，</p><p><b>　　y——相關(guān)系數(shù)。</b></p><p>　　有效風速頻率的取值：某地區(qū)一年或—個月中有效風速小時總數(shù)占一年或一月中總時數(shù)的百分比，叫有效風速頻。一年總時數(shù)可按8760h計，月大按744h計，

54、月小按720 h計，其中2月份按672h計算。</p><p>　　平均風這是指按各風向在本月或本年內(nèi)各次觀測的風程相加，即得到行風句在本月或本年內(nèi)的總程，再除以風向次數(shù)便可得到本月成本年內(nèi)的平均速率。這種風速數(shù)據(jù)的整理法稱為風速與風向的“混合整理法”，它的優(yōu)點是可以了解各個方位的平均風速和各方位的不同值風速的頻率，但是整理比較麻煩，而見當觀測時期較短時，對于頻率少的方向的平均風速的資料有可能會有偶然性的因素；另

55、一種方法是風速、風向分別處理。</p><p><b>　　1.4、風能資源</b></p><p>　　風能是太陽能的一種轉(zhuǎn)換形式，是取之不盡，用之不竭的優(yōu)質(zhì)能源，它具有無污染、不需運輸和貯存、便于獲取等特點。</p><p>　　1.4.1 風能的概念及計算</p><p>　　所謂的風能即是空氣運動所具有動能，它

56、是太陽能的一部分，根據(jù)空氣動力學(xué)，風的動能可用下六簡單表示出來： </p><p><b>　　（1—2）</b></p><p>　　式中ρ——空氣密度(kg／m)；</p><p>　　A——風力機葉片旋轉(zhuǎn)一圈所掃過的面積(m)；</p><p>　　V——風速(m／s)； </p><p&

57、gt;　　如果風力機的風輪直徑為D，則</p><p><b>　　這時</b></p><p><b>　　（1—3）</b></p><p>　　1919年，皮期(Betz)在理論上發(fā)現(xiàn)，在一般的風力機上，從風能中可獲得的最高值為0.593或59.3％。一般說來，一定高度范圍內(nèi)的空氣密度可以認為是一個常數(shù)。因此，當風力

58、機的風輪越大，有效風速時間越長，特則是風速越大，則風力機所能獲得的風能就越大。</p><p>　　可是風力機本身，一般要消耗能量的二分之一左右。如果再用風力機槳葉直徑D來表示面積A，則可利用的風能EW：</p><p>　　EW= （1—4）</p><p>　　從上式中可看出，風能的取得是和風力機槳葉的直徑成

59、平方比例，但是和風速成立方比例。因此選擇風力機的地點非常重要。上式EW值因各種風力機形狀不同而有區(qū)別，因此用下面的風能利用系數(shù)（Power Coefflcient，Cp）來表示：</p><p><b>　?。?—5）</b></p><p>　　上式中CP的最大理論值為0.593，已在前面說過，這叫做皮斯極限值。實際上，一般的風能利用系數(shù)是在0.15一0.46之間。

60、</p><p>　　1.4.2 風力發(fā)電機功率的計算</p><p>　　在標準條件下風力機的功率（標準條件是指海拔高度為海平面高度、溫度為59.9華氏度時，標準空氣密度值為0.38×10-3斯勒／英尺-3。如風力機安裝位置不符合標準條件，則風力機的功率P計算如下式：</p><p><b>　　（1—6）</b></p&g

61、t;<p>　　η是風力機全效率(Over Efficency)</p><p>　　差值包括風能利用系數(shù)：風力機、發(fā)電機以及所有傳動部分的運轉(zhuǎn)損失其值在0.1~0.5之間，一般估算可采用η＝0.3。</p><p><b>　　式中</b></p><p>　　Ca ——海拔高度變化時空氣密度值的修正系數(shù)?？刹楸?.2；<

62、/p><p>　　Ct ——溫度變化時，空氣密度值的修正系數(shù)。可查表1.2；</p><p>　　K ——換算系數(shù)，因計量單位不同而異。K值列于表1.3；</p><p><b>　　V ——風速；</b></p><p>　　A ——槳葉轉(zhuǎn)動圓面積。</p><p>　　表1.2 空氣密度的修正系

63、數(shù)＊</p><p>　　標準條件下海平面的溫度采用59.9°F，氣壓為14.7磅／平萬英寸，空氣的密度值為0.002378斯勒／立方英尺。</p><p>　　表1.3 換算系數(shù)Ｋ</p><p>　　1.5、風能發(fā)電原理</p><p>　　風能發(fā)電的原理是利用風輪將風能轉(zhuǎn)換為機械能，風輪帶動發(fā)電機再將機械能轉(zhuǎn)換為電能。小型風

64、力發(fā)電機一般把風力機組產(chǎn)生的電能儲存到儲能設(shè)備（一般用蓄電池），需要時再提供給負載其系統(tǒng)如圖1.1；大型風力機組發(fā)出的電能與電網(wǎng)直接相連，向電網(wǎng)饋電。</p><p>　　圖1.1 風力發(fā)電機系統(tǒng)方框圖</p><p>　　1.5.1 風能密度</p><p>　　不考慮風力機械的利用系數(shù)，單位面積獲得的風功率稱為風能密度，并以此表征某地風能潛力的大小</

65、p><p><b>　?。?—7）</b></p><p>　　推動風力機械運轉(zhuǎn)的風能功率是</p><p>　　（） （1—8）</p><p>　　式中：—空氣質(zhì)量密度（）；</p><p><b>　　—風速（）；</b></p

66、><p>　　—風力機械輪掃掠的面積（）</p><p>　　由于實際上風力機械不可能將漿葉旋轉(zhuǎn)的風能全部轉(zhuǎn)變?yōu)檩S的機械能，因而風輪的實際功率應(yīng)為</p><p>　?。ǎ?（1—9）</p><p>　　式中：—風能利用系數(shù)，即風輪所接受的動能與</p><p>　　通過風輪掃掠面

67、積全部風的動能的比值。</p><p>　　以水平軸風力機械為例，理論上最大風能利用系數(shù)為0.593左右，但再考慮到風速變化和將葉空氣動力損失等因素，風能利用系數(shù)能達到0.4就已經(jīng)相當高了。</p><p>　　風能密度有直接計算和概率計算兩種方法。近年來各國的風能計算中，大多采用概率計算中的韋泊爾分布來擬合風速頻率分布方法計算風能密度。</p><p>　　1.5

68、.2、有效風速和有效風能密度</p><p>　　風能發(fā)電機械的設(shè)計需根據(jù)當?shù)氐娘L況確定，該風速成為“額定風速”或者“設(shè)計風速”，它與額定功率相對應(yīng)，由于風的不穩(wěn)定性和隨機性，機械不可能一直都運行在額定風速下。所以風力機就有工作風速范圍，就是切入風速到切出風速，稱為工作風速，即有效風速。依此計算的風能密度稱為風能密度。</p><p>　　根據(jù)國際標準GB8974—88風力機術(shù)語：<

69、/p><p>　　起動風速——風力發(fā)電機風輪從靜止開始轉(zhuǎn)動并能保持連續(xù)運轉(zhuǎn)的最小風速；</p><p>　　切出風速——由于調(diào)節(jié)器的作用使風力發(fā)電機對額定負載停止功率輸出的風速；</p><p>　　切入風速——風力發(fā)電機對額定負載開始有功率輸出時的最小風速；</p><p>　　工作風速——風力發(fā)電機對額定負載有功率輸出的風速范圍，一般為3—2

70、0。</p><p>　　從定義上可以看出，低于起動風速，風力發(fā)電機不能運行，而高于切出風速，風力發(fā)電機如果繼續(xù)在高風速下運行，將會嚴重損壞風力發(fā)電機，甚至造成人身事故，這尤其要引起人們的重視。</p><p>　　1.6、風力發(fā)電機組的結(jié)構(gòu)形式</p><p>　　風力發(fā)電機組的結(jié)構(gòu)形式有垂直軸式和水平軸式，分別介紹如下：</p><p>

71、　　垂直軸風力發(fā)電機 風輪軸線的安裝位置與水平面垂直的風力發(fā)電機稱為垂直軸式風力發(fā)電機。常見的結(jié)構(gòu)有“S”型風輪、戴瑞斯式風輪和旋翼式風輪三種。垂直軸風力機的風輪圍繞一個垂直軸旋轉(zhuǎn)，其主要特點是可以從自任何方向接受風，無需當風向改變時對風。由于不需要調(diào)向裝置，簡化了結(jié)構(gòu)設(shè)計。另外一個垂直軸風力機的特點是發(fā)電機和齒輪箱可安裝在地面。由于垂直軸風力機不能大量捕獲風能，而且占地面積大，需要大量材料，目前商用大型風力發(fā)電機組一般為水平軸風力發(fā)

72、電機。</p><p>　　水平軸風力發(fā)電機 風輪軸線的安裝位置與水平面夾角不大于15度的風力發(fā)電機成為水平軸風力發(fā)電機。其風輪有雙葉片式、三葉片式和多葉片式。按其迎風方式又分為迎風式（上風式）和順風式（下風式）。這種風力發(fā)電機在國內(nèi)有比較成熟的技術(shù)，就其發(fā)電機的研究和生產(chǎn)而言其水平可以與其他國家相比較。</p><p>　　風力發(fā)電機組主要由風輪、傳動與變速機構(gòu)、發(fā)電機、塔架、迎風及限

73、速機構(gòu)組成。</p><p><b>　　（1）風輪</b></p><p>　　風輪是風力發(fā)電機的主體，受風的作用風輪旋轉(zhuǎn)，將風能轉(zhuǎn)化為機械能。它包括漿轂和葉片。漿轂的作用是將變速機構(gòu)（或發(fā)電機）和葉片相連，葉片的功能是風能接收。</p><p>　?。?）塔架、迎風機構(gòu)和限速機構(gòu)</p><p>　　大型風力機之前主

74、要由三腳鋼制成塔架，如今則采用了大小頭圓筒（象拉桿天線），用法蘭盤連接每節(jié)之間，這樣運輸時上節(jié)放在下節(jié)里，非常方便。鋼管成架后，電纜、計算機、設(shè)備都置于管內(nèi)，非常實用。</p><p>　　小型風力機就是以法蘭盤把幾節(jié)相同的圓鋼管連接起來，它可以根據(jù)地形及風況決定使用幾節(jié)，然后用四根鋼索固定在地面上。</p><p>　　大型風力發(fā)電機的迎風機構(gòu)主要靠風尾，只要風尾設(shè)計得合理，其對風性能完

75、全可以滿足技術(shù)要求。小型風力發(fā)電機的限速方法比較多，主要是偏轉(zhuǎn)機構(gòu)、仰頭機構(gòu)、離心機構(gòu)等。目前使用較多的主要是偏轉(zhuǎn)機構(gòu)，在風速超過工作風速時，由于偏側(cè)的作用，風輪受力超過額定要求，會自動偏離，使之不能正常迎風。自動變漿距的風力發(fā)電機組，在風速超過工作風速范圍時，它會自動改變?nèi)~片的迎風面，以減少風力發(fā)電機葉片的受風面，使之不致速度上升，而風速回復(fù)到工作風速范圍時它會自動恢復(fù)到正常狀態(tài)。</p><p><b&

76、gt;　　（3）發(fā)電機</b></p><p>　　發(fā)電機是將旋轉(zhuǎn)的風輪的機械能轉(zhuǎn)化為電能。大型的風力發(fā)電機大多為異步發(fā)電機。小型的風力發(fā)電機主要是低速永磁發(fā)電機，這主要是因為小型風力發(fā)電機的風輪直接耦合在發(fā)電機軸上，省去了升速機構(gòu)，這就要求發(fā)電機只有幾百轉(zhuǎn)/分，所以采用低速發(fā)電機。</p><p>　?。?）儲能設(shè)備及逆變器</p><p>　　小型風

77、力發(fā)電機不可能采用大型風力發(fā)電機的方法自動并網(wǎng)，而且使用小型風力發(fā)電機多是偏遠地區(qū)。多變的風速使得風力發(fā)電機的頻率和電壓的變化，不能被負載直接利用，這樣儲能環(huán)節(jié)就出現(xiàn)了，以便把能源從儲能設(shè)備中提取出來。一般小型的風力發(fā)電機儲能使用蓄電池，先用整流器把發(fā)電機的交變電流轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娤蛐铍姵爻潆?，然后用逆變器將蓄電池的直流電變換成交流電，供給負載。整流器和逆變器可以做成兩個裝置，也可以合為一體。多年的風力發(fā)電機運行表明，風力發(fā)電機的逆變器所要

78、找中解決的是可靠性及壽命，而不是技術(shù)性能指標。風力發(fā)電機用的逆變器所面臨的負載不象一般的通訊和計算機設(shè)備，它必須能保證常年不斷的使用，又要承受風速、負載變化的沖擊。目前小型風力發(fā)電機用逆變器雖然已經(jīng)比較完善，但是在實際應(yīng)用中仍然存在一些技術(shù)難題。</p><p>　　圖1.2 風力發(fā)電機組的總體結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖1.2是目前常用的并網(wǎng)狀況下風力發(fā)電機組應(yīng)用的總體結(jié)構(gòu)示意圖。風

79、以一定攻角和速度在槳葉上發(fā)生作用，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩而使槳葉轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)變成機械能，進而驅(qū)動發(fā)電機并入電網(wǎng)。風輪上的葉片是徑向安置的，與旋轉(zhuǎn)軸垂直，并與風輪的旋轉(zhuǎn)平面成一角度(安裝角)，風輪一般為3片葉片數(shù)。隨塔架和風輪相對位置的不同，水平軸風力機有下風向跟上風向的區(qū)分。上風向風力機的風輪在塔架的前面迎風旋轉(zhuǎn)。下風向風力機的風輪裝在塔架之后，風先經(jīng)塔架，再到風輪。下風向風力機能夠自動對風，無須調(diào)向裝置。而上風向風力機必須有某種調(diào)向裝置來保持風輪迎

80、風。由于一部分空氣通過塔架后再吹向風輪，下風向風力機的塔架就干擾了流過葉片的氣流而所形成的塔影效應(yīng)，使性能有所降低，影響風力機的出力。</p><p>　　第二章 計算葉輪的直徑</p><p>　　前面介紹了風力發(fā)電機的—般概況．本章主要設(shè)計水平軸風力發(fā)電機的有關(guān)技術(shù)問題。</p><p>　　風力發(fā)電機的構(gòu)造可從幾千瓦以下簡單的小型風力發(fā)電機一直到幾千千瓦的復(fù)

81、雜風力發(fā)電機。大型風力發(fā)電機要達到大功率并臺乎經(jīng)濟原則，非得利用先進技術(shù)不可。到今天為止，100千瓦以上的風力發(fā)電機已經(jīng)開始使用，其最主要問題還是結(jié)構(gòu)問題，其次是控制問題。</p><p>　　在風能經(jīng)過風力機風輪轉(zhuǎn)變成電能的過程中，會產(chǎn)生一系列的損耗，而設(shè)計優(yōu)良的風發(fā)電機可以使這種損耗降到最低。圖2.1列出了風力機系統(tǒng)中損耗的分布。從圖中可看出，從發(fā)電機發(fā)出直流電用蓄電油蓄能，并用換流器變成交流電這個系統(tǒng)中效率

82、為70％，如再計及風力機的效率40%，整個風力機系統(tǒng)的效率將為40％×70％＝28％。</p><p>　　圖 2.1 風力機系統(tǒng)效率圖示</p><p>　　2.1、風力發(fā)電機葉輪的計算</p><p>　　2.1.1、葉輪直徑的計算</p><p>　　根據(jù)前面公式，可以改寫成：</p><p><

83、;b>　?。?—1）</b></p><p><b>　　式中</b></p><p>　　Ca ——海拔高度變化時空氣密度值的修正系數(shù)。</p><p>　　Ct ——溫度變化時，空氣密度值的修正系數(shù)。</p><p>　　k ——換算系數(shù)，因計量單位不同而異。</p><p>

84、;　　V ——風速（米/秒）；</p><p>　　e ——風力機全效率（見圖3）；</p><p>　　A ——風輪葉片回轉(zhuǎn)面積(平方米)；</p><p>　　P ——風力發(fā)電機設(shè)計功率（瓦）。</p><p>　　在本次設(shè)計中，發(fā)電機的額定率P為1千瓦，風速由實際情況，選取四~五級風速，V = 18英里/小時，風力機全效率e取28%，&

85、lt;/p><p>　　Ca =1. 0；Ct = 1.0；V = 6米/秒；k = 0.6127；</p><p><b>　　( m2)</b></p><p><b>　　， ( m )</b></p><p>　　則該風機葉輪的直徑為D＝4.65米，R=2.32米。</p><

86、;p>　　2.1.2、葉片的數(shù)目及其面積的計算</p><p>　　表2.2 葉片數(shù)目與葉尖速比的關(guān)系</p><p>　　葉片的數(shù)目與葉尖速比有關(guān)，葉尖速比可從圖2—2曲線上大略確定葉尖速比TSR為6，從表2—3中可知，取葉片數(shù)目為3較合適。再從圖2—4中查出風力機葉片密實比在0.03~0.07之間，取為0.05，則葉片總面積為：</p><p><

87、b>　?。ㄆ椒矫祝?lt;/b></p><p><b>　　每一片葉片面積為：</b></p><p>　　8.5 / 3 = 2.8 (平方米)</p><p>　　2.1.3、葉輪的轉(zhuǎn)速（ 轉(zhuǎn)/分 ）</p><p>　　葉輪的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)對于風力發(fā)電機是很重要的。很多感應(yīng)發(fā)電機需要1800~18

88、50轉(zhuǎn)／分，而一般的小型葉輪均無法達到這樣高的轉(zhuǎn)速，因此需要配置變速箱來增加轉(zhuǎn)速。齒輪比以越低越好。有些情況下可以不需要配置變速箱，例如采用直流發(fā)電機、電子儀器控制的交流發(fā)電機或抽水機等。</p><p>　　葉輪轉(zhuǎn)速可由下面公式求出：</p><p>　　采用1800轉(zhuǎn)/分鐘的感應(yīng)發(fā)電機，則變速比應(yīng)為1800 / 250 =7.2，即采用7：1齒輪比的變速箱。</p>&l

89、t;p>　　2.2、葉片的結(jié)構(gòu)形狀設(shè)計</p><p>　　2.2.1、葉片的剖面選擇</p><p>　　葉片剖面的形狀可從最簡單的平板，到很復(fù)雜的翼形。在古代的風車都是用平板或是風帆型的葉輪，雖然效率很低，但是結(jié)構(gòu)簡單?，F(xiàn)代風力機，尤其是大型風力機，其葉片的選擇牽涉到復(fù)雜的空氣動力學(xué)。這里不做介紹，只對本設(shè)計的選擇做出說明。</p><p>　　任何的葉片

90、元在空氣中移動，會產(chǎn)生最基本的兩種力，即升力和阻力。</p><p>　　水平軸風力機葉片的升阻比(升力與阻力的比值用L/D表示)，是一個重要的指標，可由表2.3中查得。L／D值并不是越大越好。例如抽水機的各葉型風力機，沖尖速比是在1.0左右，其L／D值不應(yīng)選得太高。一般選在20左右，比選擇L/D＝80~100的高值，葉片的剖面必然復(fù)雜，制造時，價格昂貴，設(shè)計上也有困難，總的效果并不比取L/D＝20時的葉片剖面高

91、多少，故應(yīng)根據(jù)具體情況選擇正當數(shù)值。</p><p>　　表2.3 升阻比值與葉片剖面的關(guān)系</p><p>　　在本設(shè)計中，為小型風力發(fā)電機，葉尖速比TSR為6，故選擇螺旋型葉片，升阻比值L/D選在30~80之間。</p><p>　　2.2.2、葉片尺寸的選擇</p><p>　　葉片剖面形狀選定后，從選定的葉片翼型的特性曲線中選取開升

92、阻比L/D的比值、相應(yīng)的迎角α及在此迎角下的最佳升力系數(shù)CL，下一步便是如何確定葉片詳細尺寸。葉片各段剖面的寬度或厚度可以設(shè)計為不同尺寸，為了在同樣葉片面積下能提高風能利用系數(shù)，亦即提高葉輪或風力機的效率，將葉片繞葉柄“扭”一下，使得葉片各處的安裝角θ不一致，角度值由葉根至葉尖逐次遞減，使葉片各處盡可能處在最佳迎角下工作，以獲取最大的升力，從而提高風力機的風能利用系數(shù)。圖2—4是相對風向角中與速比SR的關(guān)系曲線。葉尖速比（TSR）表示葉

93、尖速度與風速的比值，由于葉片軸上各處的線速度與其所在處的半徑值成比例．故某處的速比可由下式求出：</p><p><b>　　（2—2）</b></p><p><b>　　式中:</b></p><p>　　TSR—— （葉尖速比）； </p><p>　　ω——風輪轉(zhuǎn)速（r .p .m 轉(zhuǎn)/

94、秒）；</p><p>　　V——風速（米/秒）；</p><p>　　R——風輪半徑尺寸（米）；</p><p>　　r——葉片之所在處半徑(米)。</p><p>　　圖2.2是速比與葉片元形狀參數(shù)的關(guān)系曲線，這兩種曲線是為了幫助計算，使設(shè)計葉片上所受的空氣動力能得到較平均的分配。</p><p>　　圖2.2

95、速比SR與相對風向角關(guān)系曲線 圖2.3 速比與葉片元形狀參數(shù)關(guān)系曲線</p><p>　　翼型的特性曲線是按葉片展長為無限大的條件下作出的，實際上葉片都是有限長度，在整個葉片上所承受的空氣動力必然小些，一般可增加一些葉片迎角來進行校正。</p><p>　　所需增加的葉片平均迎角，可由下式求得：</p><p>　　（度）

96、 （2—3）</p><p>　　式中 αb——葉片平均迎角(度)；</p><p>　　——升力系數(shù)為零時的迎角(通常為負值)度；</p><p><b>　　CL——升力系數(shù)；</b></p><p>　　——升力系數(shù)曲線平均斜率。即每增減一度迎角時，升力系數(shù)的變化值；</p><

97、p><b>　　AR——展弦比。</b></p><p><b>　?。?—4）</b></p><p>　　式中 L——葉片展長，可取為葉輪半徑(米)；</p><p>　　——葉片平均弦長（米）；</p><p>　　S——葉片面積（平方米）。</p><p&

98、gt;　　從圖2—4中的曲線，可求得各葉片元的相對風向角φ，這曲線是按葉片迎角為零的條件下繪制的，故應(yīng)包括為校正而增加的葉片迎角值。各葉片元的實際安裝角θ應(yīng)為相對風向角φ減去葉片平均邊角ab。</p><p>　　葉片元的弦長可利用式2—4來計算：</p><p>　?。?米 ） （2—5）</p><p>　　式中

99、 r ——葉片之所在處的半徑(米)；</p><p><b>　　SP——形狀參數(shù)；</b></p><p><b>　　CL——升力系數(shù)；</b></p><p><b>　　n ——葉片數(shù)。</b></p><p>　　本設(shè)計是一個小型的風力發(fā)電機，使用螺旋(扭曲

100、)型葉片，根據(jù)表2—4，L/D的值應(yīng)為30~80之間，現(xiàn)決定選用NACA4412翼型，其最高L/D值為75（合乎要求），相對應(yīng)的迎角為6°,密實比為0.05；葉尖速比為6；葉輪半徑R為2.3米。</p><p>　　現(xiàn)在把葉片分成五處來計算(設(shè)如右圖)。</p><p>　　（1）求各分段處葉片元的速比（式2—3）：</p><p>　?。?）求各分段處葉

101、片元的相對風向角φ（查圖2.2）： 圖2.3 葉片 </p><p>　?。?）求各分段處的形狀參數(shù)（查圖2.2）：</p><p>　　（4）求各分段處葉片元的弦長及葉片平均弦長。</p><p>　　根據(jù)所選翼型特性曲線，當迎角為6°時，最佳升力系數(shù)CL=0.97，應(yīng)用式2—4求弦長：</p><

102、;p><b>　　米</b></p><p><b>　　米</b></p><p><b>　　米</b></p><p><b>　　米</b></p><p><b>　　米</b></p><p>

103、;<b>　　平均弦長 米</b></p><p>　?。?）求葉片平均迎角（式2—3）： </p><p><b>　　從圖查出：</b></p><p>　　CL=0時，α= -4°；</p><p>　　α= 6°時，CL=0.97；</p><

104、p><b>　　SL=；</b></p><p>　　（6）求分段處葉片元的安裝角θ:</p><p>　　該葉片的最終尺寸繪如圖：</p><p><b>　　圖2.4 葉片尺寸</b></p><p>　　2.2.3、葉片翼型面的計算</p><p>　　現(xiàn)在作出葉

105、片的精確的圖形，在圖中，用上述中算出的相應(yīng)的翼弦長度相相應(yīng)的翼角，對于每一個計算點，表示出翼型的橫截面如下。 </p><p>　　圖2.5 翼型葉片橫截面圖</p><p>　　查閱《風力利用裝置設(shè)計基礎(chǔ)》</p><p>　　葉片厚度在大概40%處為最大，</p><p>　　F1=4.80+2.48=7.28cm</p&g

106、t;<p>　　F2=6.38+3.26=9.64</p><p>　　F3=8.32+3.74=12.06</p><p>　　F4=9.15+3.39=12.64</p><p>　　F5=9.04+2.55=11.59</p><p>　　F6=8.42+1.42=9.84</p><p>　　F7

107、=7.40+1.07=8.47</p><p>　　F8=6.08+0.94=7.02</p><p>　　F9=4.05+0.54=4.59</p><p>　　F10=2.18+0.29=2.47</p><p>　　根部:（1）材料一般為金屬結(jié)構(gòu)；（2）外殼:一般為玻璃鋼；（3）龍骨(加強筋或加強框)：一般為玻璃纖維增強復(fù)合材料或碳纖維

108、增強復(fù)合材料。</p><p>　　離心力：作用在葉片上、其方向是將葉片拉離軸套方向的離心力，由下列公式給出：</p><p>　　離心力= ?。?－6）</p><p>　　其中，w——葉片重量(千克)；</p><p>　　SB——葉片重心的速率比；</p><p>

109、　　V——風速(米／秒)；</p><p>　　RC——從圓周運動的圓心到葉片中心的距離(米)。</p><p>　　葉輪阻力＝ （2－7）</p><p>　　其中，A是葉輪的正面面積（平方米），v是風速(米/秒)．</p><p>　　作用在沒有轉(zhuǎn)動的、靜止著的風車上的阻力大致為：

110、</p><p><b>　?。?－8）</b></p><p>　　其中，s是葉輪的實皮，葉輪阻力由上面第一個方程求出。</p><p>　　葉片的彎曲力矩(英寸．磅)，可按下列公式由加到每個葉片上的阻力求出：</p><p><b>　?。?－9）</b></p><p>

111、;　　其中，阻力按上述方法對轉(zhuǎn)動狀態(tài)或靜止狀態(tài)進行計算，而RC則是從旋轉(zhuǎn)中心到葉片重心的距離(米)，葉片重心在葉片的軸套到葉尖的中點位置。</p><p>　　最大的應(yīng)力處在葉片固緊于鈾套上的那一扁即在每個葉片的根部。</p><p>　　第三章．調(diào)速器的設(shè)計與發(fā)電機的選擇</p><p><b>　　3.1、調(diào)速器相關(guān)</b></p&g

112、t;<p>　　葉輪在風速較大的情況下，受力也相應(yīng)增大，可能會使葉片折斷，故應(yīng)安裝一個調(diào)節(jié)器，使風速增速的同時使葉片的受力穩(wěn)定，同時保證風輪轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在某一個范圍內(nèi)。輪轂是風輪的樞紐，也是葉片根部與機軸的連接處，所有從葉片上傳來的軸向力，都通過輪毅傳遞到傳動系統(tǒng)．然后再傳到風力機拖動的對象(如發(fā)電機)。輪轂也是控制葉片俯仰轉(zhuǎn)動的所在，從結(jié)構(gòu)觀點看，是最薄弱的所在。因此在設(shè)計中應(yīng)力求結(jié)構(gòu)簡單，并應(yīng)特別留意細小環(huán)節(jié)以保證有足夠的

113、強度。有條件時，應(yīng)盡量爭取采用固定葉片(無俯仰轉(zhuǎn)動)。這樣敬不但能簡化設(shè)計提高結(jié)構(gòu)壽命，而且能有效地降低成本。</p><p>　　當風輪對風偏向角時，風輪的轉(zhuǎn)速和cos成正比；而其功率則和成正比，即 ：</p><p><b>　?。?—1）</b></p><p><b>　　（3—2）</b></p>

114、<p>　　式中 ——當γ=0時的轉(zhuǎn)速和功率；</p><p>　　——婁風向和風輪軸線成γ（>0）角時的轉(zhuǎn)速和功率</p><p>　　風輪的轉(zhuǎn)速合風速成正比，而功率則和風速的立方成正此，即</p><p><b>　　（3—3）</b></p><p><b>　　綜上所得<

115、/b></p><p><b>　?。?—4）</b></p><p>　　由式中可知，轉(zhuǎn)速和風速風別是轉(zhuǎn)速和風速在風輪上的投影。因此，當風速高于標準風速時，如果要使風輪轉(zhuǎn)速和功率保持不變，別必須使風輪偏側(cè)一定的角度，或使風葉的傾角變化角度，以使風速在風輪上的投影等于標準風速。</p><p>　　表3.1 風輪偏角與風速的關(guān)系<

116、/p><p><b>　　3.2、調(diào)速器種類</b></p><p>　　在風力發(fā)電機的工作過程中，由于風速和風向是不斷改變的，因而風力發(fā)電機的轉(zhuǎn)速和輸出功率也是不斷改變的。風力發(fā)電機的輸出功率與風速的三次方呈正比，在陣風期間，風速一秒鐘可變化15~20m/s，如果不采取措施加以控制，風力發(fā)電機有可能在很短的時間內(nèi)超速運行。如果風力發(fā)電機的轉(zhuǎn)速和功率這樣急劇的變化，就缺乏

117、使用價值。另外，對大多數(shù)風力發(fā)電機，風輪的最理想的轉(zhuǎn)速是保持恒定，風輪轉(zhuǎn)速要保持一定，無論風速怎樣變化，所以要有機構(gòu)控制轉(zhuǎn)速。另一方面，調(diào)速系統(tǒng)當風速很大時可以用來減少葉片上的作用力并限制功率，對于風力發(fā)電機的壽命和結(jié)構(gòu)，調(diào)速控制是很關(guān)鍵的。</p><p>　　風力發(fā)電機的調(diào)速方法主要有失速控制、風輪偏側(cè)和變距調(diào)節(jié)三種類型。</p><p><b>　?。?）風輪偏側(cè)方法<