水平轴风机空气动力学

1、风机部件与电气控制风机部件与电气控制 1风机控制技术研发中心风机控制技术研发中心 杨银锴杨银锴杨银锴杨银锴杨银锴杨银锴202120212021202120212021年年年年年年111111111111月月月月月月2 2 2 2 2 2日日日日日日水平轴风力机空气动力水平轴风力机空气动力学学风机知识体系结构风机知识体系结构气气动机机械电电机并网网风风力结结构极限限疲疲劳振振动控控制材材料制制造叶片设计叶片制造风机分类风机分类垂直轴风机垂直轴风机水平轴风力机空气动力学基础水平轴风力机空气动力学基础单位面积风中的能量，与风速的3次方成正比cp 风能利用系数 空气密度，标准密度：1.225kg/m3

2、a 风轮面积u 风速风机吸收的能量吸收风能，承受推力风机尾流风机尾流 升力产生的原理：压力差乘以面积=升力，垂直于来流速度 叶素理论是将风轮叶片沿展向分成许多段（叶素），假设在每个叶素上的流动相互之间没有干扰，将作用在每个叶素上的力和力矩沿展向积分，就可求得作用在风轮上的力和力矩。下表中，叶片的变桨角度为-1.6，攻角7l为升力，d为阻力，dfn为产生的推力,c为弦长 迎风变桨（攻角越小，出力越小） 主动失速（产生紊流和漩涡）r为叶轮半径，r为叶片段半径见图标示。由图可知，叶片不同部位的风能利用系数是不同的，一般叶尖选用较好的翼型。不同半径r处的叶型剖面从此图可以清楚地看到叶片扭角和弦长、厚度

3、变化情况！不同叶片扭转角时的风速功率曲线不同叶片扭转角时的风速功率曲线不同叶片桨距角时的风轮转矩系数不同叶片桨距角时的风轮转矩系数结论：当桨距角增大时可以获得较大的启动力矩！结论：当桨距角增大时可以获得较大的启动力矩！应用：所以风机启动时首先将桨距角调整到应用：所以风机启动时首先将桨距角调整到50左右。左右。不同叶片桨距角时的风轮功率曲线不同叶片桨距角时的风轮功率曲线不同叶片桨距角时的风轮功率系数不同叶片桨距角时的风轮功率系数6）翼型厚度d、厚度比d/c由图可知翼型越厚，cp越小！为了保证强度叶片根部必须应用较厚翼型。结论：结论：叶片数量越多，启动力矩越大！叶片数量越多，启动力矩越大！应用：风

4、磨的叶片数量就比较多，但转速低。应用：风磨的叶片数量就比较多，但转速低。选择选择3叶片既是美观考虑，也有启动力矩、转速、效率载荷等的综合考叶片既是美观考虑，也有启动力矩、转速、效率载荷等的综合考虑。虑。由风机吸收的风能公式可知：风机功率与风轮直径成正比。由风机吸收的风能公式可知：风机功率与风轮直径成正比。对于确定的风电场，在风速已定的情况下，选择合适的风轮直径对于确定的风电场，在风速已定的情况下，选择合适的风轮直径可可以获得满意的功率。例如对高原风机，就可以通过适当增加风轮以获得满意的功率。例如对高原风机，就可以通过适当增加风轮直直径来提高风机功率。径来提高风机功率。单位面积的风含功率单位面积

5、的风含功率由图可以看出，风速显著由图可以看出，风速显著影响风力机的功率！影响风力机的功率！由图可以看出，叶片数目越由图可以看出，叶片数目越多，对应的设计叶尖速比越多，对应的设计叶尖速比越小！小！越大对应的风轮转速越高，越大对应的风轮转速越高，可以减小齿轮箱、主轴和发可以减小齿轮箱、主轴和发电机体积，叶片可以做的更电机体积，叶片可以做的更细些，占用较少的材料。细些，占用较少的材料。缺点是对叶片的材料和强度缺点是对叶片的材料和强度要求更高、容易引起气动噪要求更高、容易引起气动噪声气动弹性问题。声气动弹性问题。=r/v但是增加转速后会带来气动噪声问题和结构载荷问题。所但是增加转速后会带来气动噪声问题和结构载荷问题。所以风轮转速不能太高，要综合考虑。以风轮转速不能太高，要综合考虑。具体的高度选择与风速、风机造价、结构载荷有关。具体的高度选择与风速、风机造价、结构载荷有关。amb面anb面不同海