第一位数字:该数乘3/2除10为翼型设计升力系数;
第二位和第三位数字:该数除2为最大弯度位置占翼弦的百分数; 第四位和第五位数字:厚度占翼弦的百分数。
3?0.30;最大弯度相对位置为例如NACA23012其设计升力系数为2?2015%,最大相对厚度为12%。
2.6风力机的工作原理
风力机的基本功能是利用风轮接收风能,并将其转换成机械能,再由风轮轴将它输送出去。风力机的工作原理:空气流经风轮叶片产生升力或阻力,推动叶片转动,将风能转化为机械能。
尽管风力机的类型很多,但是普遍应用的是水平轴和垂直轴两大类。国内外普遍应用的风力机以水平轴升力型居多。下面重点介绍水平轴升力型和垂直轴阻力型风力机的基本工作原理。
升力型风力机的工作原理
下图所示是水平轴风力机的机头部分。风轮主要由两个螺旋桨式的叶片组成。风从左方吹来.叶片产生的升力Fy和阻力Fx。阻力是风对风轮的正面压力,由风力机的塔架承受;升力是推动风轮旋转的动力。
风力转换成叶片的升力与阻力
现代风力发电机的叶片都制成螺旋桨式的,其原因如下所述。
风以V的速度吹向风轮旋转平面,风轮以?角速度旋转。风相对翼型的风速为
假如相对风速Vr与翼型的弦的夹角仅是最佳攻角值,此时的升力系数CYmax为(?约为12~14°),这是我们所希望的。然而,由于叶片各截面的旋转半径r不同。因此,各截面的相对风速Vr也不同.甚至在某些截面上升力系数为负值。
所以,要把叶片制成沿叶片长度方向呈扭曲的螺旋状。让整个叶片由根部到尖部各截面翼型的弦与对应处的相对风速 大致相同,并应使其在最佳攻角值附近。使风力尽可能多的转换成叶片的升力。此升力由叶柄传给风轮轴,再由风轮轴将机械能输送出去。
升力型Darrieus(达里厄)式风力机工作原理 Darrieus式风力机属于垂直轴风力机,与所有垂直轴风力机相比,它的风能利用系数最高。
工作原理:
D-叶轮的空气动力学原理类似于于其它的升力型叶轮,但是因为其叶片的圆弧形运动轨迹,使得其运行看来要复杂些,实际上却并非如此复杂。我们以前提到的,翼片产生的升力是与吹近其前缘点的气流方向垂直的。在D-叶轮中,在叶片的圆周轨迹的各点上,这一相对气流的方向从几乎是直接冲向叶片的前缘变化成几乎与前缘相垂直。于是,在翼片做圆周运动时,它所产生的升力一直在变化着。
气动力分析:图是风轮在转动时,垂直于转轴的一个剖面上!叶片处于相对风速及其所引起气动力的分析。图a中叶片弦线与旋转圆周切线夹角?称为叶片安装角Va是风速Vt是叶片圆周速度,W相对于叶片的气流速度。三者的关系式为
,W与弦线夹角为有效攻角a
如果知道了Va和Vt便可求出W和?a,随后也就可确定叶片所受气动力。假定流过风轮的风速的速率和方向为固定的,对叶片在不同方位的速度三角形的研究表明:除了当叶素圾型的对称平面平行或近似平行于风的方向外,在其他所在方位的力都产生一个驱动风轮旋转的力矩。
图b是分析在风轮旋转一周中,叶片在各个位置上的速度三角形。当气流流过有攻角的翼型时,将产生垂直于W的升力和平行于W的阻力,其合力为F,在图b中表明所有位置上叶片都能产生驱动风轮的正转矩。由于风轮旋转使叶片获得较大的切问速度Vt所以叶片感受到的有效攻角很小,气流不会失速,叶片可获得气动力。当然,在一周转动中攻角是不断变化的,所以每个叶片所引起的转矩是波
动的。
但是,如果风轮是静止的,这时相对风速W与来流风速Va一致,叶片的攻角很大, 有些位置甚至大于失速攻角,使得起动转矩非常低。这就是F叶轮不能自行起动。而必须附加外部起动装置的原因。
阻力型风力机的工作原理
1)杯式风速计是最简单的阻力型风力机
垂直轴式S型叶片风轮
2)上图所示为垂直轴阻力型风力机的风轮,它主要由3个曲面叶片组成。 当风吹向风轮,叶片产生阻力,驱动风轮作逆时针方向旋转(顶视)。凹下的叶片驱动风轮旋转,凸起的叶片阻碍风轮的转动,每个叶片产生的阻力值Fd可按下式计算:
式中:?——空气密度;
V——风速:
u——叶片线速度.在半径方向线速度的平均数:
Av一叶片的最大投影面积(宽度×高度);
对于由2个曲面叶片组成的风轮,凹下的叶片的Cd值Cd——叶片阻力系数,
可取为1.0;凸起的叶片的Cd值为0.12~0.25。
在计算Fd时,式中的“±”号的选取:对风凹下的叶片(右面)取“-” ;对风凸起的叶片(左面)取“+”。
这种垂直轴阻力型风力机。凹下的叶片产生的阻力大于凸起叶片产生的阻力.风轮自然是按逆时针方向旋转。当然。若把吹向风轮左面的风挡住,使凸起的叶片不被风吹。更有助于风轮的转动。
2.7风力机特性
风力机的特性曲线主要表现为三个随着风速变化而变化的性能指标---功率、力矩和推力。功率决定了风轮所捕获的能量的大小,力矩决定了齿轮箱的尺寸和与风轮驱动相匹配的发电机类型,推力对塔架的结构设计有很大影响。
常用叶尖速比的函数来表示功率系数、力矩系数和推力系数
第三章 风力发电机组结构
3.1风力机发电机组概述:
风力机发电机从结构上可以分为两类:水平轴风力机和垂直轴风力机。水平轴风力发电机的叶片安装在水平轴上,叶片接受风能转动去驱动发电机;垂直轴风力机发电机组的风轮轴是垂直布置的,。
整机是建立在钢结构底座上,该结构应具有很大的强韧度,底部由坚固法兰组成,风电机组所有的主要部件都链接于其上。
发电机固定位置与机舱轴线偏离,以使得风电机组在满载运行时,整机质心与塔架和基础中心相一致。
偏航机构直接安装在机舱底部,机舱通过偏航轴承与偏航机构连接,并安装在塔架上,真个机舱底部对叶轮转子到塔架造成的动力负载和疲劳负荷有很强的吸收作用。
机舱座上覆盖有机舱罩,材料是玻璃钢,具有轻质高强的特点,有效地密封,以防止外界侵蚀,如雨、潮湿、盐雾、风沙等。
机舱上安装有散热器,用于齿轮箱和发电机的冷却,同时,在机舱内还安装有加热器,使得机组在冬季寒冷的环境下,机舱内保持在10°C以上