写给开发风能志同道合朋友们的信.doc

写给开发风能志同道合朋友们的信(一)探索创造能提高风场风能利用率的中华风车科研报告张财年（西安 国营一一三厂设计研究所 710077） （2012-7-18） 摘要：发现、论证后得出：“不计1、2根叶片风车风轮，仅计3叶片及大于3叶片风车风轮，3 叶片风车风轮的效率，不仅不是最高的，反而是最低的。”经六年半多的探索科研，获得阶段性成果：“高效水平轴风车风轮设计技术”，已申报了国家发明专利，申请号：201210138400.X 。基于慎重，建议朋友们，对“3叶片风车风轮效率最高”通过对比实验作个鉴定。作到心中有数，利于决策。关键词：探索创造能提高风场风能利用率的中华风车。朋友们好： 大家知道，人类已公认:：开发可再生能源是人类走出能源危机和环境危机困境的唯一出路。风能是清洁的可再生能源。风能开发的意义在于此。当今，风能发电已是风能开发的主要方式。而创造能提高风场风能利用率的风能开发技术，其重要意义，犹如农业生产创造能提高农田单产量技术一样，意义重大。 建设创新型国家，振兴伟大的中华民族，召唤我们早日做出贡献来。1， 风电机组的技术现状。据对2009年我国风电机组资料1统计，我国风电机组生产厂共70家，生产功率P=0.13600kw的小、中、大型风电机组共243个型号。其中，3叶片的227个，占93.42 %。其余6.58%，2叶片的3个，4叶片的3个，5叶片的9个，6叶片的1个，它们也都是在3叶片左右扎堆。3叶片的风电机组的风轮效率如何？高校教材和风电场工程技术手册中均给出了肯定的回答：“三叶片的转子效率最高”2，“3叶片风轮通常能提供最佳的效率”3。另外，曾在数篇文章中见到过类似图2的图线（见第3页），用来作为解答为什么风电机组多是3叶片风轮疑问的依据。资料1载文称，我国大型风电机组制造业的技术来源，大致可分为五类，其中四类是与国外技术挂钩的。如此说来，3叶片风电机组在我国几近100%的现象，亦是世界性的。“三叶片的转子效率最高”，“3叶片风轮通常能提供最佳的效率”，是真的吗？2005年10月28日晚，在电视机屏幕上再次看到风电机组3叶片风轮慢悠悠转动的画面时，我突然灵感暴发：效率特低！理由是，叶片间约100度夹角的大空间的风能，未经叶片转换流失了。第二天，即开始了科研工作。2， 科研探索2.1， 感性判断 在同一风场中,风车风轮结构参数相同,仅叶片数目N不同时,各风轮的效率排序：(N+1)根叶片风轮的效率，高于N根叶片风轮的效率。感性理由是：将风能转换成机械能是叶片完成的，在叶片数目N不大于Nmax范围内（Nmax叶片数目N大于Nmax后，叶片间产生的干扰，降低叶片的转换效率。）每增加一根叶片，就增加一份转换得到的能量，风轮的效率就提高一些。只要Nmax3，那么，4根叶片风轮的效率，一定高于3叶片风轮的效率，“3叶片的转子效率最高”是真是假？是值得探讨的。2.2, 理论分析结果风轮效率CP与风轮实度成正比。即： CP风轮实度=A/ASL。A叶片面积在旋转平面上投影之和(常简化为叶片面积之和)。ASL风轮扫掠面积。探索实验实践得知：0.75,上式基本成立.2.3， 实验风车风轮测试数据显示 图1,是实验测试所得的风车风轮性能图线.图1，实验风车风轮性能测试图线。2.4, 科研结论不计1、2根叶片风车风轮，仅计3叶片及大于3叶片风车风轮，3叶片风车风轮的效率，不仅不是最高的，反而是最低的。对3叶片风车风轮的效率，何以形成了如此对立的论述？图2，被视为风车风轮性能图线，社会上用来作为解答为什么风电机组多是3叶片的疑问的依据。3， 风车风轮、风扇风轮的性能分析效率分析3.1, 风车风轮,风扇风轮。风轮，是当今人类生活、生产中使用的风能机械能相互转换的部件。带轴轮毂上辐射安装着N根叶片是风轮的典型构成。 风车风轮, 输入风能E，输出风轮轴机械能P，能量转换的方向：风能机械能。风电机组的风轮是风车风轮。风扇风轮，输入风轮轴机械能F，输出风能W，能量转换的方向：机械能风能。电风扇的风轮,直升机的旋翼,飞机用的螺旋桨,均属风扇风轮。3.1.1，风车风轮的性能分析风车风轮的叶片是将风能转换成机械能的基本构件。每根叶片都能将风能转换成机械能，同时克服旋转所遇阻尼又消耗机械能。设风车风轮下列参数：输入风能E，风能转换成机械能G C ，克服风轮旋转所遇阻尼消耗能量Q C，风轮轴输出机械能P C。1根叶片的风车风轮，其能量平衡式： P1 C=G1 C-Q1 C1根叶片的风车风轮，其性能表达式，效率表达式： CP1 C= P1 C/E=（G1 C-Q1 C）/E=CG1 C -CQ1 CN根叶片的风车风轮，其能量平衡式： PN C =NP1 C=N（G1 C-Q1 C）N根叶片的风车风轮，其性能表达式，效率表达式： CPN C= PN C/E=NP1 C/E= N（G1 C-Q1 C）/E= N（CG1 C -CQ1 C）= NCP1 C风车风轮效率CPN C，等于叶片数目N与一根叶片效率CP1 C的乘积。或说：风车风轮效率CPN C，与叶片数目N成正比。（在NNmax范围内）。 图示：设CP1 C=0.05，则 CPN C=0.05N.见图3.图3，分析所得风车风轮性能图线。3.1.2, 风扇风轮的性能分析风扇风轮的叶片是将机械能转换成风能的基本构件。克服旋转所遇阻尼每根叶片都消耗机械能。设风扇风轮下列参数:输入风轮轴机械能F，输出风能W S, 克服风轮旋转所遇阻尼消耗能量Q S。一根叶片风扇风轮，其能量平衡式： W1 S =F- Q1 S。一根叶片风扇风轮，其性能表达式效率表达式：CW1 S=W1 S/F=（F- Q1 S）/F=1- Q1 S/F=1-CQ1 SN根叶片风扇风轮，其能量平衡式：WN S=F-NQ1 S。N根叶片的风扇风轮，其性能表达式，效率表达式：CWN S= WN S/F=（F-NQ1 S）/F=1- NQ1 S/F=1- NCQ1 S 风扇风轮效率CWN S，等于1减去叶片数目N与单根叶片克服阻尼消耗能量效率CQ1 S之乘积。图示：亦设CQ1 S=0.05，则CWN S=1-0.05N。见图4。图4，分析所得风扇风轮性能图线。3.1.3, 比较，分析，判断图1图4的归类四幅图，都展示着风轮效率CP与叶片数目N之间的关系。 图1图线的特点是：（1），风轮随叶片数N增加，其效率最大值增大；（2），风轮随叶片数N增加，其效率为零时（风轮空载最大转速时）对应的尖速比值增大。图2图线的特点是：（1），风轮随叶片数N增加，其效率最大值变小；（2），风轮随叶片数N增加，其效率为零时（风轮空载最大转速时）对应的尖速比值变小。 图1，图2，其两者的特点，双双对立，难归同类。图1，N增大，风轮最大效率值增大；实验测试所得的风车风轮性能图线。图2，N增大，风轮最大效率值减小；指导设计了正在广泛运行着的3叶片风电机组。理应是风车风轮性能图线。图3，N增大，风轮效率增大；分析所得风车风轮性能图线。图4，N增大，风轮效率减小。-分析所得风扇风轮性能图线。不难看出，图1与图3类似。图2与图4类似。图1、图3，两者皆是风车风轮的图线，同类，名实相符。图2、图4，这两者的性能类似，。既然图4是分析所得风扇风轮性能图线，其性能图线，本应有别于风车风轮的性能图线，不应与图1、图3两者的性能图线类似，它做到了，名实相符。而图2，原本是遍布全世界正在运行着的风电机组的3叶片风车风轮设计的依据，可它的性能图线的特点，却与分析所得风扇风轮性能图线图4类似，是同类，呈现出名实不符现象。犹如原本是千军万马红色大军的统帅，本性实为蓝色大军的成员，形成令人费解的现象。现在，摆在人们面前只有一种解析，那就是：图2不是风车风轮性能图线，实是风扇风轮性能图线冒充风车风轮性能图线，导演出了效率低下的3叶片风车风轮风电机组，几近100%遍布全世界的异常现象。科技大发展的现代，竟然形成了如此规模的异常现象，其原因何在？人类社会运行、发展中，此种异常现象，希望是唯一的。4， 迷途知返，走进科学 3叶片风电机组几近100%在全国，在全世界运行，生产厂家也一致生产着3叶片风电机组，怎么就不科学了？为慎重其见，这里建议朋友们给3叶片风车风轮，用对比实验作个鉴定，作到心中有数，以便科学决策。为取得质量优、效率高、成本低的结果，实验工作要抓住主要矛盾。这里介绍一种土办法：（一），装备准备。（1），实验风场。家用电风扇即可。如400的。（2），风车风轮实验模型。根据风场大小确定风轮外径。风扇风轮400，风车风轮可做成D=500，两个风轮相距300500进行测试。您选用的叶片做相同的12根，轮毂外径d，要考虑能装上12根叶片。（D-d）/2=l叶片长度。轮毂可用圆木做，中心钻孔6。顺叶根安装角对轮毂锯缝口12个，备装叶片用。（3），测试安装台。可用原电工用的手摇绕线器改成。用M6螺干、螺母，将试件（风轮）安装到测试安装台上。测试安装台上有计数转数的表盘。（4），计时表。测出1分钟的转数，即得到转速n=？转/分了（5），力矩加载装置。测试安装台背风端有一段伸出轴，可做一付对开抱轴力矩加载组件。用作力矩加载。抱轴件的轴两侧，用长螺杆套螺旋压缩弹簧后加螺母联接。抱轴件的抱轴处，垫入摩擦系数大又耐磨的材料（如刹车摩擦片）。对开抱轴件中的一件，一边做成杆称杆，并标上刻度，譬如，距所抱轴心 ，每厘米处钻一3的孔，备实验时挂法码用；其另一边，适当延长，使可加配重，以便未加法码时，两边对轴的力矩相平衡。（6），法码。以克为单位。（二），测试操作。（1），空载测转速n0。（2），加载测转速ni。假如用10克的法码。挂在1厘米刻度处，则加载力矩就是10gcm。挂在10厘米刻度处，加载力矩就是100gcm。等等。加载后，拧紧、调整抱轴件的联接螺杆的螺母，使称杆动态处在水平状态，此时测出风轮转速ni 。如此加载、测转速，直到停车。得到M=0MI，n=n0ni。（3），计算、绘制效率图线。角速度=2n/60。功率P=M。功率指数PZ=P/ASL（g.cm/s.cm2） 由于=U/V=R/V=R2n/60V=R/30Vn ，以127#实验风轮为例,R=0.26 M。v=5.75 M/S 。则： =0.26/305.75n=0.8169/172.5n=0.004735n。而=arccot。列表计算表1风向角加载力矩M （g.cm）实测转速n （转/分）角速度=/30n输出功率P= M效率指数PZ=P/AS【1】【2】【3】【4】【5】【6】【7】【2】【4】【5】/ 212429.06038039.8001.79930.05仪36538.21.72832.2320033535.170163.31.58633.4230032033.5100534.71.51534.2740031032.5129856.11.468-以为横坐标,以PZ为纵坐标,绘制出风轮效率(指数) PZ图线（三），比较、鉴定。用准备好的12根叶片，依次装成3叶片、6叶片、12叶片三个风车风轮，并依次测试、绘制出它们的PZ图线在同一幅图上。您就可以从比较中，给3叶片风车风轮作出鉴定了。欢迎朋友们前来本所实验室参观。也欢迎朋友们带来试件测试。以降低成本，提高鉴定速度。5， 按科学规律办事。 “探索创造能提高风场风能利用率的中华风车科研”，经六年半多的科研实践，已获得阶段性科研成果：“高效水平轴风车风轮设计技术”，申报了国家发明专利，申请号：201210138400.X。欢迎志同道合朋友们，参与中华风车的创造实践，促进中华风车早日诞生。 创造中华风车，仅提高了风电机组的第一个环节的效率。风电机组至少有如下环节构成：风能机械能的转换效率CP=1机械能机械能的传输效率 2机械能发电机发电效率 3发电机并网前的蓄能、调控效率 4风电机组的调控利用效率 5风电机组的总效率：Z=12345 假定我们将各环节的效率均提高了1%，那时的总效率：Z1。01=1.0111.0121.0131.0141.015=1.01512345=1.51Z即,五个环节的效率,各提高1%,则总效率将提高5.1%。可知英雄大有用武之地。6, 历史使命建设创新型国家、振兴伟大中华民族的号角已经吹响。开发可再生能源是人类走出能源和环境危机困境的唯一出路。风能是可再生的清洁能源。创造能提高风场风能利用率的风能开发技术装备，是开发风能科技工作者的主攻点和历史使命。当高效的中华风电机组被我们创造出来时，我国风电机组进口局面，就将转变成为我国高效、先进的风能开发技术和装备双双出口的局面，为人类的发展进步，作出中华民族的新贡献。同胞们，朋友們，让我们共同努