水平轴风力机的桨

1、李 金一、风轮总体参数设计一台空气动力性能好的风力机可以获得较高的功率系数，在同样条件下可以得到较大的经济效益，风力机的空气动力性能主要表现为风轮的空气动力性能，同时也与风力机的控制操作性能有一定的关系，此外与风轮的安装方式，风轮的安装高度，风力机站址选择等多种因素有关!在风轮气功设计前必须先确定下列总体参数：1、风轮叶片数B尖速比叶片数目风机类型1620低速2412338中速4355824高速81512风轮叶片数和尖速比的关系表：用于风力提水的风力机一般属于低速风力机，叶片数较多。六叶片的中低速风力发电机，用于风力资源相对匮乏的地方目前用于风力发电的风力机,属于高速风力发电机，一般取叶片数2

2、32、设计风速V1风轮设计风速(又称额定风速)是一个非常重要的参数,直接影响到风力机的尺寸和成本。设计风速取决于使用风力机地区的风能资源分布。风能资源既要考虑到平均风速的大小，又要考虑风速的频度。知道了平均风速和风速的频度，就可以按一定的原则来确定风速V1的大小，如可以按全年获得最大能量为原则来确定设计风速。一般要求年平均风速大于6m/s. 3、风轮直径D风轮直径可用下列公式进行估算323211211 21/2*/4* *0.49ppPC V DV DC 式中：P风力机输出功率(W); 空气密度，一般取1.25kg/m; V1 设计风速(风轮中心高度)m/s; D风轮直径（m）; 发电机效率1

3、传动效率24、尖速比0风轮的尖速比是风轮的叶尖速度和设计风速之比，尖速比是风力机的一个重要设计参数，通常在风力机总体设计时提出。首先，尖速比与风轮效率是密切相关的，只要机器没有过速，那么运转于较高尖速比状态下的机器，就具有较高的风轮效率。对于特定的风轮，其尖速比不是随意而定的，它是根据风力机的类型、叶片的尺寸和电机传动系统的参数来确定的。所要求设计的尖速比，是指在此尖速比上，所有的空气动力学参数接近于它们的最佳值，以及风轮效率达到最大值。 （c）高速风力机 对风车来说，尖速比在23范围内有较高风能利用系数 ，最大风能利用系数可达0.3 对低速风力机来说，尖速比在1附近有较高的风能利用系数，最大

4、风能利用系数可达0.3 对高速风力机来说，尖速比在68范围内有较高的风能利用系数 ，最大风能利用系数可达0.4 5、风轮的实度风轮的实度是指，风轮的叶片面积之和与风轮的扫掠面积之比，实度是和尖速比密切相关的一个重要设计参数。下图是风力机实度与尖速比的关系图 尖速比与风轮实度的关系对风力提水机，因为需要转矩大，因此风轮转速小，实度取得大对风力发电机，因为要求转速高，因此风轮实度取得小。叶片实度的变化对风轮功率系数的影响0()K 实度低的实度得到一条宽而平直的曲线，这意味着叶尖速比在一个宽的范围内变动时，风轮的功率系数变化小。高的实度得到了一条有尖锐顶点的窄的曲线，风轮对叶尖速比变化非常敏感。而且

5、，如果实度过大， 有一个相对较小的最大值， 的减少是由失速引起的。三叶片时可以得到最佳的实度，不过两叶片也是.pCpC一种不错的选择。两叶片的最大功率系数虽然比三叶片的最大功率系数小一些，但是峰值的展开范围要宽，因而可以捕获到更大的能量输出。翼型的选取对风力机的效率十分重要，翼型决定了升阻比，影响着风力机的效率。6、翼型及其升阻比翼型的升力/阻力=L/D值愈高,则风力机的效率愈高，而且性能曲线与叶片数目或尖速比的关系也愈小。同样升阻比，尖速比条件下，三叶片的风力机的效率更高。二、桨叶的外形设计1VpC给定下列参数：风力机输出功率 P设计风速发电机效率传动效率空气密度 风能利用系数12（1）计算

6、风力机风轮直径D根据公式321120.49PD CPV 求得直径D(2)确定尖速比根据设计风速，给定风力机转速以及风轮直径D 可确定尖速比012DV（3）确定叶轮的实度和叶片数目已知尖速比 ，根据尖速比与叶轮实度的关系图可以得到实度，对于小型的风力机叶片数目取3比较合适。0（4）将风轮分为10个剖面，每个剖面间隔0.1R,计算各剖面的值。LC(5)选取翼型。确定升阻比最大时的攻角和升力系数033cot22rR（6）用公式确定每个剖面的来流角(7)确定每个剖面的形状参数N,可用公式22001694()9LRBCrRN计算（8）对于每一个计算点，使用下列公式计算弦长.Lr NCBC, 根部区弦宽太

7、大,故进行线化或其他处理.RCSP C(9) 计算叶片展弦比SP. 为平均弦宽0c03(1)0.11LcPCS（10）根据叶片的展弦比,对升力曲线进行修正。用经验性的校正调整攻角，以得到最佳的升阻比L/D根据升力曲线与轴相交处的攻角采用下列公式算出校正后的攻角(11)根据公式c得到扭角，在根部，得到的扭角过大，也可做适当修正。（12）绘制精确的叶片和翼型图。三、风轮的性能计算风能性能计算主要有三项内容:轴向推力,转 矩利功率以及相对应的推力系数,转矩系数和风能利用系数. 推力系数TC转矩系数MC风能利用系数PC如果风轮不在最佳运行状态工作,干涉因子a,b和梢部损失系数F就不知道了,此外,由理论

8、计算所得的叶片外形弦宽C和扭角一般要根据实际经验进行修正,因此干涉因子a、b一般也都偏离宽C和扭角以及翼型升阻曲线,在某一给定 运行状态下计算各个剖面上的干涉因子a和b以及梢部损失系数F来计算风轮的气动性能。了最佳设计状态下的值.实际上为了求得TCMCPC一般是根据给出的叶片外形数据弦性能计算所用公式如下：（1）a （2）(1)tan(1)ab2arccos()fFe2sinBRrfR（3） cossinxLDCCCsincosyLDCCC（4） （5）22(1)8sin(1)xBCCaF aFra （6） 8sincos1yBCCbFrb对于每一个给定的r或,可以用迭代法计算a、b(1)给a和b一个初始值.（一般取a=0.3,b=0）(2)由式（2）计算得