简析几种垂直轴风力发电机翼型的调节方式

2019-03-01 09:08字体:
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  风力发电机多种多样,但简略归纳起来可分为两类:

  1、程度轴风力发电机,即风轮的旋转轴与风向平行;

  2、垂直轴风力发电机,即风轮的旋转轴垂直于地面或者气流的标的目的。

简析几种垂直轴风力发电机翼型的调节方式


垂直轴风力发电机

  本文主要形容的是垂直轴风力发电机。垂直轴风力发电机(vertical axis wind turbine VAWT)从分类来说,主要分为阻力型和升力型。

  阻力型垂直轴风力发电机主要是操作空气流过叶片孕育发生的阻力作为驱动力的,而升力型则是操作空气流过叶片孕育发生的升力作为驱动力的。由于叶片在旋转过程中,随着转速的增多阻力急剧减小,而升力反而会增大,所以升力型的垂直轴风力发电机的效率要比阻力型的高很多。

  操作阻力旋转的垂直轴风力发电机有几品种型,此中有操作平板和杯子做成的风轮,这是一种纯阻力安置;S型风车,具有局部升力,但主要还是阻力安置。这些安置有较大的启动力矩,但尖速比低,在风轮尺寸、重量和老本必然的状况下,提供的功率输出低。

  达里厄式风轮是法国G.J.M达里厄于19世纪30年代创造的。在20世纪70年代,___国家科学钻研院对此停止了大量的钻研,是程度轴风力发电机的主要合作者。达里厄式风轮是一种升力安置,弯曲叶片的剖面是翼型,它的启动力矩低,但尖速比可以很高,对于给定的风轮重量和老本,有较高的功率输出。世界上有多种达里厄式风力发电机,如Φ型,Δ型,Y型和H型等。这些风轮可以设想成单叶片,双叶片,三叶片或者多叶片。

  从达里厄创造升力型垂直轴风力机至今已180多年了,但不停未能宽泛应用,主要是本身的一些弊端阻碍了应用。不能自起动是其重要的弊端,但主要的弊端还是对风力的变革范围与负荷的变革范围要求过窄,这也波及它不能调速的弊端。

  1、固定叶片升力型垂直轴风力发电机

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图1升力型垂直轴风力机风轮叶片安插图

  传统达里厄风力机接纳ф形叶片,目前较多接纳直叶片(H型)构造,达里厄风力机的叶片相对于风轮是固定的,也就是叶片弦线角度是不成调的。图1是风轮的叶片散布图。

  升力型风力机是操作叶片的升力鞭策风轮旋转做功,对于大都普通翼型的叶片在抱负状态下,在攻角为0至15度能孕育发生升力,而在8至13度能孕育发生大的升力且阻力较小。图2是风力机的叶片旋转到风轮向风侧(0度位置)时的气流与受力图。

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图2叶片在正常与失速时升力阻力比照图

  图2左侧图中叶片遭到相对风速W的作用孕育发生升力L与阻力D,相对风速W与叶片弦线的夹角即叶片的攻角α约为14度,相对风速W由风速V与叶片运动速度u合成,此时的叶片运动的速度约风速的4倍,即叶尖速比为4。升力L与阻力D的合力为F,该力对风轮的力矩力为M,是鞭策风轮旋转的力。在叶尖速比为4时,叶片运行在向风侧或背风侧均能孕育发生鞭策风轮旋转的力矩,仅在两侧(90度与180度)附近升力很小,会有不大的负向力矩。

  在图2右侧图中风速增多了一倍,叶片运动的速度未变,叶尖速比约为2,叶片的攻角α约为27度,叶片工作在失速状态,此时叶片孕育发生的升力L下降了,阻力D大大回升了,相对风轮孕育发生的力矩力M为负向,是阻止风轮旋转的,在这种风速与转速下叶片孕育发生负向力矩的可能性是很大的。

  其实叶片在叶尖速比为4(α为14度)时已在失速的边缘,低于4时升力L已不再增多,阻力D已鲜亮回升,风叶孕育发生的力矩力M有可能为0或负向。好在叶片运行在0度至90度中间一段区域叶片攻角较小能孕育发生正向力矩、在90度至180度、180度至270度、270度至360度的中间也有这样一段区域。但在在叶尖速比小于3.5(α大于16度)时这样的区域就越来越小了。

  图3中是升力型垂直轴风力机的功率系数Cp与叶尖速比tsr的关系曲线,可见叶尖速比在4至6之间才有较高的功率系数,并且气流是在抱负的状态下。

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图3固定叶片垂直轴风力机功率系数与叶尖速比关系曲线图