风力机重力调速机构原理及倾角组合优化分析

发布时间：2020-06-24 13:18

【摘要】：从重力调速型风力机限速机构侧偏及回位机理角度出发,以力矩动态平衡为条件,采用Matlab编程软件优化选取出最优倾角组合并通过搭建车载实验平台进行实验验证,研究分析斜铰轴后倾角β'及侧倾角β"的变化对整机侧偏性能的影响,也将会为今后限速机构参数的进一步优化设计提供宝贵的经验。应用空气动力学及叶素理论,将风轮侧偏过程中叶片上的阻力及升力进行分解,推导出风轮侧偏力矩M_P。考虑到风轮尾流对尾翼受力的影响,引入气流相对于尾翼平面上的攻角α,得到尾翼气动力F_v相对于斜铰轴的气动力矩M_(sv)和偏转轴的气动力矩M_(zv)及尾翼重力回位力矩M_b。指出限速机构侧偏的研究重点在于侧偏时力矩之间动态平衡的过程。在β'≤β"及β'β"倾角结构中选择4组倾角组合作为结构倾角初选数据,利用Matlab编程软件绘制出力矩M_p及M_b随风轮侧偏角度改变的变化曲线图,引入φ临界的概念,从力矩曲线变化趋势上初步判定β'β"结构是可取的,可以保证重力调速型风力机在较大的风轮侧偏角范围内稳定运行。提出限速机构参数的选取原则,给定风力机本体结构初始重要设计尺寸:风轮前伸距离f为0.12m、偏心距ε为0.045m。联立公式M_p及M_b,推导出风轮前伸距离f、偏心距ε、后倾角β'、侧倾角β"与φ临界之间的关系为临界,可以得到最优侧偏工况下φ临界为69.44°。在β'β"结构中,1°≤β'≤12°及1°≤β"≤12°范围内,将66组(β',β")倾角组合分别代入Matlab编程软件中依次求解不同倾角组合下的φ临界值,计算结果表明在(12,5)及(8,3)组合下,φ临界为67.26°及69.39°,较为接近最优侧偏工况下φ临界69.44°,故在β'β"结构中已优化选取出(12,5)及(8,3)两组合理的倾角组合。通过搭建车载实验平台进行实验验证,实验数据表明:β'≤β"结构下,限速机构出现提前或滞后侧偏的状况,易造成风力机出现顺桨或飞车现象;β'β"结构下,找到一组倾角组合为(12,5)使得功率较为接近额定功率,间接证明从侧偏机理公式角度出发,以力矩动态平衡为条件,寻找出优化结果的途径及方法是可靠的。为了探寻单独改变后倾角β'及侧倾角β"情况下对风力机侧偏及回位性能的影响,调节后倾角值为4°、6°、8°、10°、12°,侧倾角值为1°、2°、3°、4°、5°进行车载实验分析,结果表明:单独改变后倾角β'情况下,存在一个临界后倾角,使得在一定区域内,发生侧偏时所对应风速的大小随着后倾角β'的增大而增大,当超过临界后倾角后,而是随着后倾角β'的增大而减小。单独改变侧倾角β"情况下,侧偏时所对应风速的大小随着侧倾角β"的增大而增大,呈正相关关系;风力机稳定侧偏时的输出功率随着侧倾角β"的增大而增大,这是重力调速型风力机工作运行过程中的主要特征。
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TK83

【参考文献】

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本文编号：2727911