新型300W风力发电机叶轮力学性能的实验研究

发布时间：2021-12-24 14:36

　　通过对螺旋桨式叶轮的理论研究,采用葛劳渥（Glauert）气动方法结合柔性理论,对现有300W风力发电机研制了新型柔性化叶轮。叶片翼型采用相对厚度8%的NACA系列修型翼型,叶片从距叶轮中心120mm处弦长162mm向尖部弦长76mm递减,其安装角也相应的从13.5°向尖部0°递减。采用车载法对新型叶轮功率输出特性进行测试。在大气温度14℃,自然风速为7.3m/s时达到额定输出功率;在大气温度25℃,自然风速为7.5m/s时达到额定输出功率。与专用300W风力发电机叶轮进行输出功率特性对比实验,实验结果表明新型叶轮在两种温度下均先于专用叶轮达到额定输出功率。对两种叶轮进行静载对比实验,依据国标JB/T 10194-2000的要求,对其进行使用载荷实验和设计载荷实验。在使用载荷实验时新型叶轮叶尖位移315mm,专用叶轮叶尖位移70mm,在设计载荷实验时新型叶轮叶尖位移539mm,专用叶轮叶尖位移115mm。实验结果表明,采用新型柔性化叶轮在高风速可以有效减少载荷对机组的冲击,延长机组的使用寿命,提高小型风力发电机组的可靠性。 

【文章来源】：内蒙古农业大学内蒙古自治区

【文章页数】：52 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

风力机尺寸和功率发展示意图

当气流流经上下翼面形状不同的叶片时，因凸面的弯曲而使气流加凹面较平缓使气流速度缓慢，压力较高，因而产生升力。叶片的失速大升力系数 Clmax附近的性能。当叶片的安装角β不变，随着风速的增升力系数 Cl 线性增大；在接近 Clmax时，增加变缓；达到 Clmax后开始，阻力系数 Cd 初期不断增大；在升力开始减小时，Cd 继续增大。这片上的分离随攻角的增大而增大，分离区形成大的涡流，流动失去翼离时相比，上下翼面压力差减小，致使阻力增加，升力减小，造成叶制了功率的增加。如图 3 所示：

图 3 风力发电机风能利用系数与尖速比关系 图 4 风力发电机转矩系数与尖速比关系2.3 叶轮设计的气动理论气动力学是风力发电机叶轮设计的关键理论基础。它主要用于描述叶轮吸收能量的风场和设计叶轮时的气动载荷。叶片是风力发电机的关键部件之一，风能利用的第一步便是叶片对风能的吸收。运行过程中叶片的状况及性能决定了风力发电机的利用率和发电效益。因此，运用合适的气动设计方法设计叶片气动外形对提高风能利用有着现实的意义。2.3.1 贝茨理论[27]世界上第一个关于风力发电机叶轮叶片接受风能的完整理论是 1919 年由德国贝茨（Betz）建立的。贝茨理论的建立，是假定叶轮是“理想”的；全部接受风能（没有轮毂），叶片无限多；对空气流没有阻力；空气流是连续的、不可压缩的；叶片扫掠面上的气流是均匀的；气流速度的方向不论在叶片前或叶片后都是垂直叶片扫掠面的（或称平行叶轮轴线的），这时的叶轮称“理想叶轮”。其计算简图如图 5。sss

【参考文献】：
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本文编号：3550660