风力发电功率和叶尖速比.docx

1、风力发电功率和叶尖速比二、风轮机的功率及风能利用系数（一）穿过凤轮桨iH扫掠廁的风能设:V 风速（描k扰动气流的涼速*米/秒飞风轮A风轮叶片扫掠ifilflL米2；P空代密度十克/米则帕位时问内穿过凤轮扫掠他积的动能*即功率P八（见图5 为；ras-K凤轮扫掠丽（二）风能利用系数凤能刊用系數G_ 单位时间内转变为风轮机械能的风惜单位时间内穿过凤轮桨叶扫掠面A的全风能_ 风轮的输出功一期入风轮面内的功率（S-2）_ _ r評 凤能利用系数足农征PL轮机效率的璽耍參数它表明风轮机从凤中获冯的育用陡童 的比例.根据贝茨理论”風能利用系数的毘大值为0鳥93。关于贝茨最大備的推导见本京第匕节，水平轴凤轮

2、桃的匚；=氏2厲J 垂口轴凤轮机的気三0. 7-（11, 风能利用系数又称功率兼数-（二侃轮的功率巩轮的功净即指转变为机能的功率山式一门和帖一3）可以看啣中1.肖v-ffi数7工1円即当凤速一定时*凤.轮的功+和凤轮丸待抽平方成F比）,2.当D=當数寸OC-（即当確te苴冷网定附処轮的功率和风速的衣力成iH比）,3.当乱轮a往41速不变时.凤轮的期龍与G战I比，风轮加龌和皿轮山I片数无关.但与空气老度lArtt.三、风轮机的叶尖速比（高速性系数）在凤連为时-風轮1片尖瑞的线速度与该园姥之比称为凤轮的崗虺性系数“高罐 性慕可衣示为：V式中Z离速fe系数91或轮在诫速V ihiiTj转曲速度，产乎

3、弧度-秒K风轮叶片尖处的弧度和一】米：T 转迷+转分-空I. 贰八ttK ，八所以X = 7711 V 30 V由此可钿*高速性系fe是皮映在一定凤速卜闻轮转速贏ffi的聲赴，I爲速性累數又称 卅尖速比TSK.四*凤枪机的转审系数凤轮的功專也可凤轮的转迪耳且谨转用速堆的秦枳来我示,即P= M * 3武中M 转矩*克*米i旋转角速曜弧度+松已知凤,轮的功* F=弓plF Y* （爲 C定义r _ 2M _ 2M 61KM a.R c 、= =Cm ARA/ 才 *J= M才R.2(5 5)(5 6)称为转矩系数则M=Cm -（牙RAS几即当风轮尺寸（Ra定时任一定风速下心 是1个反映转矩大小的系

4、数五、风能利用系数扶矩系数与川尖速比的关系由以上分析知.CpUCM X_Cr可见.q及Gi皆绘入的因数即G =入1=（入）此函数关系可以通过计算威 实验得出也可以用曲线表示-如图5 3及图5 4所示ffl5-3傀轮札的116利用系效 与叶尖連比的关系曲线用54 凤轮机的转矩系ft与 叶尖逮比的关条曲綬t对丁某一风轮来说只是在入为某一数值即爲时.才达到最大（；值（&Q.如图 5 3所示在入工爲时Cp值下降.对应于最大G值（；）时的X值（入J称标准高速性系数.2.（、叫.圧相对于入=九时的转矩系数即相对于标准高連性系数时的转矩.3.高&风轮与低速风轮的Cp = f（X）fttJ线及C = f（X）

5、tft；线是不相同的.如图5-5及 图5-6所示。低速风轮的入值范囤在12之间，高速风轮的入值范在5-10之间.由图可见. 高速风轮的C存辽大于低速风轮的C艸丄但是低速风轮的转矩系数远远大于高速风轮的转 矩系数所以低速风轮的起动性能好。多叶片风轮 丁低速风轮少叶片风轮于高速风轮.0. G/3叶片IM集式2叶片离嫌按幫式0. 90. 404特兰1 f0, 20. 13 4 5 6 7 8 9 10 il J A蓟0叶府戒:m55凤轮机功率朵弦与叶宾速比的关系凤枪机理选效宰3叶片桨式a叶片壽黑J#梁式O. S达里电虫a 40.0. 20. I3 3 4 5 S 7 8 9 1心 i!】2 d自H车

6、耗式I期5&风轮机转矩系数与叶尖速比的关系（一）功率转速特性曲线|2知 P-号A - Cp Cp = f 卜的 牯忤.n V6 V5 -V| Vj V; V1 _ .t-：）转矩一转速特性曲线己知转矩M_c -A - R - C设A JJp为常数又知Cm f（k）则当风速 定时3=常数iM就是A的函数而k反映了轮速的大小所叹同ff可以得出M=f（n）的曲图5-7风轮机的功率一转速特性曲线线如国58所示.闾： 8 皿竪机胃蚪仙一$遽特fr訓找冷出轮UOjH 11=转速特n ilh钱如驶典用到轮帆所拖动苗91威，、用于发电 泵统的2电机或冃于規术灵址的水泵汀內列爪转速特性lit【线.就Rj分折为两

7、着联接 组咸为-牛証统时的拎性这就足切f究庵轻机却沖一序r：速特件iw钱的冃的.七、风能利用系数最大值（贝茨）理论质量为m的物体，以速度 v运动时，该物体的动能为:J11V 内通过此戡血的工佈休枳流址-为,曲5【9 取密行网内1*过戴|1|扎旳气$毎乍皿1牙V-vA栈y-弋鬲叮为L則炖战于此休枳的甲气流酮质为：（|V = ni Avr hIS!； 般-Av即代衣4牟位时IhJ内通过崔戈1 A加空4逹茁H仃lJ n. y .也训称为堆毎IW搴此质量爭所打17的鬲Fit则治:I用为A行一1 fH所衣朋的是单付EH mn征秒）内流iX截皿I A的空H怖用T具fl的动能. 所灯，也就尼劝申.-J此*1

8、1似如求设截丽A为讹轮机Sl转时叶片所1/1独的面积.则单位时间内遡过1为， , 2 . . 1 ,2 , 1 .仁 n f Y“ =1 n A V ? t =v 3 J 3 3=护冷厂A2弍笛一F去明風轮从拥川所钱H的“E司:山通址K轮J r掠an的部K fi的比例的 以A値为算也叩凶.3 % .换f川舌丄也叩5仆=U. 5以 苗于此値杀山I贝茨首光寸出.股/ V。时廿以图痒农示风轮机的输出功率依风速的变化情况.则如图5-10（3及图5-10 UJ所示却论卜.rr风迷低于斂定风速（即VQ时.才 产生净功风轮机的输出功 率曲线有看不同的形状.而疑中线性特性与风场中获得的试较数抵较接近.而fl应

9、用趣 来比较方便如图5 10（h所示.在图5-10中在风速大于额尢凤速但低于截止凤速（EP VrVV,）范W内认为凤轮机 的输出功申P=1仝即额定功率维持不变也即输出te功率这町踣助凤轮机的桨距调$ 来实现。肘于线件|出功率曲线可求出冈轮机的输出功率为，jy 5 10(a)国3 1创讪.風轮制I纯性揄出珈扣111賞 布:八节亠规乂 T帽7 f 轮机的功* 1出曲比将这两百粘仟凡来就可i I厲?某午詞同止时间内帆 轻肌的恠出陸虽氏JI- 刈W 1. K誓肌：1 出能砂臥川i ： V ?i .也IJ y.,iij闰d:也得 出（一川诵法利用何注时顼歎分加*叫R稈斡岬不同心 H的吹WA数+*功乂倫出

10、沏线I以 it旬彳；冋H逮!r 41应曲输auJj4- U秤；, 同订算出備同K速卜:菜-H連吹H时蛀内听时 的侖川能戢I即某 風連卜卞L业帆的输出功部勺i 妇观,i眉*垓吹凤时间的-亚枳.擀所仃不冋电谨F嗣鬧的t岀龍如IM加就训闻创凤轮H的皑输;h肚. 乂设碱闸堀率芬 布曲駐“ V）. K艳机的功f输W特化为血V ；. MJ rr 卅定时冋周期内Y轮机旳.W谕J,能M;内总戶逼如匸的斛析亍J即，P, * lv 珂 I ：； f f V) dv（二图門法用囲示法求叫純机的输出能量的y嘿如f :I.杠凤速持纹剤间分布彩线C图5 卜氏出起始凤連O ，额定风速2,卜及截 11尺速U-.H .（1:1

11、1釧铁L找出相应的时側& （以标幺值去不一T.戦給宦前屈抽凤速、珮注风速及截止随速.商伸:棚啼的功F:偷出W件仙我* 4|1图5 -11 H门所-示搖线件输出幼罕M纯绘出1时In I；布脑线K旳曲i枳（阴膨加外 就代衷皿轮机的輸;1【玄蜡跚J;j魚输出特性11311线将.14速M紘时同分拓NiF线挂U戍功率一时间分布曲线. 如国.一 ； M e忡I打、.则功淨 能吊N勺一 M 團示法求K轮机购俯出能嶺taJ 持菽田可寸布曲錢 小丿瓦心愉出甘性曲弐 2）功率 时何廿估业一歿从国示法町以看乩改变额宦I疽速或起箱锲速、S止帆赴皆対処轮机的输出能苹有 业2响.聚邮凤逑胆低戲止凤遠趣高r刚输11!总龍帛

12、越多，旬时瀰熾速逸得含适才能I吏 阴谚囲积仪大：图可I凤的峽虫足必颉迪过国帐f枳分!诫求間输岀fr虽这是比较”麻烦的f三）W.轮机的吋利用奉嵐枪机拂年的可利用率可按卜H汁A即；SiGfi式屮 SZ60仝卡的时妆I茁弓21、町利用軒=凤轮机运疔时数,!3%填轮机.你肘如星风連趙过w轮机的一 I:作K越范国或足发电机興然丿11掉负何. :则都会导致风轮机超速恵至造成風轮机的损坏冈此风轮机槨装仃施口动阴止风轮机 a速的保护1置以达到限制风轮丹速的n的.PR制风轮超速的方法is冇两种.一是 利用字气动力阳力的方法，一足设法减小网轮的迎M.iii枳（也即足使风轮假侧）氷平辆 风轮机的保护装国为叶尖W尼板

13、、扰AS、触桨机构以及风轮倫或1： 口机构徐：垂n轴 贝轮机的保护装賈主姿足H1尼板.（一叶尖R1尼板叶尖阳尼板足安亦水T轴风轮叶片尖部的RI尼装R.当凤轮正常运转时它勺叶 片的作用棚同.能产生升力严风轮超速时.则ffl绕风轮叶片纵向紬线 90*/ft.与凤轮fi 转平ito成垂貢位置故能产生阳力.从rfu使风轮转連卜*.（二扰流器扰器足安装在只轮叶片上距叶尖斗叶片长/5位上的阻尼装半风轮疋常运 0转时扰iS器的两个端面分别与叶片I下农面巫合：半凤轮M速时则张开逛忡到叶片外曲这样由于它与风轮旋转平ifii f n.产生了PH力从向便凤轮转速降卜來.上述种胆尼装置的动作一般足风轮转动时的离心力r

14、fu动件也召根据叫轮转速 1倩号由液压传劫系统或机械传动系统便阳尼装賣动fl的.gfis称为te动式的C者称为 上动式的.（Z顺桨机构I 所谓额桨是描风轮叶片技长方向与風向一致也即冈*轮叶片的冲饰担近孝升力的状 占风轮叶片腹桨也于风轮变桨距捋制的二分.即根期凤速戒转越的借号通过液 压变距或机W殛距机构来实现 风轮的*貞桨既可出在犬以我电负ft时的紧急停车4；保 护林用.也可用于轮机正常迖帝IM的停机，（四）风轮M帕或上仰机构水平轴園轮机也育利用凤鬼机构、风轮上仰机构或安装在凤轮机传动轴丄的紧 急制动闸*实现超連保护=关于风轮個侧的方法iWiSiLi介绍过.风轮匕仰机构 般只 用于小皑风轮机中急

15、制动闸亦小空风轮机屮分动和n动制动两种.两看皆是利用 抱W到乐的林理.阳517衣示这两种抱闸刹车的从理。nl，剧车規一Q刹* AttIB5-IZ小p何轮机儀哀制功W不怠na冒5 17（叮E F动停牛：.K F閻下拉刹车绳则健动刹4匚带将剧t鼓紧紧抱住而实 jftfTr*ra5-i7（i/tn动停乍风速超过以宦的讯大拭a时.此时刹千凤板大凤有 力地推动（toW中头所示方向几从丽带动T?V11杆.向杠村则抢动刹车绳向卜井使 制功刘弔帶累紧抱住別年最血实现口功停车.机饭凤板向枳的丈小与瞅足的址大风速 偵Z间的配合关系可通过试脸方法确進.在中里或大型水平轴凤轮机中的制动W足山液爪很油系统、制动闸卡钳以

16、及安装在 风轮主W I的制动盘组成如第一si2- 1所示.片大风超連时.由液爪犯动的制动k 钳动fV将制动盘匸住从而实现凤轮机的口动停吃.（7门阳尼板竜口轴畝轮机例如达附厄型）的保护薮可上农足安装冇凤轮传动细I的话总制动 W及安装在城轮叶片上的阳尼板垂ft凤轮机的制动M系统与水平轴的制动M系统原理栩同.但除用液歩驱动外济时也用电驰动万式.B1尼板足菲离心力动作的.*1大JAW 速时离心力增大到足以克服阳址板背血的弹黄拉力肘，则ffl尼板打开，产生幅力.从 闻便IA轮转煤降低.般达咿，厄叫轮有2个成3个叶片，闵此这种风轮机l-.nHl 2个或 3个尼板（般毎个叶片上 卜阻圧板但毎牛R1W板的艸拉力可以调整得不 一样这杆用皑板可以葡石凤速堆大（转au用局）而逐个打开.