风机叶片原理和结构.doc

风机叶片的原理、结构和运行维护第一章风机叶片报涉及的原理第一节风力机获得的能量一. 气流的动能 E= 2 1 mv 2= 2 1ρ Sv 3式中 m------ 气体的质量 S------- 风轮的扫风面积,单位为 m 2 v------- 气体的速度,单位是 m/s ρ------ 空气密度,单位是 kg/m 3E ---------- 气体的动能,单位是 W 二. 风力机实际获得的轴功率 P= 2 1ρ Sv 3C p式中 P-------- 风力机实际获得的轴功率,单位为 W; ρ------ 空气密度,单位为 kg/m 3; S-------- 风轮的扫风面积,单位为 m 2; v-------- 上游风速,单位为 m/s. C p --------- 风能利用系数三. 风机从风能中获得的能量是有限的,风机的理论最大效率η≈ 即为贝兹( Betz )理论的极限值。第二节叶片的受力分析一. 作用在桨叶上的气动力上图是风轮叶片剖面叶素不考虑诱导速度情况下的受力分析。在叶片局部剖面上, W是来流速度 V和局部线速度 U的矢量和。速度 W在叶片局部剖面上产生升力 dL和阻力 dD,通过把 dL和 dD分解到平行和垂直风轮旋转平面上,即为风轮的轴向推力 dFn 和旋转切向力 dFt 。轴向推力作用在风力发电机组塔架上,旋转切向力产生有用的旋转力矩,驱动风轮转动。上图中的几何关系式如下: UVW ?????Φ=θ+α dFn=dDsin Φ+dLcos Φ dFt=dLsin Φ- dDcos Φ dM=rdFt=r(dLsin Φ-dDcos Φ)其中, Φ为相对速度 W与局部线速度 U(旋转平面)的夹角,称为倾斜角; θ为弦线和局部线速度 U(旋转平面)的夹角,称为安装角或节距角; α为弦线和相对速度 W的夹角,称为攻角。(安装角)对功率的影响。(定桨距) 改变桨叶节距角的设定会影响额定功率的输出,根据定桨距风力机的特点,应当尽量提高低风速时的功率系数和考虑高风速时的失速性能。定桨距风力发电机组在额定风速以下运行时,在低风速区,不同的节距角所对应的功率曲线几乎是重合的。但在高风速区,节距角的变化,对其最大输出功率(额定功率点)的影响是十分明显的。事实上,调整桨叶的节距角,只是改变了桨叶对气流的失速点。根据实验结果,节距角越小,气流对桨叶的失速点越高,其最大输出功率也越高。这就是定桨距风力机可以在不同的空气密度下调整桨叶安装角的根据。不同安装角的功率曲线如下图所示: 第三节叶片的基本概念 1、叶片长度:叶片径向方向上的最大长度,如图 1所示。 2、叶片面积叶片面积通常理解为叶片旋转平面上的投影面积。 3、叶片弦长叶片径向各剖面翼型的弦长。叶片根部剖面的翼型弦长称根弦,叶片尖部剖面的翼型弦长称尖弦。叶片弦长分布可以采用最优设计方法确定,但要从制造和经济角度考虑,叶片的弦长分布一般根据叶片结构强度设计要求对最优化设计结果作一定的修正。根据对不同弦长分布的计算,梯形分布可以作为最好的近似。 4、叶片扭角叶片各剖面弦线和风轮旋转平面的夹角,如上图所示。 5、风轮锥角风轮锥角是指叶片相对于和旋转轴垂直的平面的倾斜度,如右图所示。锥角的作用是在风轮运行状态下减少离心力引起的叶片弯曲应力和防止叶尖和塔架碰撞的机会。 6、风轮仰角风轮的仰