第4章_风轮叶片设计

第4章风能.ppt

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风能资源受地形
的影响较大，世界风能资源多集中在沿海和开阔大陆的收缩地带。
8级以上的风能高值区主要分布于南半球中高纬度洋面和北半球的北大西洋、北太平洋以及北冰洋的中高纬度部分洋面上，大陆上风能则一般不超过7级，其中以美国西部、西北欧沿海、乌拉尔山顶部和黑海地区等多风地带较大
0
无风 0.0-0.2 烟直上
平静
0
1
软风 0.3-1.5 烟示风向微波峰无飞沫 0.1
2
轻风 1.6-3.3 感觉有风小波峰未破碎 0.2
3
微风 3.4-5.4 旌旗展开小波峰顶破裂 0.6
4
和风 5.5-7.9 吹起尘土小浪白沫波峰
1
5
劲风 8.0-10.7 小树摇摆中浪折沫峰群
2
6
强风 10.8-13.8 电线有声大浪到个飞沫
风力发电的原理
风能的效益
转换效率
1.风力能源转换成电力，理论上最高效率约为59％ 2.实际上介于30 ％～50％之间 3.经过机电设备转换成电力总输出率介于20～45％ 4.经济效益取决于于发电效益 5.多为水平轴式
电力输出VS 风的速度
叶轮直径
1.能量与风速的三 1.风能的多寡与叶
次方成正比
白昼海陆风
夜间陆海风
山谷风
谷
风
的形
增（冷源）
山谷风
山
风
的形成

风力机叶轮设计与叶片空气动力学仿真分析

风力机叶轮设计与叶片空气动力学仿真分析一、概述作用在叶轮上的空气动力是风力机最主要的动力来源，也是造成各个零部件的主要的载荷来源。

要计算风力发电机组的载荷就必须先计算出空气作用在叶片上的作用力。

除了气动载荷，风力机叶片在风机工作中受到的作用力主要还受到惯性力，特别应该考虑重力、离心力和陀螺力等。

风力机的叶片设计分气动设计和结构设计两大部分，气动性能计算为气动设计结果提供评价和反馈，并为叶片的结构设计提供气动载荷等原始数据。

气动性能计算的准确性，直接影响叶片的气动性能和结构安全，从而影响风力机的运行效率和运行安全。

二、风力机叶片几何参数1．风力机叶片翼型几何参数和气流角翼型是组成风力机叶片的基本元素，因此，翼型的气动特性对风力机的性能起着决定性的作用。

以一个静止的翼型为例，其受到气流作用，风速为v，方向与翼型截面平行。

图1 翼型的几何参数和气流角翼型的尖尾(点B)称为后缘。

圆头上的A点称为前缘，距离后缘最远。

l——翼型的弦长，是两端点A、B连线方向上翼型的最大长度；C——翼型最大厚度，即弦长法线方向之翼型最大厚度；C——翼型相对厚度，CCl=，通常为10%~15%；翼型中线—从前缘点开始，与上、下表面相切诸圆之圆心的连线，一般为曲线；f——翼型中线最大弯度；f——翼型相对弯度，ffl =；α——攻角，是来流速度方向与弦线间的夹角；φo——零升力角，它是弦线与零升力线间的夹角；φ——升力角，来流速度方向与零升力线间的夹角。

α=φ+φ0 （2‐1）此处φ0是负值，α和φ是正值。

2．.NACA四位数字翼型族NACA四位数字翼型分为对称翼型和有弯度翼型两种。

对称翼型即为基本厚度翼型，有弯度翼型由中弧线与基本厚度翼型迭加而成。

中弧线为两段抛物线，在中弧线最高点二者水平相切。

四位数字翼型的表达形式为NACAXXXX第一个数字表示最大相对弯度的百倍数值;第二个数字表示最大弯度相对位置的十倍数值;最后两个数字表示最大相对厚度t的百倍数值。

风力发电机的叶片设计方法研究（全面）

ａｃｃｉｄｅｎｃｅｄｅｓｉｇｎ，Ｔｈｅｓｅｗａｙｓｈａｖｅｏｗｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｐｏｉｎｔｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅ，Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｔｅｒｓｓｌｙｄｉｓｃｕｓｓｔｈｅｍｏｍｅｎｔｕｍ－ｅｌｅｍｅｎｔｔｈｅｏｙｗｒａｙ，ｔｈｉｓｗａｙｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｉｎｔｈｅｂａｓｉｃｏｆｔｈｅｔｗｏａｈｅａｄｗａｙｓ，ａｎｄｉｔｏｖｅｒｃｏｍｅｔｈｅｉｒｄｅｆｅｃｔ．Ｉｔａｌｓｏｕｓｅｅｌｅｍｅｎｔｔｈｅｏｙｔｒｏｄｅｌｗａｉｔｈｖａｎｅｄｅｓｉｇｎ．Ｉｎｔｈｅｖａｎｅｄｅｓｉｇｎｉｎｇａｎｄａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｌｃａｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｔｈｅｙｂｏｔｈｒｅｌａｔｅｗｉｔｈｉｎｔｅｒｖｅｎｅｇｅｎｅ，ｓｏｔｈｅｋｅｙｓｔｏｎｅｉｓｔｏｃａｒｒｙｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｉｎｔｅｒｖｅｎｅｇｅｎｅｉｎｔｗｏｃａｓｅ，ｔｈｅｒｅｏｕｔｔｏｄｏｔｈｅｖａｎｅｄｅｓｉｇｎａｎｄａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｃｌａｃｕｌａｔｉｎｇ．

第四、五章风力发电机原理与控制风力发电原理课件

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3.机组控制系统
主要控制系统
1）变桨距控制系统 2）发电机控制系统 3）偏航控制系统 4）安全保护系统
风轮
风
增速器
变桨距风速测量
发电机转速检测
并网开关
电网变压器
并网
熔断器
控制系统
发电功率其它控制
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3.机组控制系统
控制系统功能要求：
1）根据风速信号自动进入启动状态或从电网自动切除； 2）根据功率及风速大小自动进行转速和功率控制； 3）根据风向信号自动对风； 4）根据电网和输出功率要求自动进行功率因数调整； 5）当发电机脱网时，能确保机组安全停机； 6）运行过程对电网、风况和机组的运行状况进行实时监测和记录，处理； 7）对在风电场中运行的风力发电机组具有远程通信的功能； 8）具有良好的抗干扰和防雷保护措施。
(塔底急停)
(机舱急停)
Profibus ok
110S1 (振动)
110S2 (扭缆)
110K3 （叶轮超度）
110K4 (发电机超速)
110K5 （变桨安全链）
110K6 （看门狗动作）
110K7
110K8
110K9
(变桨安全链)
110KA (偏航系统安全链)
110KB (变流系统安全连)
安全链系统
直驱型变速恒频风力发电机组的结构示意图
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2.双馈发电机
双馈异步发电机又称交流励磁发电机，具有定、转子两套绕组。定子结构与异步电机定子结构相同，具有分布的交流绕组。转子结构带有集电环和电刷。与绕线式异步电机和同步电机不同的是，转子三相绕组加入的是交流励磁，既可以输入电能，也可以输出电能。转子一般由接到电网上的变流器提供交流励磁电流，其励磁电压的幅值、频率、相位、相序均可以根据运行需要进行调节。转子也可向电网馈送电能，即电机从两端（定子和转子）进行能量馈送，“双馈”由此得名。

风机叶片原理和结构

风机叶片的原理、结构和运行维护潘东浩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=21mv 2=21ρSv 3式中 m------气体的质量S-------风轮的扫风面积，单位为m 2v-------气体的速度,单位是m/sρ------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=21ρSv 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≈0.593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：U V WΦ=θ+αdFn=dDsin Φ+dLcos ΦdFt=dLsin Φ-dDcos ΦdM=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。

二．桨叶角度的调整（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。

(2021年整理)风机叶片原理和结构

(完整版)风机叶片原理和结构编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（(完整版)风机叶片原理和结构）的内容能够给您的工作和学习带来便利。

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风机叶片的原理、结构和运行维护潘东浩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=21mv 2=21ρSv 3式中 m-—-———气体的质量S-----—-风轮的扫风面积，单位为m 2v ——--——-气体的速度,单位是m/sρ—-————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=21ρSv 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≈0。

风力机的机械设计.ppt

一般有两种刹车装置： ——运行刹车：正常情况下反复使用。 ——紧急刹车：出现运行故障时使用。
安置位置：低速端或高速端。
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三、空气动力刹车
用途：常用于失速型风力机的超速保护，作为机械刹车的补充。
原理：通过改变桨叶的升阻比。实现：常通过超速时的离心作用。
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用于风力发电的高速风力机，常取较大的尖速比。尖速比在5-15 时，具有较高的风能利用系数。通常可取 6-8 。 ——高速风力机在制造成本，运行平稳性等方面均优于低速风力机。但启动风速较高。
尖速比的最终值：
在初定的基础上，需根据额定风速和发电机转速选择齿轮箱传动比，再计算尖速比，作为设计参数。
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一、功率匹配
叶轮功率曲线——叶轮输出功率与风速或叶轮转速之间的关系曲线。发电机功率特性曲线——输出功率与转速之间的关系曲线。问题：在同一额定功率下，叶轮所对应的额定转速与发电机所对应的额定转速相差几倍到几十倍。解决途径：利用增速机构，使发电机在叶轮的额定转速下发出额定功率。
——由于随风速的增加，气动推力加大，即便功率恒定或稍有下降。此时叶片、机舱和塔架上将承受较高的动态载荷。
——在频繁的刹车过程中，使叶片与传动系统产生较大的动载荷。
——起动风速较高，使起动性较差。 ——在低空气密度地区难以达到额定功率。
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§3.6 桨叶设计中的若干问题
3.6.1 叶轮的总体参数
升阻比愈高： ——风能利用系数愈大，则风力机的效率愈高。 ——性能曲线中风能利用系数Cp受叶片数或尖速比的影响愈小
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七、其它参数

清洁能源发电系统优化方案设计

清洁能源发电系统优化方案设计第1章绪论 (5)1.1 清洁能源概述 (5)1.2 发电系统优化的重要性 (5)1.3 设计目标和原则 (5)第2章清洁能源发电技术概述 (6)2.1 风力发电技术 (6)2.1.1 风力发电原理 (6)2.1.2 风力发电机类型 (6)2.1.3 风能资源评估 (6)2.1.4 风力发电技术发展现状 (6)2.2 太阳能光伏发电技术 (7)2.2.1 太阳能光伏发电原理 (7)2.2.2 光伏电池类型 (7)2.2.3 光伏发电系统 (7)2.2.4 太阳能光伏发电技术发展现状 (7)2.3 水力发电技术 (7)2.3.1 水力发电原理 (7)2.3.2 水轮机类型 (7)2.3.3 水力发电站设计 (7)2.3.4 水力发电技术发展现状 (8)2.4 生物质能发电技术 (8)2.4.1 生物质能发电原理 (8)2.4.2 生物质能发电技术类型 (8)2.4.3 生物质资源利用 (8)2.4.4 生物质能发电技术发展现状 (8)第3章清洁能源发电系统优化方法 (8)3.1 优化算法概述 (8)3.2 线性规划优化方法 (8)3.2.1 线性规划基本原理 (9)3.2.2 线性规划在清洁能源发电系统中的应用 (9)3.3 非线性规划优化方法 (9)3.3.1 非线性规划基本原理 (9)3.3.2 非线性规划在清洁能源发电系统中的应用 (9)3.4 智能优化方法 (9)3.4.1 遗传算法 (9)3.4.2 粒子群优化算法 (10)3.4.3 模拟退火算法 (10)第4章风力发电系统优化设计 (10)4.1 风力发电系统结构 (10)4.2 风力发电系统建模与仿真 (10)4.3 优化算法在风力发电系统中的应用 (10)第5章太阳能光伏发电系统优化设计 (11)5.1 太阳能光伏发电系统结构 (11)5.1.1 系统概述 (11)5.1.2 组成部分及功能 (11)5.1.3 系统工作原理 (11)5.1.4 系统特点及优势 (11)5.2 光伏发电系统建模与仿真 (11)5.2.1 光伏组件建模 (11)5.2.2 逆变器建模 (11)5.2.3 系统整体建模 (11)5.2.4 仿真模型验证与分析 (11)5.3 优化算法在光伏发电系统中的应用 (11)5.3.1 优化算法概述 (12)5.3.2 粒子群优化算法 (12)5.3.3 遗传算法 (12)5.3.4 模拟退火算法 (12)5.3.5 优化算法选择与比较 (12)5.4 优化方案实施与效果评估 (12)5.4.1 优化目标与约束条件 (12)5.4.2 优化方案设计 (12)5.4.3 优化方案实施步骤 (12)5.4.4 优化效果评估指标 (12)5.4.5 优化结果分析 (12)5.1 太阳能光伏发电系统结构 (12)5.1.1 系统概述 (12)5.1.2 组成部分及功能 (12)5.1.3 系统工作原理 (12)5.1.4 系统特点及优势 (12)5.2 光伏发电系统建模与仿真 (12)5.2.1 光伏组件建模 (12)5.2.2 逆变器建模 (12)5.2.3 系统整体建模 (12)5.2.4 仿真模型验证与分析 (12)5.3 优化算法在光伏发电系统中的应用 (13)5.3.1 优化算法概述 (13)5.3.2 粒子群优化算法 (13)5.3.3 遗传算法 (13)5.3.4 模拟退火算法 (13)5.3.5 优化算法选择与比较 (13)5.4 优化方案实施与效果评估 (13)5.4.1 优化目标与约束条件 (13)5.4.2 优化方案设计 (13)5.4.3 优化方案实施步骤 (13)5.4.5 优化结果分析 (13)第6章水力发电系统优化设计 (13)6.1 水力发电系统结构 (13)6.1.1 水力发电基本原理 (13)6.1.2 水力发电系统组成 (14)6.1.3 水力发电系统分类 (14)6.2 水力发电系统建模与仿真 (14)6.2.1 水力发电系统数学模型 (14)6.2.2 水力发电系统仿真方法 (14)6.2.3 水力发电系统仿真案例分析 (14)6.3 优化算法在水力发电系统中的应用 (14)6.3.1 优化算法概述 (14)6.3.2 基于优化算法的水力发电系统优化设计 (14)6.3.3 优化设计实例分析 (14)6.4 优化方案实施与效果评估 (14)6.4.1 优化方案实施 (15)6.4.2 效果评估 (15)6.4.3 风险评估与应对措施 (15)第7章生物质能发电系统优化设计 (15)7.1 生物质能发电系统结构 (15)7.1.1 生物质能发电概述 (15)7.1.2 生物质能发电系统的组成 (15)7.1.3 生物质能发电的技术类型 (15)7.1.4 生物质能发电系统的工作原理 (15)7.2 生物质能发电系统建模与仿真 (15)7.2.1 生物质能发电系统模型构建方法 (15)7.2.2 生物质能发电系统仿真平台 (15)7.2.3 生物质能发电系统动态特性分析 (15)7.2.4 生物质能发电系统模型验证与误差分析 (15)7.3 优化算法在生物质能发电系统中的应用 (15)7.3.1 生物质能发电系统优化目标 (15)7.3.2 优化算法的选择与适用性分析 (15)7.3.3 基于遗传算法的生物质能发电系统优化设计 (15)7.3.4 基于粒子群优化算法的生物质能发电系统优化设计 (15)7.4 优化方案实施与效果评估 (15)7.4.1 优化方案的具体实施步骤 (15)7.4.2 优化方案实施的关键技术 (15)7.4.3 优化效果评估指标体系 (15)7.4.4 优化效果评估方法及案例分析 (16)第8章多能源互补发电系统优化设计 (16)8.1 多能源互补发电系统概述 (16)8.2 多能源互补发电系统建模与仿真 (16)8.3 优化算法在多能源互补发电系统中的应用 (16)第9章清洁能源发电系统经济性分析 (16)9.1 经济性评价指标 (16)9.1.1 投资成本：包括设备购置、工程建设、安装调试等初期投资成本。