风力机基础理论
第二章-风力机的基本理论及工作原理
4）风杯式阻力差风力机 两个半球面杯对称安装在转轴两 侧，球面方向相反。一个凸面向 风，另一个凹面向风，显然在相 同风力下后者对风的阻力比前者 大。
叶轮由两片垂直的叶片阻成，叶片 截面为流线型的对称翼型，以相反方 向安装在转轴两侧。
17
达里厄风力机在低风速下运转困难， 要在较高的风力下，风轮转速达到 叶尖速比为3.5以上才可能正常运 转，在尖速比为4-6可获较高的功 率输出。下图为达里厄风力机的功 率系数与叶尖速比的关系曲线。
达里厄风力机对叶片截面 形状（翼型）选择与外表光洁 度要求比较高。达里厄风力机 不能单靠风力自起动，必须依 靠外力起动使叶尖速比达到 3.5以上时才能依靠升力运转。 典型的达里厄风力机翼片不是 直的，而是弯成弧形，两翼片 合成一个φ形。
关系到叶片的攻角，是分析
风力机性能的重要参数。
10
实度比
▪ 风力机叶片的总面积与风通过风轮的面积（风轮扫掠面积） 之比称为实度比（容积比），是风力机的一个参考数据。
▪ 左图为水平轴风力机叶轮，S为每个叶片对风的投影面积， B为叶片个数，R为风轮半径，σ为实度比，
▪ σ=BS/πR2
11
▪ 右图为升力型垂直轴风力机叶轮，C为叶片弦长， B为叶片个数，R为风轮半径，L为叶片长度，σ 为实度比。垂直轴风力机叶轮的扫掠面积为直径 与叶片长度的乘积，
32
风轮的轮毂比(Dh/D)：风轮轮毂直径Dh
与风轮直径之比。
U(1-a)
风力发电机组基础理论
西方国家意识到对化石能源的依赖性太强，各国政府开始重视其他替代能 源特别是可再生能源（环保压力）。
1、风力发电机组的入门知识
1.2 风机的发展历程
蓬勃发展
能源危机后， 美国、丹麦、 瑞典、德国 下大决心开 发风能。
1、风力发电机组的入门知识
1.2 风机的发展历程
1、风力发电机组的入门知识
1.2 风机的发展历程
风车
辗磨谷物、灌溉
？
风力发电机
发电
1、风力发电机组的入门知识
1.2 风机的发展历程 第一次尝试
丹麦：1891年，Poul La Cour。
一战导致的石油价格的上涨， 推动了风机技术的迅速发展， 到1918年共有120台风力发电机 投入运行（功率10～35kW、风 轮直径最大达20m）。
1.3 风机的类型 3）变桨定速型（主动失速）
停机时刀尖朝前。
1、风力发电机组的入门知识
1.4 风力机的发展趋势 越来越庞大
但并不是越大越好，还要考虑当地风况和机组成本等因素
1、风力发电机组的入门知识
1.4 风力机的发展趋势 陆上——海上
要用较高的塔架以获取更好的风况 一般不大于3MW
风况较好，一般适用于3MW以上 风机，以节约基础成本
6
1、风力发电机组的入门知识
1.2 风机的发展历程
它是利用风能旋转的、最简单的捕风装置
1、风力发电机组的入门知识
1.2 风机的发展历程
1）历史记载的最早的风车出现在公元644年，在现在 的阿富汗一带，为垂直轴，用于辗磨谷物。
1、风力发电机组的入门知识
1.2 风机的发展历程
2）中国也很早开始利用风能，主要使用垂直轴风车。
风力发电基础第二章
◇变桨距的工作原理
变桨距机构是在额定风速附近（以上），依据风速变 化随时调节浆距角，控制吸收机械能，一方面保证获取 最大的能量（与额定功率对应），同时减少风力对风力 发电机的冲击。在并网过程中，变桨距控制还可以实现 快速无冲击并网。变桨距控制系统与变速恒频技术向配 合，以提高风力发电系统的发电效率和电能质量。
① 叶片
目前叶片多为玻璃纤维增强复合材料，基体材料为 聚酯树脂或环氧树脂。
② 轮毂
轮毂是风轮的枢纽，也是叶片根部与主轴的连接件。 所有从叶片传来的力，都通过轮毂传到传动系统，再传到 风力机驱动的对象。同时轮毂也是控制叶片桨距（使叶片 作俯抑转动)的所在。
30
– 东泰公司生产的风电叶片
1.5MW：40.3 m，6170 kg 2MW：45.3 m，8000 kg
37
• 偏航电机
38
• 偏航齿轮
39
• 工作原理、组成 – 偏航轴承 – 偏航驱动装置 – 偏航制动器 – 偏航计数器 – 扭缆保护装置
40
外齿驱动形式的偏航系统
内齿驱动形式的偏航系统
41
（４）叶尖扰流器和变桨距机构 在定桨距风力发电机组中，通过叶尖扰流器执行风 力发电机组的气动刹车；而在变桨距风力发电机组中，通 过控制变桨距机构，实现风力发电机组的转速控制、功率 控制，同时也控制机械刹车机构。
风力发电基础
第2章 风力发电基础理论
• 目录
– 2.1风的测量 – 2.2 风力发电机原理 – 2.3 风力机的基本参数与基本理论 – 2.4 风力发电机种类及特性
2
2.1 风的测量
风的测量包括风向测量和风速测量。风向测量是只 测量风的来向，风速测量是测量单位时间内空气在水平方
风力机的基本参数与理论.
风力发电机风轮系统2.1.1 风力机空气动力学的基本概念1、风力机空气动力学的几何定义（1）翼型的几何参数翼型翼型本是来自航空动力学的名词，是机翼剖面的形状，风力机的叶片都是采用机翼或类似机翼的翼型，与翼型上表面和下表面距离相等的曲线称为中弧线。
下面是翼型的几何参数图1）前缘、后缘翼型中弧线的最前点称为翼型的前缘，最后点称为翼型的后缘。
2）弦线、弦长连接前缘与后缘的直线称为弦线；其长度称为弦长，用c表示。
弦长是很重要的数据，翼型上的所有尺寸数据都是弦长的相对值。
3）最大弯度、最大弯度位置中弧线在y坐标最大值称为最大弯度，用f表示，简称弯度；最大弯度点的x坐标称为最大弯度位置，用x f表示。
4）最大厚度、最大厚度位置上下翼面在y坐标上的最大距离称为翼型的最大厚度，简称厚度，用t表示；最大厚度点的x坐标称为最大厚度位置，用x t表示。
5）前缘半径翼型前缘为一圆弧，该圆弧半径称为前缘半径，用r1表示。
6）后缘角翼型后缘上下两弧线切线的夹角称为后缘角，用τ表示。
7）中弧线翼型内切圆圆心的连线。
对称翼型的中弧线与翼弦重合。
8）上翼面凸出的翼型表面。
9）下翼面平缓的翼型表面。
（2）风轮的几何参数1）风力发电机的扫风面积风轮旋转扫过的面积在垂直于风向的投影面积是风力机截留风能的面积，称为风力机的扫掠面积，下图是一个三叶片水平轴风力机的扫掠面积示意图。
下图是一个四叶片的H型升力垂直轴风力发电机的扫掠面积示意图。
根据前面两表可由所需发电功率估算出风力机所需的扫风面积，例如200W的升力型垂直轴风力发电机工作风速为6m/s，全效率按25%计算所需扫风面积约为6.2m2,如果工作风速为10m/s则所需扫风面积约为1.4m2即可；例如10kW的升力型垂直轴风力发电机工作风速为10m/s，全效率按30%计算所需扫风面积约为56m2,如果工作风速为13m/s则所需扫风面积约为25m2即可。
按高风速设计的风力机体积小成本相对低些，但必须用在高风速环境，例如把一台设计风速为10m/s的风力机放在风速为6m/s的环境工作，其功率会下降80%；按风速6m/s设计的风力机风轮会很大，虽在6m/s时运行很好，但遇大风易超速损坏电机，为抗强风时需增加结构强度使成本大大增加。
风力机理论基础
2.
翼型剖面： ——弦长 C，安装角。 ——设V为来流的风速，由于U的影响，气流相 对于桨叶的速度应是两者的合成，记为W。
——定义W与叶轮旋转平面的夹角为入流角，记 为，则有叶片翼型的攻角为：=-。 三、叶素上的受力分析 在W的作用下，叶素受到一个气动合力dR，可 分解为平行于W的阻力元dD和垂直于W的升力 元dL。 另一方面，dR还可分解推力元阻力元dF和扭矩 元dT，由几何关系可得： dF＝dLcos + dDsin dT＝r(dLsin - dD cos )
CDmin
CD0
CD
0
说明：
——极曲线上的每一点对应一种升阻比及相应的 攻角状态，如0、 CDmin、CT等。 ——为了得到最佳升阻比，可从原点作极曲线的 切线，由于 此时的夹角最大，故切点处的升 阻比CL/CD=tg 最大，对应的攻角为最有利攻 角有利。
五、压力中心
压力中心：气动合力的作用点，为合力作用线与翼 弦的交点。 ——作用在压力中心上的只有升力与阻力，而无力矩。 ——压力中心的位置通常用距前缘的距离表示。
3
2
1.2.3 叶素理论
一、基本思想 将叶片沿展向分成若干微段——叶片元素— —叶素； 视叶素为二元翼型，即不考虑展向的变化； 作用在每个叶素上的力互不干扰； 将作用在叶素上的气动力元沿展向积分，求 得作用在叶轮上的气动扭矩与轴向推力。 二、叶素模型 1. 端面： ——桨叶的径向距离r处取微段，展向长度dr。 ——在旋转平面内的线速度：U=r。
前缘与后缘：
O 翼弦 C
B
翼弦：OB，长度称为弦长，记为 C。
——弦长是翼型的基本长度，也称几何弦。 ——此外，翼型上还有气动弦，又称零升力线。
风力发电基础课件
弦长的夹角
运动旋转方向
u R 2Rn
dL气流升力
相对
速度
dL
1 2
Cl w2dS
dD
1 2
Cd
w 2dS
dF气流w产生的气动力
驱动功率dPw= dT
风输入的总气动功率:P=vΣFa 旋转轴得到的功率:Pu=Tω
风轮效率η=Pu/P
叶片的几何参数
3. 旋转叶片的气动力(叶素分析)
v v1 v2 2
，
贝兹理
最大理想功率为：Pmax
8 27
Sv13
论的极 限值
风力机的理论最大效率：max
Pmax E
(8 / 27)Sv13
1 2
Sv13
16 27
0.593
风力发电机从自然风中所能索取的能量是有限的，其 功率损失部分为留在尾流中的旋转动能。
风力发电机基础理论
3.风力机的主要特性系数
对于有限长的叶片，风轮叶片下游存在着尾迹涡，它形成两 个主要的涡区：一个在轮毂附近，一个在叶尖。有限叶片数由 于较大的涡流影响将造成一定的能量损失，使风力机效率有所 下降。
1) 中心涡，集中在转轴上； 2) 每个叶片的边界涡； 3) 每个叶片尖部形成的螺旋涡。
涡流理论
叶片静止时，据赫姆霍兹定理，叶片附着涡和后缘尾涡 组成马蹄涡系。简化后，将叶片分成无限多沿展向宽度很小 的微段。
叶片的几何参数
2.升力和阻力的变化曲线
0.8
Cl •升力系数与阻力系数是随攻角变化的
0.6
0.4
失速点
0.2
Cd
i
i -30o -20o -10o 0o 10o 20o
-0.2 Cl min
风力发电理论及整机基础知识演示文档
优选风力发电理论及整机基础 知识
课程内容
整机机械传动 叶轮 齿轮箱 联轴器制动器 偏航系统 塔筒
机器的组成？
辅助系统，例如润滑、显示、照明等
原动机部分
传动部分
执行部分
控制系统
第一篇 整机机械传动
一.风力发电理论原理
风能
机械 能
变压器升压 后输送至电
网
电能
叶轮吸收风能 发电机将机械 转化为机械能 能转化为电能
α：冲角
δ：翼型厚度
f ：翼型的弯度
叶片受力分析
• C点：压力中心点 • R：叶片翼型剖面受到的合力 • Ry：垂直于来流方向的分力 • Rx：平行于来流方向的分力
升阻力系数
Cl：升力系数
Cd：阻力系数
叶片升阻力系数与冲角的关系
叶片的最大升阻比
斜率=升力与阻力之比 最大升阻比cotε= Cl/ Cd
上半圈时，叶片离心 力和轴向推力的合力K和 叶片轴向重合
由于推力Su＜ S0 ，离 心力Fu >F0 ，所以下半圈 时，合力K并不停在叶片 轴向上。
轮毂受力情况
铰链式轮毂 常用于两叶片叶轮 半固定式轮毂，铰链轴与叶片长度方向及叶轮轴两两垂直
叶片系数与阻力系数的关系
风电机组对叶片的要求
• 比重轻且具有最佳的疲劳强度和机械性能，能经 受暴风等极端恶劣条件和随机负荷的考验；
• 叶片的弹性、旋转时的惯性及其振动频率特性曲 线都正常，传递给整个发电系统的负荷稳定性好；
• 耐腐蚀、紫外线照射和雷击的性能好； • 发电成本较低，维护费用最低。
叶片技术发展——材料
机型环境温度分类： 常温型：生存温度：-25℃~+45℃ 运行温度：-15℃~+45℃ 低温型：生存温度：-45℃~+45℃ 运行温度：-30℃~+45℃
风力发电技术概论
三、风力发电运行方式
3. 风电场接入电网的方式 风电机组与变电所连接图
一台变压器多台风机
多台变压器多台风机
三、风力发电运行方式
3. 风电场接入电网的方式 风电场与电力系统实际连接图
三、风力发电运行方式
3. 风电场接入电网的方式 风电场与电力系统实际连接图
二、风力发电原理
1. 风力发电机组：风力机+发电机 1）风力机
二、风力发电原理
1. 风力发电机组：风力机+发电机 1）风力机
风速——功率特性曲线
1.0 Pmax PN
输出 0.8 功率 0.6
(kw) 0.4
0.2 vin
0
5
vN 10 15
当风速在额定风速以下时，输 出功率不超过额定功率时，属 于正常调节范围；当风速高于 额定风速时，机械调速装置的 存在将风力机的输出功率限制 在所允许的最大功率以内
适用范围：适用于国家电网公司经营区域内通过110（66） 千伏及以上电压等级与电网连接的新建或扩建风电场。
总的感受：[09]版比[06]版更加严格，对风电场开发商要 求更高
四、国网风电场接入电网技术规定
相同点
电网接纳风电能力以及无功调节 风电场运行电压以及电压调节
风电场运行频率及电能质量
风电场通信和信号 风电场接入电网检测
最小值对应一个确定的攻 角。
二、风力发电原理
风能转换成电能的过程
风
风(动)能 风机
机械能 发电机
风力发电系统的构成
监测显示装置
储能装置
电能
风能
能量转换装置 (风力发电机组)
电力用户
风力机流体力学知识点总结
风力机流体力学知识点总结一、风力机的基本工作原理1. 风力机的工作过程风力机的工作过程首先是受到来流风的作用，通过风轮的叶片进行受力，推动风轮旋转。
风轮通过传动系统把旋转运动转换成机械能或电能。
风能转换成机械能的设备称为风力机，转换成电能的设备称为风力发电机。
2. 风力机的基本结构风力机主要由机架、叶轮、发电机、传动装置等部件组成。
其中机架用于支撑整个风力机，叶轮是风力机的核心构件，通过叶轮的旋转推动发电机工作。
3. 风力机的分类风力机根据其不同的转动方式和输出方式可以分为多种类型，常见的有水平轴风力机和垂直轴风力机。
水平轴风力机的叶片是沿着水平方向旋转的，而垂直轴风力机的叶片则是沿着垂直方向旋转的。
二、风力机的流体力学原理1. 风力机的叶片受力原理风力机的叶片在风场中运动时，受到来流风的作用，产生气动力。
气动力的大小和方向取决于叶片的形状、叶片与来流风的相对速度以及来流风的密度等因素。
叶片的受力分析是风力机流体力学的重要内容。
2. 风力机的动能转换原理风力机在叶片受力后，会把风能转换成机械能或电能。
动能转换的过程涉及到风能的捕捉、叶片的受力、风轮的旋转等流体力学问题。
3. 风力机的风场影响风力机的效率和输出功率受到来流风场的影响，风场的流速、流向和气压分布都会直接影响风力机的运行情况。
因此风力机的设计和运行需要考虑风场流体力学的影响。
三、风力机流体力学的应用1. 风力机的叶片形状设计根据流体力学原理，设计出合理的叶片形状对于提高风力机的效率和输出功率至关重要。
叶片的气动性能和结构强度都需要在流体力学基础上进行优化。
2. 风力机的性能预测通过对风力机所处风场的流体力学分析，可以对风力机的性能进行预测和评估。
例如通过计算流体动力学模拟，可以得到风力机在不同工况下的输出功率、扭矩等重要参数。
3. 风力机的控制和运行优化流体力学原理在风力机的控制和运行优化中起着至关重要的作用。
通过对风场流体力学参数的监测和分析，可以对风力机进行智能化控制，提高风力机的效率和稳定性。
风力发电基础理论
风力发电基础理论风能是清洁的可再生能源,取之不尽,用之不竭。
在所有新能源､可再生能源利用技术中,风力发电是技术最成熟､最具规模开发和商业发展前景的方式。
发展风电对于改善能源结构､保护生态环境､保障能源安全和实现经济的可持续发展等方面有着极其重要的意义。
大力发展风电,这已经成为世界上的共识。
风力发电基础理论风能是清洁的可再生能源,取之不尽,用之不竭。
在所有新能源､可再生能源利用技术中,风力发电是技术最成熟､最具规模开发和商业发展前景的方式。
发展风电对于改善能源结构､保护生态环境､保障能源安全和实现经济的可持续发展等方面有着极其重要的意义。
大力发展风电,这已经成为世界上的共识。
第一章风与风力资源概述一､风的产生与特性–产生:风是地球外表大气层由于太阳的热辐射而引起的空气流动;大气压差是风产生的根本原因。
特性:周期性､多样性､复杂性。
风能是清洁的可再生能源,取之不尽,用之不竭。
在所有新能源､可再生能源利用技术中,风力发电是技术最成熟､最具规模开发和商业发展前景的方式。
发展风电对于改善能源结构､保护生态环境､保障能源安全和实现经济的可持续发展等方面有着极其重要的意义。
大力发展风电,这已经成为世界上的共识。
二､风能的利用按照不同的需要,风能可以被转化成其他不同形式的能量,如机械能､电能､热能等,以实现提水灌溉､发电､供热､风帆助航等功能。
21世纪风能利用的主要领域是风力发电。
风能是清洁的可再生能源,取之不尽,用之不竭。
在所有新能源､可再生能源利用技术中,风力发电是技术最成熟､最具规模开发和商业发展前景的方式。
发展风电对于改善能源结构､保护生态环境､保障能源安全和实现经济的可持续发展等方面有着极其重要的意义。
大力发展风电,这已经成为世界上的共识。
三､风能开发的意义风能是清洁的可再生能源,取之不尽,用之不竭。
在所有新能源､可再生能源利用技术中,风力发电是技术最成熟､最具规模开发和商业发展前景的方式。
发展风电对于改善能源结构､保护生态环境､保障能源安全和实现经济的可持续发展等方面有着极其重要的意义。
风力发电理论及整机基础知识
8
水平轴风力发电机组
9
二.风力发电机组组成
兆瓦级的大型风力发电机组包括 四个部分：
• • • •
叶轮 机舱 塔架 基础
10
三. SL1500风力发电机组概述
叶片
一. 叶轮
轮毂
叶轮又叫风轮，是获 取风中能量的关键部件， 由叶片和轮毂组成。分变 桨距风轮和定桨距风轮。
3.加热器： 数量：六个（两组，每组一个备用） 位置：齿轮箱的前部和后部 作用：当齿轮箱工作环境温度较低 时，加热器对齿轮箱润滑油进行加 热，以确保齿轮箱内部的润滑油保 持在一定的粘度范围。
控制方式：系统自动控制
51
4.Pt 100（温度传感器）：
数量：三个（油温、轴承各一个，备 用一个） 位置：齿轮箱后部右侧和上方 作用：监控油温和高速端轴承温度， 确保机组的安全 控制方式：系统自动控制
水平轴风力发电机
对风向依赖大
机器部件在基础底上，便于维修 高空维修难度大 叶片自重影响小 低风下叶片不会自己启动 叶片自重产生交变负荷对叶片 寿命产生决定性影响 达到切入风速机组即启动
地面到风轮中心点的距离很小， 轮毂中心高度可灵活掌握 减少了发电量
拉索产生振动问题，减振成本高 没有拉索，塔筒振动小
润滑方式：
飞溅润滑+压力润滑
46
齿轮箱的减噪装置
齿轮箱的重量约占机舱重量的1/2，而且当风机运 转时，齿轮箱会产生振动。为减小振动对其它部件的不 利影响，齿轮箱与主机架之间增加了减振元件。
47
结构特点
• 主轴内置于齿轮箱的内部，不需要现场主轴对 中； • 主轴轴承采用稀油润滑，效果更好； • 采用两极行星、一级平行轴机构传动，提高了 速比，降低了齿轮箱的体积； • 采用先进的润滑与冷却系统，使每个润滑点都 可以得到充分的润滑，确保了齿轮箱的使用寿 命。
_风力发电基础理论
1.地面状况对风速的影响可以分为地面粗糙度影响，障碍物影响和地形影响。
2.并网型风力发电机组可分为机舱、风轮、塔架和基础几个部分。
3.变转速发电机需要通过交—直—交变流装置与电网频率保持同步。
4.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和防止叶尖和塔架碰撞的机会。
5.风轮实度是指叶片在风轮旋转平面上投影面积的总和与风轮扫掠面积的比值。
6.叶片的固有频率直接影响机组的动态特性，激振频率应避开叶片的共振区，以降低叶片的7.动应力，提高使用寿命。
8.风轮、塔架及风力发电机组可作为一个弹性体来看待。
弹性系统可有驱动系统、机舱系统及变距系统和偏航系统组成。
9.叶片防雷击导线截面积为50mm²10.塔架结构有筒形和桁架两种形式。
11当风力发电机组运行时，机组除承受自身的重量Q外，还要承受由风轮产生的正压力P、.风载荷q以及机组调向时所产生的扭矩Mn等载荷的作用。
13.传动系统包括主轴、齿轮箱和联轴器。
14.主轴的作用在于将转子叶片上的旋转扭矩传递给齿轮箱。
15主轴与齿轮箱的连接大多采用涨紧式联轴器。
16.齿轮箱高速轴通过柔性连接与发电机轴连接。
17.偏航轴承分为滑动轴型和滚动型。
18.液压系统的主要功能是刹车和变桨距控制。
19.制动系统主要分为空气制动和机械制动。
20.发电机通过四个橡胶减震器与机舱底盘连接。
21.控制系统包括控制和检测两部分。
22风力发机组最主要参数是风轮直径和额定功率。
23.轮系可以分为定轴轮系和周转轮系。
24.扭揽保护装置一般由控制开关和触点机构组成。
25.比例控制技术是根据输入电压值的大小，通过放大器，将该输入电压信号转换成相应的电流信号。
26.变距系统的节距控制是通过比例阀来实现的。
27.紧急顺桨速度9°/s28..润滑剂可分为：润滑油、润滑脂、固体润滑剂。
29.变频器最大容量为发电机额定容量的1/4——1/330.风电设备的控制系统包括测量、中心控制器和执行机构。
风力发电复习资料
第二章风力机基础理论2.2风力机的分类国内外风力机的结构形式繁多，从不同的角度有多种分类方法。
①按风轮轴与地面的相对位置，分为水平轴式风力机和垂直轴(立轴)式风力机。
②按叶片工作原理，分为升力型风力机和阻力型风力机。
③按风力机的用途分类，有风力发电机、风力提水机、风力铡草机、风力脱谷机等。
④按风轮叶片的叶尖线速度与吹来的风速之比的大小来分，有高速风力机(比值大3)和低速风力机(比值小3)；也有把该比值2～5者称为中速风力机。
⑤按风力机容量大小分类：国际上通常将风力机组分为小型(100 kW 以下)、中型(100~1000kW)和大型(1 000 kW 以上)3种；我国则分成微型(1 kW2.1 以下)、小型(1～10 kW)、中型(10~100 kW)和大型(100 kW 以上)4种；也有的将l 000kW 以上的风机称为巨型风力机。
⑥按风轮相对于塔架的位置，分为上风式(前置式)风力机和下风式(后置式)风力机。
⑦按风轮的叶片数量，分单叶片、双叶片、三叶片、四叶片及多叶片式风力机。
现在各国应用较多的是水平轴、升力型和少叶式的风力发电机(多数为2—3个叶片) 风力机翼型的概念2.3 翼型的几何参数及气动特性2.3.1翼型的几何参数翼型定义：叶片展向长度趋于无穷小时叫翼型。
常见的翼型形状有如图所示几种：对称翼型双凸翼型S型翼型平凸翼型下图为一任意形状的翼，其几何尺寸和参数如下：1．弦长(即翼弦)b翼型最前点(前缘)与最后点(后缘)的连钱称翼弦，它的长度称弦长用b 表示。
当前、后缘厚度不为0时，翼弦定义为前缘中点与后缘中点的连线。
2．厚度(指最大厚度)c是上、下翼面在垂直于翼弦方向的距离，其中最大者称最大厚度，用c 表示。
3．相对厚度c最大厚度c 与弦长b 的比值，用cc b=表示。
4．最大厚度位置c σ指最大厚度线到前线点的弦向距离记作c σ。
5．最大厚度相对位置c σ指最大厚度位置c σ与弦长b 的比值，用c c bσσ=表示。
风力机的基础理论
第二章 风力机的基础理论[3、4]第一节 风力机的能量转换过程一、风能的计算由流体力学可知，气流的动能为221mv E =（2-1） 式中 m ──气体的质量；v ──气体的速度。
设单位时间内气流流过截面积为S 的气体的体积为L ，则 L ＝S v如果以ρ表示空气密度，该体积的空气质量为 m=ρL=ρS v 这时气流所具有的动能为321Sv E ρ=（2-2） 上式即为风能的表达式。
在国际单位制中，ρ的单位是kg/m 3；L 的单位是m 3 ；v 的单位是m/s ；E 的单位是W 。
从风能公式可以看出，风能的大小与气流密度和通过的面积成正比，与气流速度的立方成正比。
其中ρ和v 随地理位置、海拔高度、地形等因素而变。
二、自由流场中的风轮风力机的第一个气动理论是由德国的Betz 于1926年建立的。
Betz 假定风轮是理想的，即它没有轮毂，具有无限多的叶片，气流通过风轮时没有阻力；此外，假定气流经过整个叶轮扫掠面时是均匀的；并且，气流通过风轮前后的速度为轴向方向。
现研究一理想 风轮在流动的大气中的情况（见图2-1），并规定：v 1──距离风力机一定距离的上游风速；v ──通过风轮时的实际风速； v 2──离风轮远处的下游风速。
设通过风轮的气流其上游截面为 S 1，下游截面为S 2。
由于风轮的机械能 图2-1叶轮的气流图量仅由空气的动能降低所致，因而 v 2必然低于 v 1，所以通过风轮的气流截面积从上游至下游是增加的，即S 2大于S 1。
如果假定空气是不可压缩的，由连续条件可得：S 1v 1＝S v ＝S 2v 2风作用在风轮上的力可由Euler 理论写出：F ＝ρS v （v 1－v 2） （2-3） 故风轮吸收的功率为)(212v v Sv Fv P -==ρ （2-4） 此功率是由动能转换而来的。
从上游至下游动能的变化为 )(212221v v Sv T-=∆ρ （2-5） 令式（2-4）与式（2-5）相等，得到 221v v v +=（2-6）作用在风轮上的力和提供的功率可写为：)(212221v v Sv F -=ρ （2-7） ))((41212221v v v v Sv P +-=ρ （2-8）对于给定的上游速度v 1，可写出以v 2为函数的功率变化关系，将式（2-8）微分得)32(412221212v v v v Sv dv dP --=ρ 式02=dv dP有两个解： v 2＝－v 1，没有物理意义； v 2＝v 1/3，对应于最大功率。
风力发电基础理论题库及答案
|龙源内蒙古风力发电有限公司风力发电基础理论题库|】第一章风力发电的历史与发展填空题1、中国政府提出的风电规划目标是 2010 年全国风电装机达到（500 万千瓦），到 2020 年风电装机达到（3000 万千瓦）。
2020 年之后风电超过核电成为第三大主力发电电源，在 2050 年前后（达到或超过 4 亿千瓦），超过水电，成为第二大主力发电电源。
》简答题1、风力发电的意义（1）提供国民经济发展所需的能源（2）减少温室气体排放（3）减少二氧化硫排放（4）提高能源利用效率，减轻社会负担（5）增加就业机会！2、风力机归纳起来，可分为哪两大类（1）水平轴风力机，风轮的旋转轴与风向平行，（2）垂直轴风力机，风轮的旋转轴垂直于地面或气流方向，3、风电机组发展趋势（1）从定桨距(失速型)向变桨距发展（2）从定转速向可变转速发展（3）单机容量大型化发展趋势—第二章风资源与风电场设计填空题—1、风能大小与（气流通过的面积）、（空气密度）和（气流速度的立方）成（正比）。
2、风速的测量一般采用（风杯式风速计）。
3、为了描述风的速度和方向的分布特点，我们可以利用观测到的风速和风向数据画出所谓的（风向玫瑰图）。
4、风电场的机型选择主要围绕风电机组运行的（安全性）和（经济性）两方面内容，综合考虑。
简答题1、简述风能是如何的形成的在赤道和低纬度地区，太阳高度角大，日照时间长，太阳辐射强度强，地面和大气接受的热量多、温度较高；在高纬度地区太阳高度角小，日照时间短，地面和大气接受的热量小，温度低。
这种高纬度与低纬度之间的温度差异，形成了南北之间的气压梯度，使空气作水平运动。
地球在自转，使空气水平运动发生偏向的力，所以地球大气运动除受气压梯度力外，还要受地转偏向力的影响2、"3、风能的基本特征（1）风速（2）空气密度与叶轮扫风面积（3）风能密度（4）叶轮气流模型3、测风注意事项最佳的风速测量方法是在具有风资源开发潜力的地区安装测风塔，测风高度与预装风电机组的轮毂高度尽量接近，并且测风设备安装在测风塔的顶端，这样，一方面可以减小利用风切变系数计算不同高度处的风速所带来的不确定性，另一方面也可以减小测风塔本身对测风设备造成的影响（塔影效益），如果测风设备安装在测风塔的中部，应尽量使侧风设备的支架方向与主风向保持垂直，并使侧风设备与测风塔保持足够的距离。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 3．风力同其它发电方式互补运行，风力— 柴油互补方式运行，风力—太阳能电池发 电联合运行，风力—抽水蓄能发电联合运 行等。这种方式一般需配备蓄电池，以减
少因风速变化导致的发电量的突然变化所 造成的影响，还可节约一次能源。
• 三、按风轮轴安装形式分类
• 管风力发电机多种多样，但按风轮轴安装 形式不同可分为水平轴风力发电机和垂直 轴风力发电机两种
• 一、风轮
• 风轮是风力发电机最重要的部件之一。风力发电 机就是依靠风轮把风所具有的动能有效地转化为 机械能并加以利用的。风轮使空气运动的速度减 慢，在空气动力的作用下风轮绕轴旋转并将风能 转变为机械能。水平轴风力发电机的风轮通常由 几何形状一样的两个以上叶片组成。叶片又可分 为变桨距叶片和固定桨距叶片。从叶片结构上又 可分为木制叶片、铝合金挤压成型的等弦长叶片、 钢制叶片、玻璃钢叶片、复合材料叶片等。
• 当前风力发电系统中的蓄能方式主要有蓄 电池蓄能、飞轮蓄能、抽水蓄能、 压缩空气蓄能、电解水制氢蓄能
风力发电机的工作原理
第一节 风力发电机的种类
一、按风力发电机的功率分类 ①微型风力发电机，其额定功率为50～1000W。 ②小型风力发电机，其额定功率为1.0～10.0kW。 ③中型风力发电机，其额定功率为10.0～100.0kW。 ④大型风力发电机，其额定功率大于100kW。
• 二、按风力发电机的运行方式分类
• 另外，还有一种特殊型风力发电机，如扩 压式、旋风式、浓缩风能型风力发电机。
第二节 风作原理。水平轴风力发电机一 般由以下七个部分组成：风轮、增速齿轮 箱、发电机、偏航系统、控制与安全系统、 液压与刹车系统、塔架等附属设备。
• 第二、 轮毂、联轴器、齿轮箱
• 轮毂
• 轮毂是联接叶片与主轴的重要部件，它承受 了风力作用在叶片上的推力、扭矩、弯矩及陀 螺力矩。通常轮毂的形状为三通形或三角形。
• 一般常用的轮毂形式有以下两种：
• 1、刚性轮毂 刚性轮毂的制造成本 低、维护少、没有磨损，三叶片风轮 大部分采用刚性轮毂，也是目前使用 最广泛的一种形式。
• 1、 叶片主体采用硬质泡沫塑料夹心结构；
• 大梁是叶片的主要承载部件，材料为玻璃纤 维增强塑料(GRP)，大梁常用D形、O形、矩 形等形式；
• 蒙皮GRP结构校薄，仅2~3mm，主要保持 翼型和承受叶片的扭转载荷；
• 成型：D形、O形和矩形梁在缠绕机 上缠绕成型；在模具中成型上、下两个 半壳，利用结构胶将C（或I）形梁和两 半壳粘接。
风轮叶片
1、叶片材料： 木制叶片、钢制叶片、铝合金叶片
目前叶片多为复合材料，即以玻璃纤维和碳 纤维为增强材料，基体材料为聚酯树脂或
环氧树脂。 优点：比重小、拉伸强度高、易成型、耐腐
蚀性强。
2、叶片外形： 等弦长直叶片、变弦长扭曲叶片.
• 一、叶片主体结构
• 大型水平轴风机组风轮的结构主要为梁、壳 结 构，有以下几种结构形式：
箱。
• 三、发电机
• 因为风速是不稳定的，所以发电机常处于 负载不稳定状态，极端时发电机严重过载， 对于并网型风力发电机还要处于频繁的投、 切(并网和脱网)切换过程中，所以对于风力 发电机用发电机还要有一些特殊要求。因 感应发电机结构紧凑，价格便宜，并网方 法简单，并网运行稳定，在风力发电机中 得到最为广泛的应用。
• 代表：丹麦Vestas 公司和荷兰CTC公 （NOI制造的叶片）。
优点：重量轻，制造成本低； 缺点：对叶片运输要求较高，由于叶片前缘强
度和刚度较低，在运输过程中局部易于 损坏；这种叶片整体刚度较低，运行过 程中叶片变形较大，必须选择高性能的 结构胶，否则极易造成后缘开裂。
• 2、
• 叶片壳体以GRP层板为主，厚度在10～ • 20之间；为了减轻叶片后缘重量，提高叶 • 片整体刚度，在叶片上下壳体后缘局部采 • 用硬质泡沫夹心结构，叶片上下壳体是其 • 主要承载结构。
蓄能装置
• 风能是随机性的能源，即使在风能资 源丰富的地区，必须配备适当的蓄能装 置；
• 在风力强的期间，除了通过风力发电 机组向用电负荷提供所需的电能以外、 将多余的风能转换为其他形式的能量在 蓄能装置中储布起来；
• 在风力弱或无风期间，再将蓄能装置 中储存的能量释放出来并转换为电能， 向用电负载供电。
• 二、增速齿轮箱
• 当风力机驱动发电机时，通常发电机的额 定转速要比风力发电机的风轮转速高很多， 这时风轮必须通过增速机构来带动发电机。 但也有些风力发电机不包括变速齿轮箱。
齿轮箱 主要功能:
• 将风轮在风力作用下所产生的动力传递 给发电机并使其得到相应的转速。
• 风轮的转速很低，远达不到风电机发电的要 求，必须通过齿轮箱齿轮副的增速作用来实现, 故也称之为增速
• 1．独立运行风力发电机，风力发电机输出 的电能经蓄电池蓄能，再供用户使用。这 种方式可供边远农村、牧区、海岛、边防 哨所等电网达不到的地区使用。一般单机 容量在几百瓦到几kW。
• 2．并网运行风力发电机组，在风力资源丰 富地区，按一定的排列方式安装风力发电 机组，称为风力发电场。发出的电能全部 经变电设备送到电网。这种方式是目前风 力发电的主要方式。
• 2、铰链式轮毂（柔性轮毂或跷跷板式 轮毂） 铰链式风轮常用于单叶片和二 叶片风轮。
联轴器
在风力发电机中，常采用刚性联轴器、 弹性联轴器（或万向联轴器）两种方式。
在低速轴端（主轴与齿轮箱低速轴联接 处）选用钢性联轴器，一般多选用涨套式 联轴器、柱销式联轴器等；
在高速轴端（发电机与齿轮箱高速轴联 接处）选用弹性联轴器（或万向联轴器）， 一般选用轮胎联轴器，或十字节联轴器。
• • C形梁用玻璃纤维夹心结构，设计相对较 • 弱，与壳体粘结后形成盒式结构，共同提 • 供叶片的强度和刚度。这种结构形式叶片 • 以丹麦LM公司为主。
•
• 叶片壳体和大梁用结构胶牢固地粘接在 一起。
• 优点：叶片整体强度和刚度较大，在运输、 使用中安全性好。
• 缺点：这种叶片比较重，比同型号的轻型 叶片重20%～30%，制造成本也相对较高。