风轮总体参数设计

风轮总体参数设计

1、风轮叶片数B

一般风轮叶片数取决于风轮的尖速比λ0，根据风轮叶片数和尖速比的关系表确定风轮叶片数量

目前用于风力发电的风力机一般属于高速风力机，一般取叶片数2—3，用于风力提水的风力机一般属于低速风力机，叶片数较多。叶片数多的风力机在低尖速比运行时有较高的风能利用系数，即有较大的转矩，而且起动风速亦低，因此适用于提水，而叶片数少的风力机在高尖速比运行时有较高的风能利用系数，且起动风速较高，因此适用于发电。

由于三叶片的风力发电机的运行和输出功率较平稳，目前小型风力发电机采用三叶片的较多，对大于中型风力发电机由于考虑成本因素，有人用二叶片，但仍以三叶片为主。

2、 风轮直径D

风轮直径可用下列公式进行估算

32321121121/2*/4**0.49p p P C V D V D C ρπηηηη== 式中：P ———风力机输出功率(W);

ρ———空气密度，一般取1.25kg/m ²;

V 1 ———设计风速(风轮中心高度)m/s;

D ———风轮直径（m ）;

η1———发电机效率；

η2———传动效率；

C———风能利用系数。高速风力机一般取0.4以上，低速风p

力机一般取0.3左右。

3、设计风速V1

风轮设计风速(又称额定风速)是一个非常重要的参数,直接影响

到风力机的尺寸和成本。设计风速取决于使用风力机地区的风能资源

分布。风能资源既要考虑到平均风速的大小，又要考虑风速的频度。

知道了平均风速和风速的频度，就可以按一定的原则来确定风速V1

的大小，如可以按全年获得最大能量为原则来确定设计风速。

4、尖速比0

风轮的尖速比是风轮的叶尖速度和设计风速之比，尖速比是风力

机的一个重要设计参数，通常在风力机总体设计时提出。首先，尖速

比与风轮效率是密切相关的，只要机器没有过速，那么运转于较高尖

速比状态下的机器，就具有较高的风轮效率。对于特定的风轮，其尖

速比不是随意而定的，它是根据风力机的类型、叶片的尺寸和电机传

动系统的参数来确定的。不同的叶尖速比意味着所选用或设计的风轮

实度具有不同的数值。所要求设计的尖速比，是指在此尖速比上，所

有的空气动力学参数接近于它们的最佳值，以及风轮效率达到最大

值。

尖速比和风能利用系数关系

（c）高速风力机

对风车来说，尖速比在2—3范围内有较高的风能利用系数，对低速风力机来说，尖速比在1附近有较高的风能利用系数，对高速风力机来说，尖速比在6—8范围内有较高的风能利用系数，有的高速风力机的尖速比可以到10以上。

5、风轮的实度

风轮的实度是指，风轮的叶片面积之和与风轮的扫掠面积之比，实度是和尖速比密切相关的一个重要设计参数。下图是风力机实度与尖速比的关系图，由图可知：对风力提水机，因为需要转矩大，因此风轮实度取得大，对风力发电机，因为要求转速高，因此风轮实度取得小。自起动风力机的实度是由预定的起动风速来决定的，起动风速小，要求实度大。通常风力机实度大致在5～20﹪这一范围内。

λ

叶片实度的变化对风轮功率系数的影响

从图中可以看出：

（1）．低的实度得到一条宽而平直的曲线，这意味着叶尖速比在一个宽的范围内变动时，风轮的功率系数变化小。

（2）.高的实度得到了一条有尖锐顶点的窄的曲线，风轮对叶尖速比变化非常敏感。而且，如果实度过大，

C有一个相对较小的最大值，

p

C的减少是由失速引起的。

p

（3）.三叶片时可以得到最佳的实度，不过两叶片也是一种不错的选择。两叶片的最大功率系数虽然比三叶片的最大功率系数小一些，但是峰值的展开范围要宽，因而可以捕获到更大的能量输出。

6、翼型及其升阻比

翼型的选取对风力机的效率十分重要，翼型决定了升阻比，影响着风力机的效率。如下图:翼型的升力/阻力=L/D值愈高,则风力机的效率愈高,而且性能曲线与叶片数目或尖速比的关系也愈小，同样升阻比条件下，三叶片的风力机的效率更高。

7、其他

(1)风轮中心离地高度,是指风轮中心离安装处地面高度。

（2）风轮锥角。风轮锥角是叶片相对于和旋转轴垂直平面的倾斜度。锥角的作用是在风轮运行状态下利用离心力的卸荷作用，以减少气动

力引起的叶片弯曲应力和防止叶片梢部与塔架碰撞的机会。