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时间:2019-06-29
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1、Word格式垂直轴风力发电机研究报告1.垂直轴与水平轴对比垂直轴风力发电机与水平轴风力发电机相比,有其特有的优点:①水平轴风力发电机组的机舱放置在高高的塔顶,而且是一个可旋转360度的活动联接机构,这就造成机组重心高,不稳定,而且安装维护不便。垂直轴风力发电机组的发电机,齿轮箱放置在底部,重心低,稳定,维护方便,并且降低了成本。②风力发电机的客户越来越需要使用寿命长、可靠性高、维修方便的产品。垂直轴风轮的翼片在旋转过程中由于惯性力与重力的方向恒定,因此疲劳寿命要长于水平轴风轮;垂直轴风力发电机的构造紧凑,活动部件少于水平轴风力机,可靠性较高;垂直轴系统的发电机可以放在风
2、轮下部甚至地面上,因而便于维护。③风力发电机由于高度限制和周围地貌引发的乱流,常常处于风向和风强变化剧烈的情况,垂直轴风力发电机有克服“对风损失”和“疲劳损耗”上有水平轴风力发电机不可比的优点,且理论风能利用率可达40%以上.因此在考虑了较小的启动风速和对风力机影响较大的“对风损失”之后,从而提高垂直轴风轮的风能实际利用率。④水平轴风力发电机组机仓需360度旋转,达到迎风目的。这个调节系统包含有旋转机构,风向检测,角位移发送,角位移跟踪等系统。垂直轴风力机不要迎风调节系统,可以接受360度方位中任何方向来风,主轴永远向设计方向转动。⑤水平轴风力发电机的翼片受到正面风载荷
3、力,离心力,翼片结构相似悬臂梁。翼片根部受到很大弯矩产生的应力。而且翼片在旋转一周的过程中,受惯性力和重力的综合作用,惯性力的方向是随时变化的,而重力的方向始终不变,这样翼片所受的就是一个交变载荷,这就要求翼片有很高的的疲劳强度,因此大量事故都是翼片根部折断。而垂直轴风机的翼片主要承受拉应力,不易折断,寿命长。⑥完美整理Word格式水平轴风力发电机组翼片的尖速比高,一般在5~7左右,在这样的高速下翼片切割气流将产生很大的气动噪音,导致噪声污染。垂直轴风力机翼片的尖速比较水平轴的要小的多,这样的低转速基本上不产生气动噪音,无噪音带来的好处是显而易见的,以前因为噪音问题不能
4、应用风力发电机的场合(城市公共设施、民宅等),现在可以应用垂直轴风力发电机,因此,垂直轴风力发电机比水平轴有更广阔的应用领域。2.垂直轴风机风轮设计2.1风能空气的流动现象称为风,风是由于不同地方的空气受热不均匀,从一个地方向另一个地方运动的空气分子产生的,风的能量就是空气分子的动能,如图所示。图1空气流的动能风功率计算公式为联立以上各式得2.2风能利用率Cp风能利用系数Cp是表示风力机效率的重要参数,由于风通过风轮的风能不能完全转化为风轮机械能,其风能利用率Cp为完美整理Word格式其中Pm为风力机输出的机械功率;Pw为风力机输入的风能。目前大多数垂直轴风机风能利用率
5、能达到0.4左右。如按0.4的风能利用率来计算,风机功率为1000W,则风能为。根据上面公式可以求得,若满载额定风速为20m/s的话,S=0.5m2,显然设定的额定风速越低,S将越大。,S为扫风的截面积,r是翼片距轴的距离也是风轮的半径,L为翼片的高。如要达到1000W的风机功率,则扫风截面积不能小于0.5m2,则若r取0.25m的话,L为1m。可以采用目前天津工厂顶部风机形状。风力机转矩:2.3叶尖速比λ叶尖速比λ表示风轮在不同风速中的状态,用叶片的圆周速度和风速之比来衡量。式中:n-风轮的转速,;ω-风轮角速度,;R―风轮半径,m。尖速比决定了风轮的功率,对于定桨距
6、风轮,随风速的增加其转速也增加。在这种情况下,输出功率(同风速的立方成正比)也增加。但是输出功率增加并不意味着风能利用率也增加,一般而言,减速比和风能利用率曲线近似一条倒抛物线。根据叶尖转速比λ与Cp的关系及Cp与输出功率之间关系,我们可以知道在风速固定时,不同的转速即对应不同的叶尖转速比,也即对应不同的Cp值,也即对应不同的输出功率,这样如果设定不同的风速,就可以得到风力机在不同风速下输出功率与转速的关系,如下图所示:完美整理Word格式图2风轮转速与输出功率及风速曲线图从上图可以看出在某一种风速下,风力机的输出机械功率随转速的不同而变化,其中有一个最佳的转速。在该转
7、速下,风力机输出最大的机械功率。它与风速的关系是最佳叶尖速比关系。在不同风速下均有一个最佳的转速使风力机输出最大机械功率。从而得到一条最大输出机械功率曲线,处于这条曲线上的任何点,其转速与风速的关系均为最佳叶尖速比关系。合理的选取最优尖速比可使风轮功率达到峰值。一般垂直轴风机叶尖速比选择在4~8之间,建议选择6,越低噪音低,但是功率也比较难做大。3H型垂直轴风机翼片一般超过500W的垂直轴风机,都采用H型翼片或Ф型翼片。图3H型垂直轴风机图4Ф型垂直轴完美整理Word格式3.1翼片选型翼片是利用气流通过时产生的压力差使叶轮转动的部件,具有
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