改善垂直轴风机效率的叶片转动惯量试验研究.pdf

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1、改善垂直轴风机效率的叶片转动惯量试验研究吴伟斌，等改善垂直轴风机效率的叶片转动惯量试验研究ExperimentalResearchontheRotationalnertiaofBladeforImprovingtheEfficiencyofVerticalAxisWindTurbine关伟斌1，2，3纠粤(查3李劳3罗泽砍3防冶聪3罗朝穹3洪添胜1，2，3(华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点试验室1，广东广州510642；国家柑橘产业技术体系机械研究室2，广东广州510642；华南农业大学工程学院3，广东广

2、州510642)摘要：针对风力发电机抗风能力差、使用寿命不佳等特点，选用一种S型垂直轴双层叶片结构的风力发电机对试验风机进行改进。在风机叶片边沿上采用加厚型设计(作为一种配重)，从而增加风轮的转动惯量，延长发电机的工作时间。正交试验和方差分析表明．转动惯量的改变可使风机的转化效率从36．12％提升到37．72％。关键词：风能发电机转动惯量发电效率正交试验虚拟仪器中图分类号：TP274+．2文献标志码：AAbstract：Aimingattheweaknessofwinddrivengenerators，i．e．-easi

3、lytobedestroyedwhenfacingbreezethatcausingshorteningoftheworkinglifeofthegenerators，thusthewindturbinewithS-shapeverticalaxisdoublelayerbladesstructuretileadopted．Improvementisconductedonthetrialwindturbine；theedgeofthebladeisthickenedascounterweights．thustherota

4、tionalinertiaofthewindwheelisincreased-andtherotatingtimeafterwindstopsisalsoprolonged，andtheoperatingtimeofthegeneratorislonger．Throughdesigningorthogonalexperimentandconductingvarianceanalysis。itisobtainedthatchangingrotationalinertiacanelevatetheconversioneffi

5、ciencyofwindturbinefrom36．12％to37．72％．Keywords：WindpowergenerationRotationalinertiaGenerationefficiencyOrthogonalexperimentVirtualinstrument0引言风力发电机的效率是指发电机所发出的功率与风机扫风面积内的风能之比。目前，绝大部分研究都是针对自然风状态下提高发电效率[1“]。而现实过程中，类似火车行驶、飞机起降所制造的风大多具有风速大、持续时间短的特点。在这种条件下．风机有效工作时间短、

6、发电效率较低。S型垂直轴风力发电机具有叶片简单、抗风能力强等特点¨。6]。Ushiyama等学者对s型风机进行了大量的理论和试验研究，分析了结构参数对风机效率的影响[7—2

7、。事实上，由于应用场合不同．单纯从理论上分析难以真实地反映风机性能的变化¨3。15]。本文对S型垂直轴风机进行了改进．在风机叶片边沿上采用加厚型设计(作为一种配重)，从而增加风机的转动惯量，使风机在停风后的转动时间延长，最终提高了风机的效率。广东省大学生创新试验计划基金资助项目(编号：1056411146)。修改稿收到日期：2012—08—05。第一

8、作者吴伟斌(1978一)，男，2007年毕业于华南农业大学农业机械工程专业，获博士学位，副教授；主要从事车辆测试与故障检测、混合动力电动车方面的研究。1研究方法1．1设计方案本文通过利用试验室的大功率工业风扇模拟自然风，测试具有不同叶片质量的风能发电机的输出电压。利用虚拟仪器LabVlEW平台，实现风机输出电压信号采集处理系统的构建，并据此得出不同叶片的转动惯量对风能发电机发电效率的影响。试验设计方案如图1所示。l羔鍪茎H墨H兰垄鍪州笙鲨H塑I倒图1试验设计方案示意图Fig．1Blockdiagramofexperime

9、ntscheme1．2试验理论基础风力发电机是将风能先转换成风机叶片的动能．再转换成电能的装置。在风机的叶片上安装配重，可以起到增加转动惯量的作用。风机绕z轴转动时，角速度为∞、转动惯量为．，、质点弧到主轴的垂直距离为r。，则任一点m。的速度为q=rio)，于是风机的动能为：66PROCESSAUTOMATIONIN