1、第二章,風(fēng)速它表示空氣在單位時(shí)間內(nèi)流過的距離，單位是m/s或km/h。 風(fēng)向是指風(fēng)吹來的方向 流過氣流的質(zhì)量便是 因此在時(shí)間t內(nèi)，流過該截面的風(fēng)能就是 在單位時(shí)間內(nèi)流過該截面的風(fēng)能，即為風(fēng)功率 為了衡量一個(gè)地方風(fēng)能的大小，評(píng)價(jià)一個(gè)地區(qū)的風(fēng)能潛力，風(fēng)能密度是最方便和有價(jià)值的量。風(fēng)能密度是氣流在單位時(shí)間內(nèi)垂直通過單位截面積的風(fēng)能。將風(fēng)功率式除以相應(yīng)的面積A，便得到平均風(fēng)能密度公式。,風(fēng)廓線 一定地面粗糙長度下，風(fēng)速隨距地面高度變化 （1） 為統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) （2）n含有表面粗糙長度的影響 地表面粗糙度 （3） 是距零風(fēng)速平面的高度，不是地面,風(fēng)向頻率，就是將某一段時(shí)間內(nèi)(月、季、年)風(fēng)向觀測的次數(shù)，按方

2、位分類統(tǒng)計(jì)，然后以每一方位的觀測次數(shù)，除以該段時(shí)間內(nèi)觀測的總次數(shù)，再乘以100即得到各種風(fēng)向的風(fēng)向頻率。 風(fēng)速頻率，又稱風(fēng)速的重復(fù)性，它是指在一個(gè)月或一年的周期中發(fā)生相同風(fēng)速的時(shí)數(shù)，占這段時(shí)間刮風(fēng)總時(shí)數(shù)的百分比。 將風(fēng)速頻率乘以全年小時(shí)數(shù)8760，即得到一年中某一風(fēng)速的小時(shí)數(shù)；比如4ms時(shí)，風(fēng)速頻率f18，那么該風(fēng)速的小時(shí)數(shù)為：0.1887601576.8h。 風(fēng)速的瑞利分布 ，得到某一特定地點(diǎn)一年或甚至更長時(shí)間內(nèi)的風(fēng)速數(shù)據(jù)之后，瑞利分布能夠以適當(dāng)?shù)木葋砻枋鲲L(fēng)速的分布情況。這時(shí)所需要的最重要的參數(shù)是風(fēng)速的平均值。對(duì)于低于4.5m/s的風(fēng)速，瑞利分布的可靠性較差。對(duì)于風(fēng)速的平均值小于每小時(shí)3.

3、6m/s的地點(diǎn)，根本不能使用瑞利分布。 瑞利分布的公式：瑞利分布合理地描述了在一些地方風(fēng)速的特性。 風(fēng)速平均值；,我國進(jìn)行風(fēng)能區(qū)劃時(shí)，主要考慮三個(gè)因素： (1)風(fēng)能密度和利用小時(shí)數(shù)，風(fēng)能密度愈大，風(fēng)力機(jī)利用效率就愈高。 (2)風(fēng)能的季節(jié)變化。這也是設(shè)計(jì)蓄電裝置和備用電源的重要參數(shù)。 (3)風(fēng)力機(jī)最大設(shè)計(jì)風(fēng)速(即極限風(fēng)速)。 第三章 風(fēng)能利用系數(shù)Cp：風(fēng)力機(jī)從自然風(fēng)能中吸取能量的大小程度用風(fēng)能利用系用Cp表示,葉尖速比 為了表爾風(fēng)輪運(yùn)行速度的快慢，用葉片的葉尖圓周速度與風(fēng)速之比來衡量，稱為葉尖速比,實(shí)度 風(fēng)輪的葉片面積與風(fēng)輪的掃風(fēng)面積之比稱實(shí)度。它也是描述風(fēng)力機(jī)特性的重要特征數(shù),貝茲理論 第一個(gè)

4、關(guān)于風(fēng)輪的完整理論,貝茲理論是應(yīng)用一元定常流動(dòng)的動(dòng)量方程，來討論理想狀態(tài)下的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的最大風(fēng)能利用系數(shù)。 貝茲理論的假設(shè)條件 風(fēng)輪流動(dòng)模型可簡化成一個(gè)單元流管； 風(fēng)輪沒有錐角、傾角和偏角，這時(shí)風(fēng)輪可簡化成一個(gè)平面槳盤, ； 風(fēng)輪葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)沒有摩擦阻力；對(duì)通過風(fēng)輪的氣流沒有阻力。 風(fēng)輪前未受擾動(dòng)的氣流靜壓和風(fēng)輪后的氣流靜壓相等，即P1=P2 ，氣流速度的方向無論在風(fēng)輪前后還是通過時(shí)都是沿著風(fēng)輪軸線的； 作用在風(fēng)輪上的推力是均勻的。 第一個(gè)關(guān)于風(fēng)輪的完整理論是山哥廷根研究所的A貝茨建立的。,貝茲極限 : 風(fēng)能利用系數(shù),第四章,葉片震動(dòng),1.風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片自重力與長度方向的夾角周期性變化 2.風(fēng)

5、廓引起的風(fēng)速不均 3.風(fēng)輪不能精確對(duì)風(fēng) 4.風(fēng)速的紊流、脈動(dòng) 5.陀螺效應(yīng),剎車裝置,機(jī)械剎車：在低速軸剎車，在高速軸剎車 剎車設(shè)在低速軸時(shí)，制動(dòng)力直接作用在風(fēng)輪上，可靠性高，剎車力矩不會(huì)成為齒輪箱的負(fù)載。但在一定的制動(dòng)功率下，剎車力矩大，結(jié)構(gòu)布置方面較困難。 剎車設(shè)在高速軸的優(yōu)缺點(diǎn)與低速軸的相反。,空氣動(dòng)力剎車：1. 變槳距剎車 2.葉尖擾流器 改變?nèi)~片攻角使其失去升力，控制風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速。 葉尖擾流器的葉片在彈簧力和離心力的作用下形 性成阻力板。,1階反對(duì)稱,1階對(duì)稱,2階反對(duì)稱,2階對(duì)稱,軸向竄動(dòng),圓盤效應(yīng),對(duì)風(fēng)裝置,自動(dòng)對(duì)風(fēng)機(jī)艙：將風(fēng)輪置于下風(fēng)向，置于下風(fēng)向的風(fēng)輪能自動(dòng)對(duì)風(fēng)，不必另行設(shè)置調(diào)

6、向裝置。 常用在大、中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)上。由于下風(fēng)向風(fēng)輪調(diào)向易使風(fēng)輪隨風(fēng)向變化而擺動(dòng)，需加阻尼器。,缺點(diǎn)：在小風(fēng)速下啟動(dòng)、對(duì)風(fēng)要借助外力進(jìn)行，單葉片，兩葉片風(fēng)輪對(duì)風(fēng)不穩(wěn)定。當(dāng)葉片轉(zhuǎn)到塔架下風(fēng)向的紊流區(qū)時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)，易使葉片梁與輪轂的連接處產(chǎn)生疲勞斷裂。同時(shí)葉片在塔架的紊流區(qū)內(nèi)不能正向接受風(fēng)能。,優(yōu)點(diǎn)：自動(dòng)對(duì)風(fēng)，無需專門的對(duì)風(fēng) 裝置。不會(huì)對(duì)塔架產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)激烈。結(jié)構(gòu)簡單，,尾舵對(duì)風(fēng)是最常用的一種對(duì)風(fēng)裝置，它廣泛用于小、微型風(fēng)力機(jī)，,舵輪對(duì)風(fēng)：用于中型風(fēng)力機(jī) 舵輪是裝在風(fēng)輪后面，其旋轉(zhuǎn)面與風(fēng)輪掃掠而相垂直的兩個(gè)平行的多葉式小風(fēng)輪。舵輪的軸帶動(dòng)由圓錐齒輪及圓柱齒輪組成的傳動(dòng)系統(tǒng),主動(dòng)偏航系統(tǒng)由風(fēng)向標(biāo)、偏航

7、軸承、偏航驅(qū)動(dòng)裝置、偏航制動(dòng)器、偏航計(jì)數(shù)器、紐纜保護(hù)裝置、偏航行星齒輪減速器，回轉(zhuǎn)體大齒輪等部分組成。,偏航計(jì)數(shù)器是記錄偏航系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，當(dāng)偏航系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)所規(guī)定的初級(jí)解纜和終極解纜圈數(shù)時(shí)，計(jì)數(shù)器則給控制系統(tǒng)發(fā)信號(hào)使機(jī)組自動(dòng)進(jìn)行解纜.,紐纜保護(hù)裝置（必備裝置） 作用：失效保護(hù)。 紐纜保護(hù)裝置一般由控制開關(guān)和觸點(diǎn)機(jī)構(gòu)組成，控制開關(guān)安裝在機(jī)組的塔 架內(nèi)壁的支架上，觸電機(jī)構(gòu)安裝與機(jī)組懸垂部分的電纜上。當(dāng)機(jī)組懸垂部分的電纜紐絞到一定程度后，觸電機(jī)構(gòu)觸發(fā)控制開關(guān)，使機(jī)組進(jìn)行緊急停機(jī)。,功率調(diào)節(jié)當(dāng)風(fēng)速達(dá)到某一值時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組達(dá)到額定功率。由于風(fēng)速和功率是三次方的關(guān)系，風(fēng)速再增加，發(fā)電機(jī)就會(huì)過載

8、，必須有相應(yīng)的功率調(diào)節(jié)措施，使機(jī)組的輸出功率不再增加。目前主要有兩種調(diào)節(jié)功率的方法，都是采用空氣動(dòng)力方法進(jìn)行調(diào)節(jié)的。 一種是定槳距（失速）調(diào)節(jié)方法； 一種是變槳距調(diào)節(jié)方法。,定槳距（失速）調(diào)節(jié)方法 優(yōu)點(diǎn)： 1）葉片和輪轂之間無運(yùn)動(dòng)部件，輪轂結(jié)構(gòu)簡單，費(fèi)用低； 2）沒有功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi); 3) 在失速后功率的波動(dòng)小。 缺點(diǎn)： 1）氣動(dòng)剎車系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)和制造要求高 ； 2）葉片、機(jī)艙和塔架上的動(dòng)態(tài)載荷高； 3）由于常需要?jiǎng)x車過程，在葉片和傳動(dòng)系統(tǒng)中產(chǎn)生很高的機(jī)械載荷； 4）起動(dòng)性差； 5）機(jī)組承受的風(fēng)載荷大； 6）在低空氣密度地區(qū)難以達(dá)到額定功率。,變槳距控制 優(yōu)點(diǎn)： 1）起動(dòng)性好； 2）剎

9、車機(jī)構(gòu)簡單，葉片順槳后風(fēng)輪轉(zhuǎn)速可以逐漸下降； 3）額定點(diǎn)以前的功率輸出飽滿； 4）額定點(diǎn)以后的輸出功率平滑； 5）風(fēng)輪葉根承受的靜、動(dòng)載荷小。 缺點(diǎn): 由于有葉片變距機(jī)構(gòu)、輪轂較復(fù)雜，可靠性設(shè)計(jì)要求高，維護(hù)費(fèi)用高。 功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)復(fù)雜，費(fèi)用高。,自動(dòng)解纜 當(dāng)機(jī)艙向同一方向累計(jì)偏轉(zhuǎn)2.3圈后，若此時(shí)風(fēng)速小于風(fēng)電機(jī)組啟動(dòng)風(fēng)速且無功率輸出，則停機(jī)，控制系統(tǒng)使機(jī)艙反方向旋轉(zhuǎn)2.3圈解繞； 若此時(shí)機(jī)組有功率輸出，若機(jī)艙繼續(xù)向同一方向偏轉(zhuǎn)累計(jì)達(dá)3圈時(shí),則停機(jī),解繞；若因故障自動(dòng)解繞未成功，在扭纜達(dá)4圈時(shí)，扭纜機(jī)械開關(guān)將動(dòng)作，此時(shí)報(bào)告扭纜故障，自動(dòng)停機(jī)；等待人工解纜操作。,緊急停機(jī)故障 執(zhí)行如下操作：首先切除

10、補(bǔ)償電容器，葉尖阻尼板動(dòng)作，延時(shí)0.3秒后卡鉗閘動(dòng)作。檢測瞬時(shí)功率為負(fù)或發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)達(dá)小于同步轉(zhuǎn)速時(shí)，發(fā)電機(jī)解列（脫網(wǎng)），若制動(dòng)時(shí)間超過20秒，轉(zhuǎn)速仍未降到某設(shè)定值，則收槳，機(jī)艙偏航90度背風(fēng)。,第五章,第六章,升力、阻力曲線,埃菲爾極線,將各攻角對(duì)應(yīng)的升力系數(shù)和阻力系數(shù)繪制在橫坐標(biāo)是阻力系數(shù)、縱坐標(biāo)是升力系數(shù)的坐標(biāo)內(nèi)，所形成的曲線。 由圖可知： 切點(diǎn)處升阻比最大,埃菲爾極線 含義：曲線上的每一個(gè)點(diǎn)與原點(diǎn)的連線代表總氣動(dòng)力系數(shù)的大小和方向自然我們可以在埃菲爾曲線上找到升力阻力和總氣動(dòng)力的真實(shí)關(guān)系。 過原點(diǎn)的射線與埃菲爾極線相切的點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的攻角是最佳攻角。,葉片葉素 葉素理論的基本出發(fā)點(diǎn)是將風(fēng)輪葉片

11、沿展向分成許多微段，稱這些微段為葉素，如前面所述，多個(gè)圓環(huán)，半徑r，徑向?qū)抮。在每個(gè)葉素上作用的氣流相互之間沒有干擾，作用在葉片上的力可分解為升力和阻力二維模型，作用在每個(gè)葉素單元的合成流速與葉片平面的夾角為攻角。翼型特征系數(shù)CL和CD隨攻角的改變而改變。,相似理論 相似條件 ：根據(jù)相似理論，要保證氣體流動(dòng)過程相似，必須滿足幾何相似、運(yùn)動(dòng)相似、動(dòng)力相似,1.幾何相似 幾何相似是指模型（以下用m代表）與原型風(fēng)力機(jī)的幾何形狀相同，對(duì)應(yīng)的線性長度為一定值,風(fēng)輪輪轂直徑。,2.運(yùn)動(dòng)相似 空氣流經(jīng)幾何相似的模型與原型機(jī)時(shí)，其對(duì)應(yīng)點(diǎn)的速度方向相同、比值保持常數(shù)，稱為運(yùn)動(dòng)相似，即滿足以下條件：,式中 ， 風(fēng)

12、力機(jī)、模型的前方風(fēng)速； ， 通過風(fēng)輪時(shí)的氣流速度； ， 風(fēng)輪后方的氣流速度； ， 原型機(jī)和模型對(duì)應(yīng)葉素上氣流的相對(duì)速度； ， 葉尖氣流的切向速度； ， 原型機(jī)和模型對(duì)應(yīng)葉素上氣流的切向速度。,動(dòng)力相似 動(dòng)力相似是指滿足幾何相似、運(yùn)動(dòng)相似的模型與原型機(jī)上，作用于對(duì)應(yīng)點(diǎn)力的方向相同、大小之比保持常數(shù)。這里所講的作用于氣體的力除了因壓力分布形成的推理和切向力外，還包括慣性力以及黏性力。,相似結(jié)果,、,因?yàn)轱L(fēng)力機(jī)相似，所以它們對(duì)應(yīng)葉素上的,、,的值都相等，,局限性,計(jì)算例題,已知實(shí)際風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪直徑為,1.4,，,選取模型的風(fēng)輪直徑為,0.3,實(shí)際風(fēng)速,翼型選取NACA4415，葉片數(shù),尖速比,試驗(yàn)風(fēng)洞的大小為,根據(jù)幾何相似，由已知條件得,第七章,垂直軸風(fēng)力機(jī)特點(diǎn)： 無對(duì)風(fēng)裝置 能量傳遞轉(zhuǎn)換裝置在地面 便于維護(hù)保養(yǎng)，降低了制造和運(yùn)行費(fèi)用 受邊界層影響，地面風(fēng)速較低，輸入風(fēng)能大打折扣