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风力发电技术基础教程 崔 新 维 2002.7.11. 目 录 风力发电技术概述 风力机的理论基础 机组的机械零部件 机组电气系统 风资源概述 第一章 风力发电技术概述 风力发电机组的总体构成 风力发电机组的主要机型 风力发电机组中的关键技术 一、风力发电机组的总体构成 风力发电机组的主要组成部分： —叶轮：将风能转变为机械能。 —传动系统：将叶轮的转速提升到发电机的额 定转速 —发电机：将叶轮获得的机械能再转变为电能。 —偏航系统：使叶轮可靠地迎风转动并解缆。 —其它部件：如塔架、机舱等 —控制系统：使风力机在各种自然条件与工况下正常运行的保障机制，包括调速、调向和安全控制。 风力发电机组（以下简称风力机）是一种能量转换装置——将风能转换为电能的。 二、风力发电机组的主要机型 按叶轮转速是否恒定分： —定速风力机 —变速风力机 基本特征 —水平轴 —三叶片 —上风式 —双速发电机 机型的发展趋势 —定桨距 ——〉变桨距 —定速型 ——〉变速型 — Kw级 ——〉 MW级 — 有齿轮箱式 ——〉直接驱动式 三、风力发电机组中的关键技术 机组的设计方法与技术 叶片的设计与制造技术 —气动设计 —结构设计 —制造工艺 机组控制技术 —功率控制技术 —载荷控制技术 —并网技术 —远程监控技术 第二章 风力机基础理论 叶片的空气动力特性 叶轮的空气动力模型 §2.1 空气动力学的基本概念 一、流线 气体质点：体积无限小的具有质量和速度的流体微团。 流线： —在某一瞬时沿着流场中各气体质点的速度方向连成的一条平滑曲线。 —描述了该时刻各气体质点的运动方向：切线方向。 —流场中众多流线的集合称为流线簇。一般情况下，各流线彼此不会相交如图所示。 绕过障碍物的流线: 当流体绕过障碍物时，流线形状会改变，其形状取决于所绕过的障碍物的形状。 不同的物体对气流的阻碍效果也各不相同 考虑几种形状的物体，它们的截面尺寸相同，但侧面形状各异，对气流的阻碍作用（用阻力系数度量）不同。 二、阻力与升力 阻力： 当气流与物体有相对运动时，气流对物体的平行于气流方向的作用力。 升力： 先定性地考察一番飞机机翼附近的流线。当机翼相对气流保持图示的方向与方位时，在机翼上下面流线簇的疏密程度是不尽相同的。 1 2 1 1 3 1 —根据流体运动的质量守恒定律，有连续性方程 A1V1 = A2V2 + A3V3 其中：A、V分别表示截面积和速度。 下标1、2、3分别代表前方或后方、上表面 和下表面处。 —根据伯努利方程： P = Pi +1/2 * ? Vi2 即：气体总压力=静压力+动压力=恒定值 考察翼型剖面气体流动的情况： ① 上翼面突出，流场横截面面积减小，空气流速大， 即V2V1。而由伯努利方程，必使： P2 P1，即静压 力减小。 ② 下翼面平缓， V3≈V1，使其几乎保持原来的 大气压，即： P3 ≈ P1。 结论： 由于机翼上下表面所受的压力差，使得机 翼得到向上的作用力——升力。 三、翼型的气动特性 1、翼型的几何描述 前缘与后缘： 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。 上翼面：凸出的翼型表面。 下翼面：平缓的翼型表面。 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。 厚度：翼弦垂直方向上上下翼面间的距离。