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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 2 0,根据风轮叶片数和尖速比 的关系表确定风轮叶片数量 叶片数目 叶片数目 6—20 4— 12 3—8 3—5 2—4 1—2 风机类型 低速 中速 高速 尖速比 1 2 3 4 5—8 8— 15 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。 0.6 0.5 0.4 0.3 Q.2 0. 1 0 0 Glau巳「t 理想曲 20 4 8 12 16 图 4-2 叶片数 B 对最大风能利用系数的影响曲线 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 P = 1/ 2* Cp V13 兀 D2 / 4* ]*“2 = 0.49匕 3 D2 C 邛 2 式中： P ---- 风力机输出功率（亚）； P-------- 空气密度， 一般取 1.25kg/m2 ; V1---------设计风速（风轮中心高度） m/s； D ------- 风轮直径（m）; ———发电机效率； n 2———传动效率； Cp ———风能利用系数。高速风力机一般取 0.4 以上，低速风 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。 高 叶 高 叶 、 双主 1^4 晨刘号山?才凤二 荷兰四臂风车 S 式叶轮 尖速比和风能利用系数关系 0.3Q S)风 C,- 低速风力机 (c)高速风力机 I G= 0. 04 0.03 0.02 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 5一20 %这一范围内。 一个叶片 flff 个 ■叶片 一 ---三个 时■片 ―EI 个 时号 五个叶片 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， C的减 少是由失速引起的。 （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/阻力二 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