风力发电技术基础教程目录第一章风力发电技术概述一、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。6二、风力发电机组的主要机型大家学习辛苦了，还是要坚持基本特征—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第二章风力机基础理论§2.1空气动力学的基本概念绕过物体的流线簇绕过障碍物的流线: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。侧面形状不同的几种物体二、阻力与升力121131—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V2>V1。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。—厚度分布：沿着翼弦方向的厚度变化。弯度：翼型中弧线与翼弦间的距离。—弯度分布：沿着翼弦方向的弯度变化。2、作用在翼型上的气动力由于机翼上下表面所受的压力差，实际上存在着一个指向上翼面的合力，记为R。—阻力与升力：R在风速方向的投影称为阻力，记为D；而在垂直于风速方向上的投影称为升力，记为L。—气动力矩：合力R对（除自己的作用点外）其它点的力矩，记为M。又称扭转力矩。为方便使用，通常用无量刚数值表示翼剖面的气动特性，故定义几个气动力系数：升力系数：CL=L/(1/2V2C)阻力系数：CD=D/(1/2V2C)气动力矩系数：CM=M/(1/2V2C2)此处，L、D、M分别为翼型沿展向单位长度上的升力、阻力和气动力矩。CLmaxCL0CT说明：在0～CT之间，CL与呈近似的线性关系表明随着的增加，升力L逐渐加大。当=CT时，CL达到最大值CLmax。CT称为临界攻角或失速攻角。当>CT时，CL下降。当=0(<0)时，CL=0，表明无升力。0称为零升力角，对应零升力线。用阻力特性曲线来描述。CDCDminCDmin两个特征参数：最小阻力系数CDmin及对应攻角CDmin。§2.2叶轮空气动力学基础安装角：桨叶剖面上的翼弦线与旋转平面的夹角，又称桨距角，记为。半径r处叶片截面的几何桨距：在r处几何螺旋线的螺距。可以从几个方面来理解：—几何螺旋线的描述：半径r，螺旋升角。—此处的螺旋升角为该半径处的安装角r。—该几何螺旋线与r处翼剖面的弦线相切。—桨距值：H=2rtgr2.对叶轮应用气流冲量原理3、动能定理的应用4.贝兹极限—由于叶轮吸收的功率为P=P’=1/2SV(V21_V22)=2SV13a(1-a)2令dP/da=0，可得吸收功率最大时的入流因子。解得：a=1和a=1/3。取a=1/3，得Pmax=16/27(1/2SV13)注意到1/2SV13是远前方单位时间内气流的动能—功率，并定义风能利用系数Cp为：Cp=P/(1/2SV13)于是最大风能利用系数Cpmax为：Cpmax=Pmax/(1/2SV13)=16/270.593此乃贝兹极限。三、叶素理论翼型剖面：—弦长C，安装角。—设V为来流的风速，由于有线速度U，气流相对于桨叶的速度应是两者的合成，记为W。WVUdFdRdL—定义W与叶轮旋转平面的夹角为入流角，记为，则有叶片翼型的攻角为：=-。3、叶素上的受力分析在W的作用