风力发电机宽薄型叶片的应用
所属分类：技术论文
来源：中国节能在线
作者：管理员
更新日期：2016-07-04
风力发电机的组成部件当中，风轮、叶片是风力发电机的能量获取机构。目前，市场上的中小型风力发电机普遍采用死桨风轮。叶片在风轮上只有一种固定形式，无论什么时候，什么样的风况，叶片与风轮都不会有相对运动。这种死桨风轮就要尽力去研究风机叶片，研究叶片材质，尽可能做到叶片材质更轻并且要保证强度；此外，还要花费大量的精力去研究风机叶片的翼形，尽可能使叶片翼形结构符合现在的空气动力学原理，符合现有理论要求，期望在翼形上的设计上有所突破，使风力发电机具有更低的启动风速，以及相对低的额定风速。
我们不难发现现在的小型风力发电机叶片材质多为玻璃钢，叶片形式也基本是根部宽厚、尖部变窄变薄的特点。叶片一般都有自身的形状特点即翼形。叶片与风轮组装后，叶片自身不同部位和风轮平面成不同角度，以尽可能使其容易启动，同时可以在风轮转动过程中有一定的转速。
因为风轮和叶片间没有相对运动，即没有变桨动作，所以，只能在叶片的翼形上研究，但是翼形结构毕竟有其极限状态，要想是风轮性能有所突破，单纯地考虑翼形已经显得力不从心了。变桨风轮就可以解决风轮在不同状态时需要不同翼形或叶片迎风状态的难题。简化了小型风力发电机翼形设计，同时可以提高性能。
现有风力发电机叶片根部比较宽大，并且角度大；叶片顶部变窄变小，并且角度小。这种设计主要考虑利用根部翼形获得较大的冲量和动能，便于启动；叶片上部变窄，角度变小，主要考虑叶片旋转过程中减小空气阻力，使叶片启动后更容易转动，获得较高转速。同时，根部宽大、顶部窄小的翼形有利于保证现有材料保证叶片强度。
下面讨论叶片的几种特性：
1、叶片角度
实践发现，风轮叶片角度大的时候，容易启动，启动风速低；但是，启动后转动过程中，角度大受到空气阻力大，旋转速度受到限制，转速不高。叶片角度小的时候，不容易启动，启动风速要求高；但是，启动后转动过程中，叶片受到空气阻力小，风轮旋转速度快，容易获得较高转速。不过风轮叶片角度小受阵风影响相对更严重，风速降低，转速迅速下降甚至停止转动。
2、叶片质量
叶片质量小容易启动，叶片质量大不容易启动。风轮之所以由静止到转动是空气粒子撞击叶片不断给叶片带来冲量，当冲量值达到一定程度时叶片由静止状态开始运动，所以叶片质量小更容易获得启动时所需冲量大小。同样，在转动过程中，叶片质量小自身所需转动动能小，有利于风能转化；质量大自身所需转动动能大，不利于风能转化。所以，在保证强度的情况下，叶片轻将更有利于风轮启动与转动。
3、叶片厚度
叶片厚不利于转动，叶片薄有利于转动。风轮翼形相同，叶片厚在转动过程中所受空气阻力大，不利于风轮转动；叶片薄在转动过程中所受空气阻力小，有利于风轮转动；同时，若是相同材质，叶片厚其质量也大，也不利于风轮转动。
4、叶片宽度
叶片宽有利于叶片获得能量，叶片窄有利于叶片旋转过程中减小空气阻力。桨距角相同的两组风轮叶片，叶片宽风轮在启动过程中更容易获得风能，风轮容易启动，启动风速低；但是，风轮启动后旋转过程中，叶片宽，受到的空气阻力也大，不容易获得很高的转速，转速上不去，转速低。叶片窄风轮在启动过程中不容易获得风能，风轮不容易启动，启动风速要求高；但是，风轮启动后旋转过程中，叶片窄，受到的空气阻力小，随风速增加容易获得较高的转速。
5、叶片凹度
叶片迎风面凹，有利于获得风能；叶片迎风面凸，不利于获得风能。外界条件相同的情况下，风轮叶片迎风面凹时，风经过叶片表面，叶片对风的阻力更大，叶片更容易捕获空气粒子，更容易获得和吸收风能，同时叶片反面凸更有利于风轮转动过程中减小空气阻力；当风轮叶片迎风面凸时，叶片对风的阻力小，有利于风经过叶片表面，不利于叶片捕获空气粒子，不利于叶片捕获和吸收风能。
6、叶片数量
叶片数多有利于风轮获得能量，风轮容易启动，启动后风轮旋转速度慢；叶片数少不利于风轮获得能量，风轮相对不容易启动，启动后风轮旋转速度快。叶片翼形相同，风轮叶片多更容易捕获通过风轮的风能，风轮容易启动，启动风速低；但是，风轮启动后转动过程中，叶片多，受到的空气阻力大，风轮很难达到很高的转速。风轮叶片数少不容易获得启动时所需冲量，风轮不容易启动，启动风速要求高；但是，风轮启动后在旋转过程中，叶片少，受到的空气阻力小，风轮容易获得较高的转速。
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