水平轴风力机组成与形式 |
Horizontal Axis Wind Turbine Composition and Form |
水平轴风力机的组成 |
水平轴风力机的风轮旋转轴是水平方向的,和风向平行,水平轴风力机主要由叶片、轮毂、机舱、塔架构成。常见的风力机有三个叶片,叶片安装在轮毂上构成风轮,风吹风轮旋转带动机舱内的发电机发电,塔架是整个风力机的支撑。 |
图1 水平轴风力机组成图 |
什么是升力式风力机 |
在“风力机基础知识”已介绍过升力与阻力知识,水平轴风力机则是利用升力推动风机旋转做功的,是升力式风力机。图2中表示的是一个叶片的截面的受力图,叶片弦线与风轮旋转平面的夹角为β,风是向上吹,风速为v;叶片向左方运动,线速度为u;叶片实际受到的是相对风速w。风速w与叶片弦线的夹角为α(攻角),在风w的作用下,叶片受到升力Fl与阻力Fd, Fl与Fd的合力为F1,F1在风轮旋转平面上的投影为F,F就是推动风轮旋转的力。 |
图2 叶片的升力与阻力矢量图 |
关于叶片的升力与阻力的更多知识在“叶片的气动特性”一节中有介绍。 |
风力机的对风形式 |
风轮要正面对着来风方向才能最好的接受风能,风轮在塔架前方的称为迎风式风力机,风轮在塔架背风方向的称为顺风式风力机,见下图。 |
图3 迎风式风力机与顺风式风力机 |
使风力机自动朝向风向称为对风(偏航)功能。小型风力机普遍采用尾舵来对风,风把尾舵吹向风力机后方使风轮面向风,上图中的迎风式风力机就是带尾舵的风力机。顺风式风力机勿需任何装置即可自动对风,称之为自由偏航。 大中型风力机采用专门的偏航装置对风,在后面的章节有相关介绍。 |
风力机的叶片数目 |
风轮除了三叶的还有双叶的,甚至单叶片的,见图4。 |
图4 双叶片风轮与三叶片风轮 |
也有4叶、5叶、6叶的,在许多农用风力机中采用多叶片结构的风轮,见图5。 |
图5 多叶片风轮 |
采用多少叶片合适请到“风轮实度”一节观看。 |
机舱主要组成 |
在风力机的机舱里主要有发电机、齿轮箱、偏航装置、风向标、控制柜等,发电机是风力机产生电能的设备,由于发电机转速高,风轮转速低,风轮需通过齿轮箱增加转速后才能使发电机以正常转速工作;控制柜控制风力机的对风、风轮转速等;风向标测量风向发出信号给控制柜;偏航装置按控制柜的信号推动风力机对风。 |
图6 机舱主要设备示意图 |