文档介绍：第 21 卷第 9 期机
械
设
计 V ol. 21
N o. 9
2 0 0 4 年 9 月 JO UR NAL OF M ACHIN E DESIGN Sep.
2004
柔性桨风力机理论研究
包耳1, 刘德庸1, 邵晓荣2
( 1. 大连民族学院, 辽宁大连
116600; 2. 燕山大学, 河北秦皇岛
066004)
摘要: 推导出了柔性桨风力发电机输出功率表达式, 讨论了此种风力机 6 个参数对输出功率的影响。
关键词: 风力发电机; 柔性桨叶; 输出功率
中图分类号: T H113
文献标识码: A
文章编号: 1001- 2354( 2004) 09- 0028- 04
近几年来, 我国 10 kW 以下的小型风力发电系统发展很轴, 转臂的角速度
0 = 2
,
是链轮 3 的绝对角速度, 即转臂
快。小型风力发电系统除了追求一般的性能指标外, 用户对系旋转一周, 桨叶转角为半周。在一个运动循环中, 如果风向的
统的发电量、成本和可靠性都有很高的要求, 这三者之间虽然变化角
较小, 则两个桨叶受到风压力的合力矩始终推动桨
彼此制约, 但必须合理兼顾。文中讨论的柔性桨风力机, 其桨叶, 使转臂绕着其轴向同一方向旋转。
叶由帆布做成, 与常见的螺旋桨式风力机比较, 具有结构简单、
工艺要求不高、成本低、质量轻和便于携带等优点, 且性能优于 2
轴功率计算公式推导
老式阻力式风力机。
现在推导桨叶吸收风能后, 转臂轴输出的轴功率公式。为
1
柔性桨风力发电机原理简化, 假设转臂的角速度
0 在一周内不变, 并先只讨论一个桨
叶, 即把转臂 R 及右帆 S r 都处于 X 0 轴位置作为初始位置, 风速
风力机结构及工作原理如图 1 所示。 V f 方向与 Y 0 轴夹角为
, 当 R 顺时针转过( t) 时, S r 同向转
过 0. 5 ( t ), 令动坐标系 XB Y 位于 S r 上, 如图 2 所示。
1 桨叶; 2 转臂; 3 链轮; 4 传动链; 5 链轮; 6 齿轮; 7 中间轮; 8 蜗轮; 9 蜗
杆; 10 增速器; 11 发电机
图 1
柔性桨风力机结构
桨叶 1 的转轴位于转臂 2 上, 且与链轮 3 为同一构件。转
臂 2 绕 O 轴旋转。链轮 3 和链轮 5 之间由传动链 4 传动, 齿数
比为 1
1。链轮 5 与齿轮 6 为双联轮。7 为中间轮。蜗轮 8 和图 2
浆叶受风的动力计算
蜗杆 9 平时处于自锁状态。风对 S r 上任一点 E 的作用, 与风同 E 点的相对运动速度有
当风压力推动桨叶时, 转臂受其推力作用而绕中心轴 O 转关。E 点在X 轴方向的相对风速 VX 为 V f 在 E 点沿X 轴的分量,
动。并经过增速器 10 带动发电机 11 发电。由于转臂的旋转, 减去 E 点运动速度在 X 轴的分量, 即:
使得链轮 5 既有公转又有自转, 并通过传动链 4 带动链轮 3 也 VX = V fsin (
+ / 2) - (-
R sin ( / 2) ) = V fsin (
+ / 2) +
产生自转。桨叶的自转使其受风面转角得到控制, 以保证风力
R si