风力发电机叶片设计技术的发展概况(1).pdf

30 Scientific Research 科学研究
风力发电机叶片
设计技术的发展概况
时燕1  王海宽1 亢燕茹1 孙云峰1 张春友1
( 010018; 102206.)
摘 要:本文介绍了风力发电机叶片设计技术的发展概况,探讨发展而来的。经典的叶片设计理论有贝茨理论、简化的风
了风力机叶片设计中的气动设计和结构设计两项关键车理论、叶素理论、动量理论、Wilson气动优化设计理论
设计技术的研究现状,随着风力发电机组向大型化发和Glauert环动量理论等。
展,叶片设计技术也要不断提出新的理论及方法。贝茨理论采用一元定常流动的动量定理,研究理论状
关键词:风力发电机叶片气动特性结构设计态下风轮的最大风能利用系数。理论假定风轮是理想的,
也就是说风轮没有轮毂,没有锥角,而叶片是无穷多的,风
轮旋转时没有摩擦阻力,风轮流动模型可简化为一元流管,
0 引言风轮前后气流静压相等,作用在风轮上推力均匀,应用动
量方程,,这就是著名的
随着世界经济的飞速发展,煤和石油等化石能源的消 Betz极限。Betz理论由伯努利方程和流体能量连续性方程
耗迅猛增长,能源的枯竭和环境污染问题迫在眉睫。因此, 得出,因此结论适合于任何流场,运用Betz理论可建立简易
促进新能源和可再生能源的开发和发展己成为世界各国政叶片外形设计方法,但目前不常用。
府和能源界研究和投资的热点。风能是一种清洁无污染的叶素理论将叶片沿展向分成若干个微段,每个微段称
绿色可再生能源,储量丰富且取之不尽、用之不竭,世界各为一个叶素。并且假设每个微段之间没有干扰,叶素本身可
国都在重点研究和开发。用风力发电可减少常规能源的消以看成一个二元翼型。
耗,对保护环境、维护生态平衡和改善能源结构具有重要动量理论在风轮扫掠面内半径r 处取一个圆环微元体
意义。来进行分析。
  近年来,风力发电在世界的能源总量中所占的比例逐简化风车理论假设风力机按照贝茨公式的最佳条件运
渐提高,风电已经成为世界上发展最快、最具发展前景的能行,先通过两种方法来估算在距转轴r至dr区间截面上的轴
源开发方式。根据世界风能协会最新统计数据,2006年,全向推力,进而确定计算翼弦的基本关系式。根据关系式所
,年平均增长率为25%,到求出的叶片的弦长是r的函数,而对于给定的叶尖速比λ0,
2006年底,,风力发从叶尖到轮毂,弦长增加。
电量在世界总电量中所占的比例已超过1%。 Wilson气动优化设计理论对以前的设计方法进行了改
叶轮是风力发电机吸收风能的关键部件,它直接决定进,研究了叶尖损失和升阻比对叶片性能的影响以及风轮
风力发电机的重要性能指标—风能利用系数。而叶轮的关在非设计状态下的气动性能。为使风轮风能利用系数Cp值
键是叶片,叶片的形状及其气动性能的好坏将直接影响到最大,须使每个叶素的dCp值最大。优化过程中考虑了诱导
风力发电机转换风能的效率,因此,随着风力发电技术的发速度、升阻比、叶尖损失等对最佳性能的影响。
展已经,叶片设计技术也有了很大的发展,已经综