风力机外场测试方法的试验研究

本文介绍,用CX-1微机信号分析仪作为记录仪和前沿数据处理仪器,通过改变风力机负载的方法(简称变载法)来获得风力机的风轮空气动力特性和其它特性。论证了传统测试方法——惯性测试法测试误差大和变载法测试精度较高的根本原因。并通过误差计算和实测对比。证明变载法的测试精度高于传统测试方法。 本文介绍一种用CX-1微机信号分析仪作为记录和前沿数据处理仪器的变负载测试法(简称变载法)。重点介绍风轮空气动力特性的测试方法,且以FD-7风力提水机组的测试为例来阐明变载测试法,这种测试方法的测试精度较高(误差小于5％)、成本较低,可用于各类风力机具的测试。     

双叉式叶尖结构对风力机风轮振动的影响

为降低风力机风轮的振动,提出一种用于小型风力机的双叉式叶尖结构改型设计方案,通过风轮模态试验与风轮振动特性试验,测出改型设计前后风轮的模态参数、振动频率与振动加速度幅值,研究不同夹角的双叉式叶尖结构对风力机风轮振动特性的影响.通过对比未改型风轮与双叉式叶尖结构风轮的试验.结果发现:双叉式叶尖结构使风轮的二阶到四阶固有频...     

小型风力机系统气动及发电性能试验研究

为了揭示小型风力机系统气动及发电性能的差异,分别对某新型的风力机风轮及连接发电机的同一风轮的气动性能和发电性能开展风洞试验,详细分析了风轮的气动特性及发电机的电磁特性.基于风轮气动功率和发电机的发电功率试验数据,给出了风力机不同风速下的最优工作曲线和实际工作曲线,在不同风速下实际工作曲线中的发电功率峰值及其对应转速均小...     

自然风况下小型风力机试验方法的研究

文中阐述了自然风况下小型风力机风轮空气动力特性、调节特性、调向特性的试验方法及其测试数据处理;初步讨论了这种试验方法的误差范围。实践表明,所提供的方法,对小型风力机在自然风况下的试验,是一种比较简单实用、且行之有效的办法,将对小型风力机的研究、制造、选型定型工作有所助益。     

高效大型风力发电机组

美国制造了一台新式大型风力发电机组,已在夏威夷的瓦胡岛投入使用。该套风力发电机组由于采用了新技术,其发电效率要比一般的风力发电机组高得多。机组的风轮直径为97.5m,重量达144t,年发电量可达10GW·h。　　机组的发电、转速和风轮迎风角等均由电脑控制,能保证在风力强弱变化时不致影响机组的正常运行。在风轮结构设计上采用了最佳驱动方式,使风力机叶片顶端不致产生颤动问题,从而延长了抗疲劳寿命。在碰到约近100km/h的狂风时,风轮能自行制动停转。高效大型风力发电机组     

偏心风轮结构对垂直轴风力机气动特性影响数值模拟

为了改善垂直轴风力机气动特性,提出了一种具有偏心结构的直线翼垂直轴风力机风轮形式,通过增大叶片气动力对转轴的作用半径来改善风力机的起动性能和提高输出功率特性.以采用NACA0018翼型的3叶片风力机为对象,利用数值模拟方法计算了具有6种不同偏心量风轮结构的风力机静态起动力矩系数和输出功率系数,分析了不同偏心量对风力机气动特性的影响规律.计算结果表明:适当的偏心量可消除在某些方位角处的反向力矩,使静态力矩系数波动变得平滑,从而有效改善直线翼垂直轴风力机整体起动性能.同时,适当的偏心量还可有效提高风力机的输出功率特性,最大功率系数可提高12%.     

实度对直叶片垂直轴风力机风轮气动性能的影响分析

实度是直叶片垂直轴风力机设计的关键参数,对风力机气动性能起主导作用.分析并建立了垂直轴风力机局部流场下的力学模型,研究实度与气动性能的关系;对风力机进行了数值模拟,分析了叶片的动态力学特性,并重点研究风轮半径、弦长及叶片数量对风能利用率的影响;进行了样机实验验证了数值模拟的精度与可靠性.研究发现:实度增加,风力机在低尖速比下的启动特性得到改善,但产生高风能利用率的有效尖速比范围变小;样机实度为0.628时,2叶片和4叶片风轮的输出功率相当,但4叶片风轮的输出功率比2叶片风轮更稳定;实度参数对风能利用率贡献不同,弦长变化可提高风能利用率的峰值,而叶片数量的增加会降低风能利用率的峰值.     

伞形风力机功率输出特性的试验研究

介绍了伞形调节机构的组成和工作原理,对下风向风力机受到的塔影效应进行理论分析,并利用风洞对伞形调节机构进行稳态风试验.试验验证了5 k W伞形风力机和伞形调节机构设计的合理性与实用性;得到了受塔影效应较为严重的60.0°收缩角时的功率特性曲线,并分析了不同功率特性曲线现象发生的原因;发现了风轮收缩角为50.0°~62.0°,风速为13.5~17.0 m/s伞形风力机功率输出特性曲线出现衰减现象;提出了在伞形风力机叶片中心附近增加不同数量和不同形状导流板的假设,从而减小功率衰减现象对伞形风力机在应对复杂气候条件下功率输出的影响.试验可以为风力机设计人员提供很好的参考价值,并且对复杂气候条件下风力发电技术的应用研究具有理论和工程应用价值.     

风力发电机风轮与发电机匹配的研究

为使风力发电机,在较宽的风速范围内最大限度地提高风能利用率,进行风轮与稀土永磁发电机在工作风速范围内的匹配研究。通过分析风轮的气动特性和稀土永磁发电机的输出特性,建立风轮与发电匹配的数学模型,用计算机仿真从理论上提出相匹配的设计方法。通过试验对其方法进行修正,形成风力发电机具有最佳效率运行的设计方法,用于解决目前风轮与发电机不匹配,发电效率差,风能利用率不高等问题。     

叶片挥舞振动后风轮流场特性

为了研究水平轴风力机叶片挥舞振动后风轮尾迹流场特性的变化规律,以某NACA翼型风轮为研究对象,通过自定义UDF代码及采用动网格技术成功控制了叶片振型,使得风轮在三维旋转的同时做垂直于旋转面的挥舞运动.数值模拟中利用Fluent计算平台对风轮尾迹速度场、涡量场及压力脉动特性进行研究.研究结果显示:施加振动后风轮在1个旋转周期内均会在叶中附近产生相对速度增益区、叶尖处会产生速度亏损区域,从而使叶片受力更加不均匀,出现较大压差,加速叶片的损坏与断裂;施加挥舞振动后叶尖处涡量强度增加,叶尖涡的脱落有所延迟;施加振动前后压力脉动均呈现周期性波动,且在径向0.5 m处压力脉动波动最为明显.通过引入新的非定常因素,揭示挥舞振动对风轮尾迹流场特性影响规律,使数值模拟结果更加逼近风力机实际运行状态,对风力机叶片设计具有指导意义.     

介绍FD—1000W风力发电机的结构特点

文章详细介绍了ＦＤ－１０００Ｗ风力发电机的结构特点。风力机的转速控制，采取可调整偏心距的侧偏式结构；风轮采用定桨距固定桨叶形式；折尾式的尾舵与尾舵杆之间采用铰链和扭簧连接方式。     

垂直轴风力机塔柱结构的分析及优化

为了避免风力机系统的共振而导致的系统损坏和噪声污染,通过系统动力特性分析和动力学响应计算分析,得到了风力机塔柱的低阶固有频率和谐响应的数据,以及风轮和塔柱之间的动态关系与整个系统的动态特性,为结构动态设计以及优化提供科学依据.首先确定对风力机塔柱系统结构动态性能影响最大的模态频率,提取该阶模态频率作为动态优化的目标,最后分析塔柱结构与风轮之间的动态干扰.结果表明：原设计在风轮以设计额定转速160 r/min运行时,其产生的简谐荷载对风力机塔柱具有十分严重的破坏性,通过增加主轴钢管的壁厚并提高其刚度等优化工作,经计算证明,在激振力不变的情况下,第一阶固有频率得到提高,塔柱的各阶固有频率下的最大位移大幅减小,优化效果明显,达到结构动力设计的目的.     

垂直轴风力机塔柱结构的分析及优化

为了避免风力机系统的共振而导致的系统损坏和噪声污染,通过系统动力特性分析和动力学响应计算分析,得到了风力机塔柱的低阶固有频率和谐响应的数据,以及风轮和塔柱之间的动态关系与整个系统的动态特性,为结构动态设计以及优化提供科学依据.首先确定对风力机塔柱系统结构动态性能影响最大的模态频率,提取该阶模态频率作为动态优化的目标,最后分析塔柱结构与风轮之间的动态干扰.结果表明：原设计在风轮以设计额定转速160 r/min运行时,其产生的简谐荷载对风力机塔柱具有十分严重的破坏性,通过增加主轴钢管的壁厚并提高其刚度等优化工作,经计算证明,在激振力不变的情况下,第一阶固有频率得到提高,塔柱的各阶固有频率下的最大位移大幅减小,优化效果明显,达到结构动力设计的目的.     

组合型垂直轴风力机结合角度对起动性的影响

与Savonius风轮组合使用是改善直线翼垂直轴风力机起动性的重要方法,而二者的结合角度对组合型垂直轴风力机的起动性有很大影响.首先,设计了采用FX63-145和NACA0018翼型的直线翼垂直轴风力机和Savonius风轮,利用风洞试验测试并分析了各自的起动性.然后,分别将Savonius风轮的最佳起动区域与两种直线翼垂直风力机的最差起动区域和最佳起动区域进行组合,测试了在这4种不同组合方式下的组合型垂直轴风力机的起动性.结果表明:对于采用对称翼型的直线翼垂直轴风力机,将直线翼垂直轴风力机的最佳起动区域与Savonius风轮的最佳起动区域结合的方法可以更好地提高组合型垂直轴风力机的起动性.而对于采用非对称翼型的直线翼垂直轴风力机,两种组合方式各有优缺点.     

B-Spline曲线聚风装置直线翼垂直轴风力机启动性能数值模拟

为了提升直线翼垂直轴风力机的启动性能,基于B-Spline曲线生成方法,提出一种具有流线型轮廓的聚风装置,将其分别安装在风轮顶端和底端,用以提升风轮附近的来流风速,使风轮汲取更多风能,达到更易启动的特点.选取聚风装置的5个结构参数进行设计：聚风装置与风轮间隙距离ΔL、底圆半径R₁、顶圆半径R₂、入口角度α₁和出口角度α₂.设计方法采用二次旋转正交组合筛选最优模型,通过三维数值模拟研究聚风装置参数对直线翼垂直轴风力机启动性能的影响,获得了最佳外形参数组合.此外,对有无加装聚风装置的直线翼垂直轴风力机进行了静态三维数值模拟.结果表明,通过添加具有外凸流线型轮廓的聚风装置,直线翼垂直轴风力机的启动性能有显著提升.在风速较低的情况下,性能改善更加明显.聚风装置可使直线翼垂直轴风力机的平均启动力矩系数最大增加38.8%,峰值平均启动力矩系数最大可增加31.2%.     

不同桨距角某小型水平轴风机的气动性能分析

为了研究风力机叶片对风力机运行性能的影响.以家用小型风力发电机风轮为对象,利用UG软件得到叶片的三维模型.通过有限体积数值方法求解流动域不可压缩的Navier-Stokes控制方程和k-ω SST湍流模型方程,其中扩散项采用二阶中心差分格式,对流项采用二阶迎风格式,压力-速度耦合采用SIMPLE算法,得到流场变量的数值解.通过分析数值结果,研究了风轮的气动性能,即功率系数、力矩系数和轴向力系数在不同桨距角下随叶尖速比的变化情况:即随着尖速比的增大,功率系数、力矩系数均先增大后减小;随着桨距角的增大,最大功率系数和力矩系数先增大后减小,而最大轴向力系数逐渐减小.同时,展示了不同桨距角下叶片尾部的流线图.通过对风力机叶片气动性能的研究,可为小型水平轴风力机叶片的优化设计提供参考.     

国产600千瓦风机通过鉴定验收

由新疆风能公司研制生产的6 0 0千瓦国产化风力发电机组最近通过科技部验收 ,从而填补了这个领域的国内空白。该风机主要技术经济指标达到国际九十年代先进水平 ,为今后国产化风力发电机组的规模化生产打下了基础。该风力机所采用的电控系统是自行设计的风力机控制系统 ,功能齐全 ,能满足大型风力发动机组各种运行状况下的控制要求。风机结构设计合理 ,整机性能和引进的风力发电机组相当 ,有广阔的应用前景和较大的推广价值。国产600千瓦风机通过鉴定验收@郭立     

与风力发电相关的风特性分析及模拟方法概述

通过对自然风的形成、近地面风向、风速、湍流度等基本风特性及其分布规律的描述和风速、风向的工程模拟方法的概括总结,并以某一地区的实测风向、风速数据为基础,对中期和短期风特性及模拟方法加以说明。为了解风力机风轮在自然风场中的受力情况、风电场功率预测、风力机运行状态、风能资源评估和风力机机械部分设计等提供依据;为建立自然风精确风模型、合理的模拟自然风特性提供理论基础。     

从纵横向流场分析垂直轴风力机功率随转速的变化

为了进一步明晰风轮转速对垂直轴风力机功率输出的影响,以某垂直轴风力机为研究对象,基于Fluent计算软件,采用SST k-ω湍流模型结合滑移网格技术,利用SIMPLE算法迭代,采用二阶迎风格式对垂直轴风力机进行非稳态计算.计算得到了不同转速下的风轮输出功率,通过将计算结果与试验结果进行对比分析,进一步验证了风轮功率随转速变化的规律.风轮速度场研究给出了尾迹不同位置处的纵向剖面速度云图,其中尾迹纵向剖面速度云图中的低速区出现了竖直方向对称而横向不对称现象.同时,通过对比风轮在不同转速下的尾迹流场纵向剖面速度云图和横向涡量场云图的差异发现风轮在额定转速下吸收风能最多,涡量损耗最小,并分析这种现象的诱因,从纵向流场和横向流场双重角度解析了风轮在额定转速下输出功率最大的原因,更加清晰地揭示了风轮输出功率随转速变化规律的机理.研究内容通过纵向截面和横向截面双重角度展现了风轮流场的变化,可为垂直轴风力机的设计和气动性能改善提供参考.     

多叶式风轮模型气动特性的风洞试验研究

本文以多叶式风轮模型的风洞试验为研究对象,着重介绍了以下几个方面的内容: 一、惯性法原理,风轮气动力特性的测试方法,试验数据电子计算机处理方法和程序框图。 二、通过试验得出风轮各个参数包括叶片数、叶片弧度、弧长、安装角等对其气动性能的一影响,试验结果证明了以下结论: ① 叶片安装角对风轮的气动性能有明显的影响,对于确定的风轮,产生最大动力输出有一最佳叶片安装角范围。 ② 弧形叶片的气动性能较平板型叶片的气动性能好得多。本文同样讨论了叶片弧长,叶片长度对风轮气动性能的影响。 ③ 由于不同结构和参数的风轮模型具有不同的性能,因此,必须根据与风力机配套作业机具的性能要求选择风轮结构,以求取得最佳的匹配特性。