200W浓缩风能型风力发电机的应用

风能是太阳能的一种转换形式 ,取之不尽、用之不竭 ,在其转换为电能的过程中 ,不产生任何有害气体和废料 ,不污染环境 ,具有就地取材不需要运输等特点 ,有重要的开发应用价值。但是风能具有流密度低 ,稳定性差等弱点 ,又给风能利用带来了一定困难。因此国际上风力发电虽然进行了许多研究和试制 ,但是与火电、水电和核电相比 ,其制造成本较高 ,年运转率低 ,经济性差。浓缩风能型风力发电机的设想是为了克服风能流密度低和稳定性差等弱点 ,自然风径浓缩风能装置加速和均匀化之后驱动风力发电机叶轮运转 ,叶轮所受载荷均匀性程度提高 ,功率增大…     

浓缩风能型风力发电机系列产品的推广应用

浓缩风能型风力发电机将稀薄的、呈湍流运动的自然风浓缩后,有效地对自然风进行加速、整流,降低了自然风的湍流度,改善了风能密度低和不稳定性等弱点,提高了风力发电机工质的品位。通过风洞实验和在中国、日本进行的小型机组实际运行实验,证实了浓缩风能理论的合理性。浓缩风能型风力发电机具有切入风速低、高风速时自动限速可不停机连续发电、发电量大、运转平稳、噪音低、安全性高、寿命长、度电成本低等特点,通过在国内外的推广应用,提高了风能的商业利用价值,适用地域广,取得了明显的经济效益、社会效益和环保效益。     

低转速永磁发电机在浓缩风能型风力发电机上的应用

本文介绍了国内外风力发电现状和具有切入风速低、噪音低、安全性高、寿命长、度电成本低特点的浓缩风能型风力发电机，对发电机的结构、特点和转子磁钢进行了描述，并在此基础上研制了低转速稀土永磁同步发电机，样机试验结果证明了设计方法的可行性。     

浓缩风能型风力发电机组的安装、使用与维护

介绍了浓缩风能型风力发电机组的组成和具有的将稀薄的、呈湍流运动的自然风浓缩后利用．有效地对自然风进行了加速、整流,改善了风能密度低和不稳定性,提高了风力发电机工质的品位等特点。重点阐述了浓缩风能型风力发电机组的安装、使用方法和运行、维护时的注意事项。     

风力发电机相似模型的能量转换特性实验——以200W浓缩风能型风力发电机为例

浓缩风能型风力发电机提高了风能的品位,改善了风能的不稳定性,其能量转换规律具有特殊性.通过采用车载法对200W浓缩风能型风力发电机相似模型的流场进行测试,运用皮托管和数字压力计测试了各断面特征点的总压和静压,获取了能量转换特性.实验表明:在自然风场风速为10m/s,12m/s和14m/s时,中央圆筒的3个断面的能量分别增至相同面积的前方来流风能的2.49倍、2.27倍和2.20倍.     

聚能型风力发电机的研究

聚能型风力发电机是使自然风通过增速聚能装置和稀薄的不稳定的风能浓缩和均匀化之后利用的一种发电装置。风洞实验表明叶轮前方风的流速可达到自然风流速的２．１６倍,从而使发电机输出功率增大为相同叶轮的普通型风力发电机的５．０８倍,并且起动风速低,提高了风能年利用率。因此风力发电成本降低。     

稀土永磁发电机的发展现状及其在风力发电机上的应用

介绍了国内外风力发电现状和稀土永磁材料在风力发电机上的应用。分析了永磁直驱风力发电机组的优缺点和恒速恒频及变速恒频型风力发电机,并对比分析了稀土永磁电机与普通励磁电机的性能,介绍了稀土永磁电机在普通型风力发电机中与在浓缩风能型风力发电机中的应用。     

新疆小型风力发电机特性及应用前景分析

针对风力发电机的结构特点、噪音和启动性能从多方面对水平轴和垂直轴风力发电机进行比较,指出小型立轴风力发电机具有起动风速低、无噪音、使用及维护方便、成本低等众多优点。分析了影响新疆牧民使用小型风力发电的制约因素,得出小型立轴风力发电在新疆具有较好的市场前景。     

浓缩风能型风力发电机性能分析及前景展望

浓缩风能型风力发电机是一种新型风力发电机,其设计思想是为克服风能能流密度低、不稳定等弱点,将自然风经浓缩风能装置加速、整流、均匀化后驱动发电机叶轮旋转,实现了将稀薄的风能浓缩后利用的目的。经风洞实验、车载实验和10年不同地区的实地运行表明,该机性能优良,进一步验证了浓缩风能理论的正确性,论证了浓缩风能型风力发电机向中、大型机组发展的可能性。     

具有导流板直线翼垂直轴风力机气动特性分析

为了改善直线翼垂直轴风力机的气动特性,通过在风力机外部安装平板型导流板,用以改变来流方向,改善叶片周围流动情况,从而提升风力机的气动特性.以采用NACA0018翼型的4叶片小型直线翼垂直轴风力机为对象,在风力机外部均匀安装了6枚平板型导流板,采用二次正交旋转设计方法,对导流板的宽度、角度和与风力机距离进行研究.以平均静态力矩为指标,通过数值模拟研究得到一组最优的导流板结构参数,并对静态流场进行了分析.根据数值模拟得到的最优导流板结构参数,制作了导流板及风力机模型,进行了风洞试验.结果表明:导流板的安装有效提升了直线翼垂直轴风力机的启动性能和气动性能.在10 m/s风速下,与无导流板的风力机相比,有导流板的风力机最大静力矩系数提升了35.6%,功率系数提升了39.5%.结论可为采用导流板来提升风力机性能的研究提供有益的参考.     

风力机风轮振动频率及应力特性试验研究

利用Pulse16.1结构振动分析系统,针对直径为1.4 m的小型水平轴风力机风轮进行静态固有振动频率和动态振动频率测试.研究发现:气动载荷对风轮二阶以下振动动频影响相对较小,且对一、二阶反对称振动动频的影响略大于对称振动动频;离心力对风轮二阶以下振动动频影响较显著,且对一、二阶对称振动动频的影响大于对反对称振动动频.此外,圆盘效应所引起的振动应力高于二阶以下其他振动应力,轴向窜动效应引起的振动应力介于一、二阶振动应力之间,这一结论与风轮静频测试中所获应力结果有很大的差异性,从而也考证了通过风轮静态测试间接分析其动态振动应力的方法并不适用.相关研究成果可为风力机在远短于设计寿命期内频繁发生疲劳损伤或断裂提供新的分析思路,同时为小型风力机风轮结构动力学性能的合理设计提供一定的理论支撑.     

垂直轴风力机动态特性及气动性能

垂直轴风力机流场属典型的非定常大分离流动,因其气动性能复杂,采用工程气动模型会有较大误差.为了研究垂直轴风力机动态失速与翼型附着涡的形成与发展,针对4种不同厚度的NACA对称翼型系列,基于Fluent软件的滑移网格技术,并选用S-A湍流模型和基于压力的Simple算法对H型垂直轴风轮流场进行瞬态CFD计算,得到了风轮旋转中动态失速相位角范围,较好地解释了小叶尖速比下翼型多处于动态失速区的流动机理.同时,提出了升阻系数计算方法,计算得到了该4种翼型系列的叶片扭转力矩、风力机功率和风能利用系数随叶尖速比变化规律.研究结果表明,风力机运行中翼型的动态与静态特性存在较大差别,翼型厚度对风力机扭转力矩、功率和风能利用率具有较大影响.故在进行垂直轴风力机设计时应综合考虑垂直轴风力机的翼型厚度等几何参数与旋转等动态参数对其气动特性的影响.     

适用于西藏地区的聚风型垂直轴风力机结构特性分析

为满足西藏高寒高海拔地区对风力机安全可靠性的需求,以部件强度和气象参数为约束条件,针对一台面向西藏地区的额定功率为500 W的聚风型直线翼垂直轴风力机进行结构分析,并采用有限元分析方法,对风力机主要部件进行了静力学分析和模态分析.静力学分析表明:在额定转速下风力机叶片、主轴、支撑臂、法兰盘、上下聚风罩和塔筒等主要结构部件的最大位移形变分别为0.19, 0.25, 0.013, 0.005 6, 0.63, 1.20, 0.05 mm;最大承受应力分别为11.96, 25.63, 11.70, 6.10, 4.68, 2.11, 2.28 MPa,均在材料所能承受的范围之内,风力机主要结构部件设计合理,满足设计要求.模态分析表明:风轮的工作频率2.50 Hz远小于其一阶固有频率9.22 Hz,不会发生共振,安全可靠.研究结果可为垂直轴风力机的结构设计与分析提供参考,为聚风型直线翼垂直轴风力机在高寒高海拔地区应用提供基础.     

采用新颖翼型的H型风轮气动特性试验研究

为了提高H型风轮的自启动性能,探索性地设计了一种仅有前缘和一个翼面的新颖翼型,并对采用该翼型的H型风轮进行风洞试验,分别测试了H型风轮在多个风速下的空载启动性能和功率输出特性,分析了雷诺数效应及翼型对于不同实度风轮的适用性.结果表明:采用新颖翼型的H型风轮能够低风速启动,具有较好的启动性能,该翼型对于提高大实度风轮的启动性能尤其明显;采用该翼型的大实度风轮以阻力为主要驱动力,本质上属于阻力型风力机,然而具有较高的风能利用系数.综合启动性能和功率输出特性,文中设计的翼型适用于大实度H型风轮.     

偏航状态下水平轴风力机尾迹偏移及湍流特征分析

为探索水平轴风力机偏航状态下尾迹变化情况,采用数值模拟结合理论分析的方法对不同风速、不同偏航角工况下的S翼型水平轴风力机尾迹流场进行数值分析.首先分析偏航与风力机输出功率之间关系,在此基础上分析不同偏航角工况尾迹中心的偏移情况以及尾迹处湍流强度的变化情况.结果表明:随着偏航角的增大,叶片表面的压强差减小,方位角每隔120°,叶片表面正压和负压在数值上均达到一次峰值,能造成风力机输出功率有明显损失的恶劣偏航角临界值为10°~15°;随着偏航角增大,沿轴向在1.0D之前尾迹速度中心向X轴的负方向偏移的程度增大,在此之后偏航角小于15°时尾迹中心的偏移程度增大,偏航角大于15°时减小;随着偏航角的增大,尾迹湍流强度的最大值增大,尾迹湍流强度恢复加快,尾迹缩短;偏航下风力机尾迹上下侧湍流强度分布不对称,湍流强度变化不同,使风力机尾迹湍流环境更复杂.     

基于U-ABL理论屋顶风力机微观选址数值方法探究

针对国际能源署Task27项目子课题——复杂城市建筑环境屋顶风力机微观选址数值分析方法研究,引入了较传统指数分布更精确、更适宜城市建筑环境的城市大气边界层(U-ABL)理论,探索性提出一种基于城市大气边界层内建筑屋顶风湍流特性分析的屋顶风力机微观选址的数值研究分析新方法.建立了呼和浩特南郊某建筑模型及适宜当地的相关入流函数;计算、分析了建筑屋顶各参考分析点的湍流强度、风加速因子、湍流厚度及理想功率增大因子等湍流特性参数随高度的变化规律;确定了屋顶选定水平轴风力机最佳安装位置为建筑前沿点、最佳安装高度约为1.50倍建筑高度;该实例验证了所提新方法的可行性,能为城市环境风湍流特征分析提供理论依据及新思路,亦对建筑屋顶风力机的微观选址具有理论和工程应用价值.     

乌鲁木齐地区风能资源及风力发电机特性

为了评估乌鲁木齐地区不同高度的风能资源及当地风力发电机特性,分析了两参数威布尔风速分布模型、风速随高度变化的模型、风能功率密度和容量因子等模型．利用乌鲁木齐地区10,20,30,40,50,60,70 m高度的风速数据,分析了该地区典型气象年不同高度的月平均风速、年平均风速、年平均风能功率密度、风速概率分布、基于极大似然法的威布尔形状参数与尺度参数、累计概率分布,同时选取了该地区使用的8种中小型风力发电机,分析了这些风力发电机的容量因子及能量输出．结果表明：乌鲁木齐地区10～70 m范围内的风能资源介于可利用区和较丰富区之间,该地区风力发电机的容量因子偏小,其变化范围为4.4％～19.8％,这主要是由于该地区平均风速不大所致,说明了乌鲁木齐地区不适合建大型的风力发电厂,但是适合建小型的风力发电厂,或以风力发电为辅助的混合发电系统,或者以风力驱动的机械系统．     

基于动网格技术水平轴风力机叶片及尾迹流场旋涡特性

为了研究风力机流场中涡的产生及演化过程,采用动网格技术中的重叠网格方法对水平轴风力机流场进行计算,利用Q准则对叶片表面、叶尖涡及中心涡涡旋结构进行可视化分析,并将计算结果与相同工况下滑移网格计算结果进行对比分析.结果表明:对比2种方法在不同截面的叶片表面涡量分布,动网格方法计算得出在吸力面流动分离区域更大,能够捕捉到更多叶片表面边界层分离的细节;叶尖涡在向下游运动过程中将出现“叶尖涡跳跃”现象;中心涡在尾迹流场中涡量分布呈双峰状,在风轮后0.5D~2.0D内,叶尖涡与中心涡发生混合扩散;动网格与滑移网格计算得出尾迹流场中,中心涡分布趋势基本一致,采用动网格方法得出涡量峰值更大,采用滑移网格方法得出中心涡更早发生扩散.相较于滑移网格方法采用动网格方法研究风力机流场中的涡会更具优势.     

风向变化速度对风力机功率及转速的影响

为了探索风向变化时风力机输出功率及转速的变化情况,以某S翼型三叶片水平轴风力机为研究对象,利用旋转平台模拟风向匀速变化过程,采用IEC61400中规定的极端风向角变化速度5°/s为上限,每间隔1°/s选取1个风向变化速度,即选取1,2,3,4和5°/s这5个风向变化速度,研究不同风向变化速度下风力机输出功率、转速的变化规律.结果表明:风力机在不同风向变化速度下其输出功率与转速总体都呈现波动下降趋势,同一风速下风向变化速度越大,下降速率越快,但在其风向变化过程中对应的下降幅值越小;在风向变化开始与结束时都存在迟滞现象,风向变化开始时风力机输出功率出现小幅度上升,并持续波动3 s左右后才会开始下降;风向变化结束后,风力机需要继续运行一段时间后输出功率与转速才会达到稳定值,风向变化速度越大,该迟滞时间越长,初始尖速比越大,最终稳定后数值越大.