全程变桨距风能转换装置的气动研究

【摘要】：传统的风力机优化设计方法以桨叶各截面在设计风速处具有最大的功率系数为设计目标,设计实际上是针对稳定风速的。然而,实际应用中因为风速的变化往往使风力机偏离设计点运行, 导致风力机的最高效率点只有一点。另外,我们知道,风能的变化与风速的三次方呈正比。如果风力机的转速和功率这样急剧的变化,就缺乏实用价值,我们必须对风力机的功率输出加以控制。 为了实现风力机的最大能量转换,提出了在整个工作风速范围内采用风轮正面的风压作为变桨距的控制信号,实现最大功率跟踪变桨距。从动量理论、叶素理论、动量矩理论出发,以Willson 叶片优化设计方法为基础,给出了风力发电机叶片优化设计的数学模型。并以MATLAB 高级语言为工具编写了设计计算和性能计算的计算程序,给出了程序框图。通过计算,设计制造出了风压式全程变桨距风能转换装置,并对样机进行了车载试验。从试验结果来看,该风能转换装置的高效运行的范围从一个极小的区间扩展成一个较宽的区间,同时使风力机在大于额定风速工作时仍然能够保持稳定的转速,在起动前使桨叶处于阻风状态,起动力矩增大了近20 倍。