風(fēng)電機(jī)組氣動(dòng)設(shè)計(jì)中的若干問題探討

圖11 葉尖和葉根修正前后弦長分布對(duì)比

　　3 不同類型風(fēng)電機(jī)組氣動(dòng)設(shè)計(jì)的區(qū)別
　　對(duì)于最常見的直驅(qū)型機(jī)組與雙饋型機(jī)組，風(fēng)輪的主要區(qū)別在于輪轂尺寸差別較大。目前市場(chǎng)上還沒有專門針對(duì)某種類型風(fēng)電機(jī)組而設(shè)計(jì)的葉片，這里著重討論雙饋機(jī)組葉片用于直驅(qū)機(jī)組的適用性問題。
　　ZDS-2500 風(fēng)電機(jī)組為雙饋型，輪轂直徑為2.4m。假設(shè)將其葉片應(yīng)用于直驅(qū)機(jī)組，輪轂直徑為3.4m，此時(shí)風(fēng)輪直徑為81m。從圖10 的功率系數(shù)對(duì)比結(jié)果看，直接將雙饋機(jī)組的葉片應(yīng)用于直驅(qū)機(jī)組，功率系數(shù)要比按照直驅(qū)機(jī)組設(shè)計(jì)的功率系數(shù)低，最高點(diǎn)要低0.5% 左右。如果直驅(qū)機(jī)組輪轂直徑更大，那么損失就會(huì)增加，因此對(duì)于輪轂直徑差距較大的雙饋和直驅(qū)，應(yīng)該分別設(shè)計(jì)葉片，而不宜混用。

 圖12 葉尖修正前后扭角分布對(duì)比

圖13 葉根修正前后扭角分布對(duì)比

　　4 葉根與葉尖的修正
　　按照氣動(dòng)理論設(shè)計(jì)的葉片弦長，在葉根處會(huì)很寬，給運(yùn)輸和制造帶來困難。ZDS-2500 風(fēng)電機(jī)組葉片的葉尖和葉根做了修正（圖11），葉根修正主要是為了避免過大的弦長　（此處所選翼型升力系數(shù)很大，導(dǎo)致弦長過大），葉尖修正則是出于降噪的考慮。
　　弦長修正后，葉尖對(duì)應(yīng)的真實(shí)扭角，需要根據(jù)修正后的弦長進(jìn)行重新計(jì)算。圖12 為優(yōu)化計(jì)算獲得的扭角分布。從中可以看出，葉尖處扭角會(huì)反向增加，這是由葉尖弦長急劇減小造成的。說明通過葉片反扭可以實(shí)現(xiàn)葉尖功率的最大化。葉根部分的扭角理論設(shè)計(jì)值很大，由于其對(duì)氣動(dòng)貢獻(xiàn)較小，可將扭角范圍進(jìn)行限制（圖13）。
　　5 結(jié)論
　　本文討論了設(shè)計(jì)葉尖速比、多翼型設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)點(diǎn)選擇、不同機(jī)型、葉根與葉尖修正等風(fēng)電機(jī)組氣動(dòng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵參數(shù)，提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案。分析結(jié)果表明，在滿足限噪、限載的要求下，應(yīng)盡量提高設(shè)計(jì)葉尖速比，以減小葉片寬度；過渡翼型及其氣動(dòng)特性能夠通過基于厚度加權(quán)的插值算法獲取；多翼型設(shè)計(jì)中，可以將設(shè)計(jì)點(diǎn)適量偏離翼型最大升阻比處，來實(shí)現(xiàn)更佳的功率特性和幾何連續(xù)性；雙饋異步與同步直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組的葉片應(yīng)獨(dú)立設(shè)計(jì)，不可混用，以避免功率損失；工程實(shí)際中，理論設(shè)計(jì)的葉片根部和葉尖要進(jìn)行必要修正。
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