小型風(fēng)力發(fā)電機組風(fēng)輪側(cè)偏調(diào)速的原理新解

　　當外界風(fēng)速由V1 提高為V2 時，風(fēng)輪軸線將會逆時針偏轉(zhuǎn)一個γ 角。此時，一方面因風(fēng)輪掃掠面積F 在垂直于風(fēng)向上減小為F·COSγ，其輸出功率相應(yīng)地下降為COSγ 倍，轉(zhuǎn)速不會發(fā)生波動，所以風(fēng)輪葉片半徑R 處的切向相對氣流速度仍為W1R，而合成氣流速度變?yōu)閃2，其入流角變?yōu)?Phi;2，由圖可知，Φ2>Φ1，而槳角θ 不變，所以氣流的攻角α2>α1，在α2>αn（臨界攻角）后，翼型表面的層流受到干擾由序流變?yōu)榧y流，形成小的渦流，致使氣流阻力增大，升力下降，氣動效率明顯下降，這就是翼型的失速效應(yīng)。此時，風(fēng)輪效率導(dǎo)致其功率明顯下降而起到調(diào)節(jié)作用。
　　由圖可知：風(fēng)輪側(cè)偏的角度γ 越大，其掃風(fēng)掠面積在風(fēng)向上的投影越小，采集能量也就越小；另一方面，因γ 角的增大使氣流入流角隨之增大，所以攻角α 越發(fā)增大，風(fēng)輪的失速效應(yīng)越加明顯，效率進一步下降。此時兩種調(diào)節(jié)功能互相疊加，調(diào)節(jié)效果更加明顯，從而使風(fēng)輪轉(zhuǎn)速限定在允許的范圍內(nèi)而不會發(fā)生“飛車”損壞。只要將有關(guān)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如風(fēng)輪軸線與回轉(zhuǎn)軸的偏心距e，尾舵重力距Mg 以及尾舵銷軸的傾斜角β 選擇恰當，這種風(fēng)輪側(cè)偏式調(diào)整速方式還是相當可靠的。這也是過去幾十年中被小風(fēng)電機組廣泛采用的主要原因。

　　但是，這種調(diào)速方式也有其不可避免地缺陷。即對葉片的激振效應(yīng)。由圖可知，在風(fēng)輪側(cè)偏運行工況下，由于風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面與風(fēng)向之間存在著側(cè)偏角γ，使得風(fēng)輪葉片在旋轉(zhuǎn)一周的過程中，其上每個葉素承受的風(fēng)速是變化的，從而使葉片受到的氣動壓力是瞬時變化的，這種瞬時變化著的氣動載荷就是使葉征發(fā)生振動的激振源，它將使葉片產(chǎn)生變頻振動。當某一頻率與塔架系統(tǒng)或尾舵系統(tǒng)的固有自振頻率相近時就產(chǎn)生系統(tǒng)
　　瞬時共振。這就是側(cè)偏或調(diào)速。風(fēng)力發(fā)電機在側(cè)偏運行工況下，容易發(fā)生不同程度地振動（抖動）的原因，這也是側(cè)偏調(diào)整速方式不可避免的缺陷。