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。 【关键词】：风力机 变桨距 优化设计 功率特性
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TK83
【目录】：

• 第一章 绪论6-15
• 1.1 引言6-7
• 1.2 风力机工作的基本原理7-8
• 1.3 风力机的控制技术8-11
• 1.3.1 风轮侧偏方法9
• 1.3.2 失速控制方法9-10
• 1.3.3 变桨距控制方法10-11
• 1.4 本课题研究的意义11-13
• 1.4.1 技术意义11-12
• 1.4.2 社会意义12-13
• 1.5 课题研究内容及关键技术13-15
• 1.5.1 研究内容13-14
• 1.5.2 关键技术14-15
• 第二章 基本理论与数学模型15-24
• 2.1 贝兹理论15-18
• 2.2 动量矩理论18-19
• 2.3 动量理论19
• 2.4 叶素理论19-22
• 2.5 叶片优化设计思想22-24
• 第三章 风力发电机叶片的设计24-52
• 3.1 叶片设计参数的选定24-26
• 3.2 叶片气动外形的设计26-37
• 3.2.1 叶片气动外型的设计方案26-27
• 3.2.2 翼型数据的选取及其程序设计27-30
• 3.2.3 叶片优化设计的计算程序设计30-34
• 3.2.4 叶片外形的修正34-37
• 3.3 叶片气动性能计算37-51
• 3.3.1 气动性能计算及其基本方案37-39
• 3.3.2 翼型数据的选取及其程序设计39-44
• 3.3.3 性能计算的程序设计44-45
• 3.3.4 性能计算的结果45-51
• 3.4 叶片的加工51-52
• 第四章 全程变桨距机构的设计52-58
• 4.1 风轮扫略面风压的计算53
• 4.2 不同风速下叶片最佳安装角的计算及优化选取53-56
• 4.2.1 计算的基本思路53-55
• 4.2.2 全程变桨距风轮的性能计算55-56
• 4.3 变桨距机构的设计56-58
• 第五章 试验58-64
• 5.1 试验名称58
• 5.2 试验目的58
• 5.3 试验前的准备58-59
• 5.3.1 试验仪器58
• 5.3.2 试验场地58-59
• 5.4 试验方法59-60
• 5.4.1 试验装置原理图59
• 5.4.2 起动特性的测定59
• 5.4.3 功率输出特性的测定59-60
• 5.5 试验数据的整理与分析60-62
• 5.6 结论62-64
• 第六章 总结64-65
• 参考文献65-68
• 致谢68-69
• 附录69-70

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