风轮的性能计算

风力发电机风轮系统2.1.1 风力机空气动力学的基本概念1、风力机空气动力学的几何定义（1）翼型的几何参数翼型翼型本是来自航空动力学的名词，是机翼剖面的形状，风力机的叶片都是采用机翼或类似机翼的翼型，与翼型上表面和下表面距离相等的曲线称为中弧线。

下面是翼型的几何参数图1）前缘、后缘翼型中弧线的最前点称为翼型的前缘，最后点称为翼型的后缘。

2）弦线、弦长连接前缘与后缘的直线称为弦线；其长度称为弦长，用c表示。

弦长是很重要的数据，翼型上的所有尺寸数据都是弦长的相对值。

3）最大弯度、最大弯度位置中弧线在y坐标最大值称为最大弯度，用f表示，简称弯度；最大弯度点的x坐标称为最大弯度位置，用x f表示。

4）最大厚度、最大厚度位置上下翼面在y坐标上的最大距离称为翼型的最大厚度，简称厚度，用t表示；最大厚度点的x坐标称为最大厚度位置，用x t表示。

5）前缘半径翼型前缘为一圆弧，该圆弧半径称为前缘半径，用r1表示。

6）后缘角翼型后缘上下两弧线切线的夹角称为后缘角，用τ表示。

7）中弧线翼型内切圆圆心的连线。

对称翼型的中弧线与翼弦重合。

8）上翼面凸出的翼型表面。

9）下翼面平缓的翼型表面。

（2）风轮的几何参数1）风力发电机的扫风面积风轮旋转扫过的面积在垂直于风向的投影面积是风力机截留风能的面积，称为风力机的扫掠面积，下图是一个三叶片水平轴风力机的扫掠面积示意图。

下图是一个四叶片的H型升力垂直轴风力发电机的扫掠面积示意图。

根据前面两表可由所需发电功率估算出风力机所需的扫风面积，例如200W的升力型垂直轴风力发电机工作风速为6m/s，全效率按25%计算所需扫风面积约为6.2m2,如果工作风速为10m/s则所需扫风面积约为1.4m2即可；例如10kW的升力型垂直轴风力发电机工作风速为10m/s，全效率按30%计算所需扫风面积约为56m2,如果工作风速为13m/s则所需扫风面积约为25m2即可。

按高风速设计的风力机体积小成本相对低些，但必须用在高风速环境，例如把一台设计风速为10m/s的风力机放在风速为6m/s的环境工作，其功率会下降80%；按风速6m/s设计的风力机风轮会很大，虽在6m/s时运行很好，但遇大风易超速损坏电机，为抗强风时需增加结构强度使成本大大增加。

5.风轮转速 当风力机额定功率和风轮直径确定后，增加风轮转速，可 以减小风轮转矩，即减少作用在风力机传动系统上的载荷和 降低齿轮箱的增速比。风轮转速增加后，在额定风速相同 时，叶片的弦长可以减小，使叶片挥舞力矩的脉动值减小， 有利于叶片的疲劳特性和机舱塔架的结构设计。
6.塔架高度 塔架高度是风力机设计时要考虑的一个重要参数。一般， H/D=0.8~1.2。
3.2风力机空气动力设计参数
1.叶片数 水平轴风力发电机组的风轮叶片一般是2片或3片，其中3 片占多数。 当风轮直径和风轮旋转速度相同时，对刚性轮毂来说，作 用在两叶片风轮的脉动载荷要大于三叶片风轮。另外，实际 运行时，两叶片风轮的旋转速度要大于三叶片风轮，因此， 在相同风轮直径时，由于作用在风轮上的脉动载荷引起的风 轮轴向力（推力）的周期变化要大一些。
力特性。当雷诺数较小时，前缘分离气泡的存在、发展 和破裂对雷诺数非常敏感；当雷诺数较大时，翼型最大 升力系数也相应增大。
3.4风力机叶片气动外形设计
风力机叶片气动外形设计的任务是根据风力机总体设计技 术指标，确定风力机叶片的几何外形，包括叶片扭角、弦长 和相对厚度沿展向的分布。对于变桨距叶片还要给出桨距中 心位置和桨距角随风速变化的规律。
在迎角不大时，前缘就发生层流分离，然后转捩为湍流后 再附着于翼型表面，在分离点与再附着点之间形成气泡，随 着迎角的增加，向后缘迅速扩展，到一定迎角时，变成完全 分离。
图3-2给出了翼型在不同分离形式时的升力特性。前缘分 离、后缘分离、薄翼分离如图所示。
需要指出的是：翼型边界层的分离一旦引起翼型失速后， 即使马上回复到失速前的迎角，翼型边界层也不会马山再 附，恢复到分离前的流动状态，这种现象称为流动迟滞现象。
根据风力机性能的需要，风力机翼型一般应要求在分离区 内有稳定的最大升力系数，有很大的升阻比，表面粗糙度对 翼型空气动力特性影响小等特性。

风轮叶片外形尺寸标准风轮叶片是风能发电机组的核心部件之一，其外形尺寸标准对于风能发电机组的性能和效率至关重要。

下面将介绍风轮叶片外形尺寸标准的相关内容。

风轮叶片的外形尺寸标准主要包括长度、宽度、厚度等方面的要求。

首先是长度，一般来说，风轮叶片的长度应该根据具体的风能发电机组的功率和设计要求进行确定。

较小功率的风能发电机组，其叶片长度一般在10米左右；而较大功率的风能发电机组，其叶片长度则可以达到50米以上。

叶片长度的确定需要考虑到风能发电机组的稳定性、安全性以及运行效率等因素。

其次是宽度，风轮叶片的宽度一般也是根据具体的设计要求来确定的。

宽度的大小会直接影响到叶片的承载能力和抗风性能。

一般来说，较大功率的风能发电机组所使用的叶片宽度会相对较宽，以提高其承载能力和抗风性能。

另外，风轮叶片的厚度也是外形尺寸标准中需要考虑的重要因素之一。

叶片的厚度主要影响到其结构强度和重量。

较大功率的风能发电机组所使用的叶片一般会相对较厚，以保证其足够的结构强度；而较小功率的风能发电机组所使用的叶片则可以适当减薄，以降低其重量。

此外，风轮叶片的形状也是外形尺寸标准中需要考虑的重要因素之一。

常见的风轮叶片形状有直线型、弯曲型、扭曲型等。

不同形状的叶片对于风能发电机组的性能和效率有着不同的影响。

例如，弯曲型叶片可以提高叶片与风向之间的角度，从而增加了叶片与风之间的相对速度，提高了发电效率。

除了上述外形尺寸标准之外，风轮叶片还需要满足一些其他要求。

例如，叶片表面需要具有较好的防腐蚀性能和耐候性能，以保证其在恶劣环境下的使用寿命；同时，叶片还需要具有较好的气动性能，以提高其发电效率。

总之，风轮叶片外形尺寸标准对于风能发电机组的性能和效率具有重要影响。

通过合理设计和选择适当的外形尺寸标准，可以提高风能发电机组的稳定性、安全性和发电效率，进一步推动风能发电技术的发展和应用。

各种风力发电机组主要参数
风力发电机组的主要参数有风轮直径、额定风速、额定功率、空载转速、额定转速、切入风速、切出风速、极限风速等。

以下是对这些参数的详细说明：
1.风轮直径：风轮直径是指风力发电机组中风轮的直径大小。

风轮直径越大，其叶片受风面积越大，能够捕获更多的风能。

2.额定风速：额定风速是指风力发电机组开始发电的最低风速。

当风速达到额定风速时，风力发电机组开始转动并产生电能。

3.额定功率：额定功率是指风力发电机组在额定风速下所能够输出的最大功率。

通常以千瓦（kW）为单位。

4.空载转速：空载转速是指风力发电机组在无负载的情况下转动的速度。

这个参数对于风力发电机组的设计和运行非常重要。

5. 额定转速：额定转速是指风力发电机组在额定功率下所能够达到的转速。

通常以转/分钟（rpm）为单位。

6.切入风速：切入风速是指风力发电机组开始转动的最低风速。

当风速达到切入风速时，风力发电机组开始工作。

7.切出风速：切出风速是指风力发电机组停止工作的最高风速。

当风速超过切出风速时，风力发电机组会自动停止转动以保护设备。

8.极限风速：极限风速是指风力发电机组能够承受的最高风速。

当风速超过极限风速时，风力发电机组可能会受到损坏或摧毁。

除了上述的主要参数外，风力发电机组还有一些其他的参数可以影响其性能和输出能力，例如齿轮传动方式、发电机类型、刹车系统等。

这些参数都需要根据具体的项目要求和风能资源来进行选择和设计。

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§4-2：基础理论
与前面比较，本节考虑风轮尾流的旋转。 气流在风轮上产生转矩时，也受到风轮的反作用力，由此气流产生了 一个反向的角速度，使尾流以相反的方向转动。
新能源、可再生能源 ➢ 我国丰富的风资源与
政府的大力支持 ➢ 风能是有很强综合性的
技术学科
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§4-1：概述
研究内容
➢ 风力机空气动力模型； ➢ 风力机翼型空气动力特性； ➢ 风力机叶片空气动力设计； ➢ 风力机风轮性能计算； ➢ 风力机空气动力载荷计算； ➢ 风力机气动弹性稳定性和动力响应； ➢ 风力机空气动力噪声和风力机在风电场中的布置等。
图３-１ 风轮流动的单元流管模型
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§3-2：基础理论
假设来自远前方的流管，在叶轮激盘处恰与激盘外径相切，并伸 向下游，如此建立控制体。
应用一维动量方程得
激盘前后区域应用伯努利方程
T m V1 V2
m 单位时间流经风轮的空气
风轮处的质量流量：VA ，那么
T AV V1 V2
V
2 3
V1
V2
1 3
V1
V2/V1
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风轮附近速度和压力的变化规 律
➢ 风力平面处的风速总比来流小 （风轮吸收了功率）
➢ 本模型假设尾迹不旋转，意味着 在转动尾迹的动能中没有能量损 失。
✓ 实际上肯定是有损失的。
➢ 即使对最佳设计的风轮也不可能 系数60％的风动能。
V12
V22
1 AV
2

风力发电机组额定功率风力发电机组额定功率是指发电机组在标称工况下能够输出的最大功率。

额定功率与发电机组的设计和性能密切相关，是风力发电机组的重要参数之一。

一、风力发电机组的基本原理风力发电机组是利用风能驱动发电机发电的设备。

它由风轮、塔架、传动装置、发电机和控制系统等组成。

当风轮受到风的作用时，风轮叶片会转动，通过传动装置将旋转运动传递给发电机，发电机将机械能转化为电能输出。

二、风力发电机组的额定功率与设计1. 风轮设计：风力发电机组的额定功率与风轮的设计密切相关。

风轮的设计包括叶片的数目、长度、形状以及材料等。

这些参数决定了风轮的捕风面积、叶片的受力程度和转动效率，进而影响风力发电机组的额定功率。

2. 发电机设计：发电机是将机械能转化为电能的核心部件。

发电机的额定功率取决于其设计和材料的选择。

额定功率一般由发电机的输出电压和额定电流决定。

3. 控制系统设计：控制系统可以通过调整风力发电机组的转速和叶片角度来优化发电效率。

控制系统的设计直接影响着风力发电机组的额定功率。

三、风力发电机组额定功率的计算方法风力发电机组的额定功率一般由制造商通过实验和模拟计算确定。

常用的计算方法有以下几种：1. 标称功率法：根据风力发电机组的设计参数和特性曲线，通过定量分析和数值计算得出额定功率。

这种方法相对简单，适用于设计成熟的风力发电机组。

2. 风洞试验法：通过在风洞中对风力发电机组进行模拟试验，测量风轮在不同风速下的转速和输出电量，以此推算出额定功率。

3. 数值模拟法：利用计算流体力学（CFD）方法对风力发电机组进行三维流场分析，得到风轮的捕风面积、叶片的受力情况和输出电量等参数，进而计算出额定功率。

四、风力发电机组额定功率的影响因素风力发电机组的额定功率受多个因素的影响，包括：1. 风速：风速是影响风力发电机组额定功率的重要因素。

不同的风速对发电机组的转速和叶片角度有不同的要求，进而影响额定功率的大小。

2. 温度：温度的变化会影响空气密度，进而影响风轮的受力和转动效率。

小型风力发电电流计算公式随着可再生能源的重要性日益凸显，风力发电作为一种清洁、可持续的能源形式受到了广泛关注。

小型风力发电系统由风力发电机、控制器和储能设备等组成，其中风力发电机是核心部件之一。

在风力发电机中，电流是一个重要的参数，它直接影响着发电系统的输出功率。

因此，了解小型风力发电电流的计算公式对于系统设计和优化具有重要意义。

小型风力发电系统的电流计算涉及到多个因素，包括风速、风轮直径、发电机转速等。

在实际应用中，可以通过以下公式来计算小型风力发电系统的电流：I = 0.5 ρ A V^3 C。

其中，I表示电流，单位为安培（A）；ρ表示空气密度，单位为千克/立方米（kg/m^3）；A表示风轮叶片面积，单位为平方米（m^2）；V表示风速，单位为米/秒（m/s）；C表示风能利用系数。

在这个公式中，空气密度ρ是一个影响因素，它随着海拔高度的增加而减小，因此在不同海拔地区使用风力发电系统时，需要考虑空气密度对电流的影响。

风轮叶片面积A是另一个重要参数，它决定了风力发电机的叶片受风面积，从而影响了发电机的输出功率。

风速V是决定风能转化效率的关键因素，它的立方关系使得风速的变化对电流的影响非常显著。

风能利用系数C则是一个综合考虑了风轮设计、风能转化效率等因素的参数，它反映了风力发电系统的整体性能。

在实际应用中，以上公式可以帮助工程师和设计师对小型风力发电系统的电流进行初步估算。

通过对风速、风轮叶片面积和风能利用系数等参数的测量和分析，可以得到系统的电流值。

这对于系统的设计和优化具有重要意义，可以帮助工程师们更好地理解系统的性能特点，从而进行有效的优化设计。

除了以上公式，还有一些其他因素也会对小型风力发电系统的电流产生影响。

例如，风向的变化会导致风能利用系数C的变化，从而影响系统的电流输出；风轮叶片的设计和材料选择也会影响到电流的大小；发电机的转速和效率也会对电流产生影响。

因此，在实际应用中，需要综合考虑以上因素，通过实验和模拟分析等手段来准确计算小型风力发电系统的电流。

风轮直径和转速的关系(一)
风轮直径和转速的关系
1. 风轮直径和转速的基本概念
•风轮直径：指风力发电机的转子（风轮）的直径，通常用于描述风力发电机的规模大小。

•转速：指风力发电机转子（风轮）每分钟旋转的圈数，单位为转/分钟（rpm）。

2. 风轮直径和转速的关系
•风轮直径和转速之间存在一定的关系，即：
–当风轮直径增大时，转速通常会减小；
–当风轮直径减小时，转速通常会增大。

3. 解释说明
风轮直径和转速的关系取决于风力发电机的设计和性能要求。

具体而言，主要由以下因素影响：
风能的利用效率
•风轮直径越大，面积越大，能够捕捉到的风能也就越多，利用效率相对较高。

此时，为了保持稳定的输出功率，风力发电机需要降低转速。

风力发电机的机械设计
•风力发电机需要保持在设计安全转速范围内运行，以避免过大的机械应力和磨损。

当风轮直径增大时，输出功率相对增大，转矩也会相应增大，因此需要降低转速来保持安全运行。

变桨系统的设计
•风力发电机通常采用变桨系统调节风轮的扭转角度，以控制输出功率。

较大的风轮直径往往会降低整体的灵活性和响应速度，需要降低转速来提高变桨系统的效果。

4. 总结
•风轮直径和转速之间存在一定的关系，但具体的关系因风力发电机的设计和性能要求而异。

•通常情况下，增大风轮直径会降低转速，而减小风轮直径会增大转速。

-这一关系受风能利用效率、机械设计以及变桨系统等因素的影响。

以上是针对”风轮直径和转速的关系”的简要介绍，希望能对您有所帮助。

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其他要求 对叶片设计的要求不仅需要参考和选用设计标准，还 应考虑风电机组的具体安装和使用情况。上述的叶片基本 设计要求，主要参考了IEC 61400—1[2]标准和德国GL的 《风力发电风电机组认证规范》中的有关规定，以下一些 要求仅供设计参考。 极限变形 由于复合材料的优良特性，大型风电机组风轮叶片的 设计首先考虑叶片的刚度是否满足使用要求，然后进行强 度校核。因此对叶片的极限变形要求极为重要： 避免风电机组运行过程中与塔架碰撞，要限制叶片在最大 设计风速时的极限变形； 在叶片变桨距时，应考虑气动弹性载荷对变形的影响。
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结构设计要求
结构设计是形成叶片构件的关键设计过程，需要根据叶片所受的 各种载荷，并考虑风电机组实际运行环境因素的影响，使叶片具有足 够的强度和刚度。在规定的使用环境条件下运行时，应保证叶片在使 用寿命期内不发生破坏。另外，要求叶片的设计重量尽可能轻，并考 虑叶片间的相互平衡措施。 叶片的强度通常需要通过静强度和疲劳强度分析校核，受压结构 部分还应进行稳定性校核。强度分析应在足够多的截面上进行，需要 分析校核的横截面数目可根据叶片类型和尺寸确定，但至少应分析4 个以上的截面结构。同时，在叶片几何形状或材料不连续的位置，应 考虑增加必要的附加截面分析。 叶片强度分析可用相应的应变、应力等力学分析校核方法。对于 应力分析，还应额外校验最大载荷点处的应变，以确认设计结构不超 过材料破坏极限。
叶片结构设计的基本内容
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设计要求 气动设计要求
为了使风电机组有较高的风能利用效率，一般需要通过叶片气动 设计获得相应的设计参数或指标。采用葛劳渥(Glauert)、维尔森 (Wilson)或其他改进的可靠设计方法，通过计算确定叶片的气动外形 (如叶片的翼型、弦长、扭角、剖面厚度沿展向的分布等)，并提供相 应的设计条件参数(额定叶尖速比等)。 根据有关设计标准或第2、3章的分析，气动设计过程通常需要确 定以下设计参数或指标： 设计风速 设计风速是叶片设计的重要基础参数，包括额定设计风速、切入 风速、切出风速以及相应的湍流条件等。 气动性能指标 气动设计需要确定叶片的气动功能特性，如风能利用系数CP、推 力系数CQ、转矩系数CT等指标。

Dbh 、 Dhg 分别为风力机叶片与轮毂、轮毂和发电机之间的阻尼系数； Db 、 Dh 、 Dg 分别
为 3 个等效质量块自身的阻尼系数； Tw 、 Tg 分别为风力机的机械转矩和发电机的电磁转矩；
K bh 为风力机叶片和轮毂之问的等效刚度系数：K hg 为轮毂和发电机之间低速传动轴系等效
刚度系数，其值一般可通过轴系的扭振频率估算： K
通常将风力机和毂等效为 1 个质量块， 齿轮箱和发电机转子等效为另 1 个质量块， 其动力 学方程为：
d w 2 H w dt Tw K hgb Dhg (w g ) Dww dg K hgb Tg Dhg (w g ) Dgg a 2 H g dt db dt 0 (w g )
式中： H b 、 H h 、 H g 分别为风力机叶片、轮毂和发电机转子(含齿轮箱)的集中等效质量块 的标幺值惯性常数； b 、 h 、 g 分别为 3 个质量块的电角速度； 0 2 f 为系统电角 速度基值； a 、 b 分别为风力机叶片相对于轮毂的角位移及轮毂相对发电机转子的角位移；
8 2 fT2
0
H1 H 2 ， H1 H 2
式中： fT 为风力机机械扭振频率，通常取值范围为 0 ~ 10 Hz ， H1 、 H 2 分别为对应轴系 2 个质量块的惯性常数。 文献对上述 3 种轴系等效模型进行了暂态稳定性分析：实验结果如下： a) 电压骤降时机组暂态： 分两个功率等级 330kW 和 3MW，2 质块和 3 质块模型结果显示出现故障时扭矩波 动较大，故障切除后出现较大震荡；1 质块没有震荡。稳定性分析过于乐观。2 质 块模型对于 3 兆瓦风机结果不准确或过于乐观。 b) 机械转矩大扰动时机组暂态稳定： 1 质块暂态响应很少出现波动，扰动消除后机组很快就恢复到初始运行工况。 2 质块模型和 3 质块模型在 330kW 下结果基本相似， 在 3MW 下结果出现偏差。 文献得到的结论： a) 无论是来自电网电压故障还是机械大扰动， 采用 1 个质量块的风力机等效模型将不 能准确分析风力发电机组的暂态稳定性。 b) 与小容量风电机组相比，相同故障条件对大容量风电机组的暂态稳定性影响更大。 在准确研究大容量异步风力发电机组暂态稳定性分析时， 有必要采用 3 个质量块等 效模型。

性能试验
风速稳定时调节负载得到不同的风轮转速，待风轮运 行稳定后，同步测量风轮扭矩M、轴向推力T、转速n和 风洞试验段自由来流风速V。风轮扭矩和转速相乘得到 风轮功率。风轮气动性能参数计算公式如下：
扭矩系数：
2M Cm V 2 SR
风能利用系数： CP Cm 推力系数：
2T Ct V 2 S
其中ρ 是空气密度，S为风轮扫掠面积，R为扫掠半径
叶片的固有特性和静力测试方案
测试方案
风力机固有特性和静力测试是一套以东华动态信号测 试分析系统、东华模态分析软件和东华静态液压加载 装置、控制台等为机械部分的风力机叶片结构动力特 性分析装置。
1. 机械部分：实验台底座、支架、夹具、叶片、激励系 统(力锤、偏心电机)、液压静拉力加载装置和控制台。 2. 测试系统包括加速度传感器、应变片、信号线、 电荷放大器、DH一5922动态信号分析仪、DH一3816 静态信号采集箱和工控机。以东华动态信号测试分 析系统、东华模态分析软件和东华静态应变测试系 统为软件平台。
液压加载装置通过液压驱动组件对待测叶片施加不同的牵 引力完成对待测叶片的静力分析，液压驱动组件通过牵引 绳、夹具对待测叶片实施牵引，调整牵引支架的位置可改 变对风力机叶片力施加牵引力的位置。牵引绳靠待测叶片 的一侧设有悬梁，夹具等距固定于待测叶片上、并通过挂 绳悬挂于悬梁上，使风力机叶片上施加的牵引力更加均匀 油泵电磁阀控制液压系统作用于叶片上的静拉力大小，可 通过行程开关调节静拉力加载时间。
测试方案
1. 测试单元3是测量叶片扭矩的扭矩天平，量程260N·m， 校准精度优于0．02％。
2. 测试单元4是用于测量风轮推力的盒式应变天平，校准 精度为0.07%。 3. 弹性联轴器作用是传递扭矩的同时不传递推力。 4. 滑环引电器是将动态讯号转化为静态讯号的装置。 5. 采用CSAT3超声波风速仪测量风速，分辨率0.001m/s， 最大输出频率60Hz。该设备对于风速变化的响应优于 常用的风杯和风标式风速仪。 6. 风轮转速通过传动轴上安装的编码器测量，转速测量 精度低于0．1％。

第四章风轮1、风轮是风力发电机组最关键的部件，风轮的成本约占风力发电机组总造价的【20%〜30%】，其设计寿命为【20】年。

2、在风力发电机组中，风轮的作用是把风的【动能】转换成风轮的【旋转机械能】，并通过传动链传递到发电机转换为【电能】。

3、风力发电机组的空气动力特性取决于风轮的【几何形式】。

风轮的几何形式取决于【叶片数】、【叶片的弦长】、【扭角】、【相对厚度分布】以及叶片所用翼型空气动力特性等。

4、风力发电机组追求的目标应该是【最经济的发电成本】，因此除了正确选择几何参数，优化空气动力设计外，还应合理选择【叶片数】、【叶片结构】和【轮毂形式】等。

5、【静止】状态的风轮和【超出生存风速】状况下旋转的风轮都不会产生功率。

6、在风轮转速确定的情况下，可以通过改变叶片【空气动力学外形】，如改变【叶尖形状】、降低【叶尖载荷】等来降低噪声。

7、由于风轮的噪声与风轮【转速】直接相关，当【叶尖速度】达到【70-80m/s】时，会产生很高的噪声，所以大型风力发电机组应尽量【降低】风轮转速。

8、叶片数多的风轮在【低】叶尖速比运行时有较高的风能利用系数，具有较大的【转矩】，而且启动风速较【低】，比较适用于提水。

9、叶片数少的风轮在【高】叶尖速比运行时有较高的风能利用系数，但启动风速较【高】，比较适用于风力发电。

10、风力发电机组两叶片与三叶片相比，虽然节省了材料，但风轮的【动态载荷】较大，解决【结构振动】问题的费用较多，使优点并不突出。

11、风轮的叶片数取决于【风轮尖速比】，一般来说，要得到很大的输出扭矩就需要较大的【叶片实度】。

12、单叶片和2叶片风轮的轮毂通常比较复杂，为了限制风轮旋转过程中的载荷波动，轮毂具有【跷跷板】的特性（即采用柔性轮毂）。

13、假如3叶片风轮也要达2叶片风轮这样的高转速，那么要使每个叶片的【弦长】设计的很小，从结构上来说可能无法实现。

14、风轮联接在轮毂上，允许风轮在旋转平面内向后或向前倾斜几度，这样可以明显地减少由于【阵风】和【风剪切】在叶片上产生的载荷。

海上风力发电风轮叶片传热性能分析与优化设计随着全球能源需求的不断增长和环境保护意识的提高，海上风力发电作为一种可再生能源形式得到了广泛关注。

风力发电的核心装置是风轮叶片，其传热性能对整个系统的效率和可靠性起着至关重要的作用。

因此，对海上风力发电风轮叶片的传热性能进行分析与优化设计显得尤为重要。

首先，我们需要对海上风电场的环境进行全面了解。

海上风电场的环境与陆地风电场有诸多不同之处，如海洋环境的复杂性、气候条件的多样性等。

这些因素直接影响着风轮叶片的传热性能。

针对不同的海域环境，我们需要进行详细的测量和数据分析，以获取准确的环境参数。

其次，我们可以利用数值模拟方法对风轮叶片的传热性能进行分析。

数值模拟方法能够模拟风流场和传热过程，通过求解流体动力学和传热方程，计算叶片的传热性能指标，如表面温度、传热系数等。

基于这些指标，我们可以评估叶片的冷却效果和散热能力，并对传热性能进行分析和优化。

在传热性能分析的基础上，我们可以进行叶片的优化设计。

目前，常见的叶片设计方法包括几何形状优化、材料优化和结构优化等。

在几何形状优化中，可以调整叶片的几何形状以及叶片的倾角、弯曲度等参数，以提高叶片的传热性能。

在材料优化中，可以选择适当的材料以提高叶片的导热性能。

在结构优化中，可以优化叶片的内部结构以提高散热能力和抗风能力。

除了优化设计，有效的冷却系统也可以显著提高海上风力发电风轮叶片的传热性能。

传统的冷却系统通常采用气冷和液冷两种方式。

气冷系统通过向叶片表面喷洒冷却气体以改善传热性能。

液冷系统则通过在叶片内部布置冷却管路，利用循环流体对叶片进行冷却。

这些冷却系统不仅能够有效地消散叶片的热量，还可以提高叶片的结构强度和寿命。

最后，对海上风力发电风轮叶片传热性能的分析与优化设计需要考虑系统的整体性能。

风轮叶片的传热性能与风轮的运行状态、发电效率、安全性等密切相关。

因此，我们在进行传热性能分析与优化设计时不仅需要关注叶片自身的传热问题，还需要将其与系统的其他性能指标进行综合考虑。

5位数翼型族 美国NACA 6位数翼型族 德国DVL 1、7、8族等 各种修改翼型
英国RAF
命名规则：NACA XYZZ X-----------相对弯度 Y------------最大弯度位置 ZZ----------相对厚度
苏联ЦΑΓИ
叶片优化设计方法 Matlab参与计算 右侧图片的设计过程是按照Glauert 理论设计模型，Willson设计模型设计
风力发电机叶片设计
叶片形状设计 理论基础 现有翼型及其特点 辅助优化设计方法 制造材料和工艺 现有各种制造材料及其特性的介绍 制造工艺介绍
叶片和翼型的几何形状与空气动力特性
翼型的参数
l -----翼型的弦长，A点到B点的长度 C -----最大厚度，即弦长法线方向之翼型最大厚度 f -----翼型中线最大弯度
Glauert的升级版，考虑的非工况下 风轮的性能
基于Soildworks的叶片绘制（前端处理）
用Profili软件进行数值模拟
用ANSYS进行叶片动静载荷，震动分析
叶片材料
木制叶片及布 蒙皮叶片
• 近代微、小型，观赏用风力发电机也有用木制叶片，由于叶片不易弯曲，常采用等安装角叶片。在采用木 制叶片的时候需要用强度很好的整体方木做叶片纵梁来承担工作时候所需要承担的力和弯矩。
假设作用在风轮上的轴向推力与扫掠面积成正比，则
dT v 2dS 2v 2rdr
考虑静止的翼型受到风吹，风的速度为 此时，作用在叶片上的力
v
，方向与翼型截面平行。
F
1 C r Sv 2 2
同时，这个力可以分解为平行于气流速度的阻力D与垂直于气流速度的升力L
1 C d Sv 2 2 1 L C lSv 2 2

风轮直径和叶片半径的关系
风轮直径和叶片半径之间存在着密切的关系，它们在风力发电
机设计和性能方面起着重要作用。

首先，风轮直径是指风力发电机转子的直径，它决定了转子受
到的风能面积，直接影响到发电机的额定功率。

一般来说，风轮直
径越大，转子受到的风能面积越大，从而产生的动能也越大，因此
发电机的额定功率也会相应增加。

另外，风轮直径还会影响到风力
发电机的启动风速和额定风速，大直径的风轮通常具有更低的启动
风速和更高的额定风速，这意味着它们能够在更广泛的风速范围内
进行高效发电。

其次，叶片半径是指风力发电机叶片从旋转轴到叶片末端的距离，它直接影响到叶片受到的风能和叶片的受力情况。

通常情况下，叶片半径越长，叶片受到的风能越大，从而产生的扭矩也越大，有
利于提高发电机的转动效率。

此外，较长的叶片半径还可以使风力
发电机在较低的风速下启动，并在较高的风速下保持稳定运行，从
而提高了整个风力发电系统的可靠性和稳定性。

综上所述，风轮直径和叶片半径之间的关系是相辅相成的。

它
们共同影响着风力发电机的性能和效率，合理的设计和选择将有助于提高风力发电系统的发电效率和可靠性。

在实际应用中，工程师们需要综合考虑风能资源、风力发电机的额定功率和运行环境等因素，来确定最佳的风轮直径和叶片半径，以实现最佳的发电效果。

主流风力发电机技术参数风力发电是利用风能将风转化为电能的一种可再生能源技术。

主流风力发电机是在风车塔顶安装的大型风轮，具有一定的技术参数来描述其性能和能力。

以下是主流风力发电机的常见技术参数：1. 风轮直径（Rotor Diameter）风轮直径是风力发电机中最常见的参数之一，用来描述风轮的大小。

风轮直径通常在50米到150米之间变化，这与风能转化为机械能的能力有关。

2. 额定功率（Rated Power）额定功率是风力发电机的主要技术参数，用来描述风力发电机的最大输出电力。

额定功率通常以千瓦（kW）或兆瓦（MW）为单位，并可以从几十千瓦到几兆瓦不等。

当前的风力发电机通常具有数百千瓦到几兆瓦的额定功率。

3. 额定风速（Rated Wind Speed）额定风速是风力发电机达到额定功率所需的最低风速。

该参数通常以米/秒为单位，并可以在风速范围内从2.5米/秒到4.5米/秒不等。

风速低于额定风速时，风力发电机的功率输出将低于其额定功率。

4. 切入风速（Cut-in Wind Speed）切入风速是风力发电机开始发电时所需的最低风速。

这是风力发电机开始旋转并开始转化风能的风速。

切入风速通常在2米/秒到3米/秒之间。

5. 切出风速（Cut-out Wind Speed）切出风速是风力发电机停止发电的最高风速。

这是为了保护风力发电机，防止其在风速过高时受到损坏。

切出风速通常在25米/秒到30米/秒之间。

6. 发电机类型（Generator Type）发电机类型是风力发电机中的关键参数之一，用来描述转化机械能为电能的设备。

主要的发电机类型包括涡轮发电机（PMSG）和异步发电机（ASM），每种类型都有其优点和适用情况。

当前，涡轮发电机是主流风力发电机中最常见的类型。

7. 塔高（Tower Height）塔高是风力发电机中风车塔的高度。

塔高通常在50米到120米之间变化，不同的塔高可以改变风轮的高度和可获得的风能量。