風力發(fā)電機寬薄型葉片的應用

【亞洲發(fā)電機網(wǎng)訊】風力發(fā)電機的組成部件當中，風輪、葉片是風力發(fā)電機的能量獲取機構(gòu)。目前，市場上的中小型風力發(fā)電機普遍采用死槳風輪。葉片在風輪上只有一種固定形式，無論什么時候，什么樣的風況，葉片與風輪都不會有相對運動。這種死槳風輪就要盡力去研究風機葉片，研究葉片材質(zhì)，盡可能做到葉片材質(zhì)更輕并且要保證強度;此外，還要花費大量的精力去研究風機葉片的翼形，盡可能使葉片翼形結(jié)構(gòu)符合現(xiàn)在的空氣動力學原理，符合現(xiàn)有理論要求，期望在翼形上的設計上有所突破，使風力發(fā)電機具有更低的啟動風速，以及相對低的額定風速。

風力發(fā)電機寬薄型葉片的應用

我們不難發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在的小型風力發(fā)電機葉片材質(zhì)多為玻璃鋼，葉片形式也基本是根部寬厚、尖部變窄變薄的特點。葉片一般都有自身的形狀特點即翼形。葉片與風輪組裝后，葉片自身不同部位和風輪平面成不同角度，以盡可能使其容易啟動，同時可以在風輪轉(zhuǎn)動過程中有一定的轉(zhuǎn)速。

因為風輪和葉片間沒有相對運動，即沒有變槳動作，所以，只能在葉片的翼形上研究，但是翼形結(jié)構(gòu)畢竟有其極限狀態(tài)，要想是風輪性能有所突破，單純地考慮翼形已經(jīng)顯得力不從心了。變槳風輪就可以解決風輪在不同狀態(tài)時需要不同翼形或葉片迎風狀態(tài)的難題。簡化了小型風力發(fā)電機翼形設計，同時可以提高性能。

現(xiàn)有風力發(fā)電機葉片根部比較寬大，并且角度大;葉片頂部變窄變小，并且角度小。這種設計主要考慮利用根部翼形獲得較大的沖量和動能，便于啟動;葉片上部變窄，角度變小，主要考慮葉片旋轉(zhuǎn)過程中減小空氣阻力，使葉片啟動后更容易轉(zhuǎn)動，獲得較高轉(zhuǎn)速。同時，根部寬大、頂部窄小的翼形有利于保證現(xiàn)有材料保證葉片強度。

下面討論葉片的幾種特性：

1、葉片角度

實踐發(fā)現(xiàn)，風輪葉片角度大的時候，容易啟動，啟動風速低;但是，啟動后轉(zhuǎn)動過程中，角度大受到空氣阻力大，旋轉(zhuǎn)速度受到限制，轉(zhuǎn)速不高。葉片角度小的時候，不容易啟動，啟動風速要求高;但是，啟動后轉(zhuǎn)動過程中，葉片受到空氣阻力小，風輪旋轉(zhuǎn)速度快，容易獲得較高轉(zhuǎn)速。不過風輪葉片角度小受陣風影響相對更嚴重，風速降低，轉(zhuǎn)速迅速下降甚至停止轉(zhuǎn)動。

2、葉片質(zhì)量

葉片質(zhì)量小容易啟動，葉片質(zhì)量大不容易啟動。風輪之所以由靜止到轉(zhuǎn)動是空氣粒子撞擊葉片不斷給葉片帶來沖量，當沖量值達到一定程度時葉片由靜止狀態(tài)開始運動，所以葉片質(zhì)量小更容易獲得啟動時所需沖量大小。同樣，在轉(zhuǎn)動過程中，葉片質(zhì)量小自身所需轉(zhuǎn)動動能小，有利于風能轉(zhuǎn)化;質(zhì)量大自身所需轉(zhuǎn)動動能大，不利于風能轉(zhuǎn)化。所以，在保證強度的情況下，葉片輕將更有利于風輪啟動與轉(zhuǎn)動。

3、葉片厚度

葉片厚不利于轉(zhuǎn)動，葉片薄有利于轉(zhuǎn)動。風輪翼形相同，葉片厚在轉(zhuǎn)動過程中所受空氣阻力大，不利于風輪轉(zhuǎn)動;葉片薄在轉(zhuǎn)動過程中所受空氣阻力小，有利于風輪轉(zhuǎn)動;同時，若是相同材質(zhì)，葉片厚其質(zhì)量也大，也不利于風輪轉(zhuǎn)動。

4、葉片寬度

葉片寬有利于葉片獲得能量，葉片窄有利于葉片旋轉(zhuǎn)過程中減小空氣阻力。槳距角相同的兩組風輪葉片，葉片寬風輪在啟動過程中更容易獲得風能，風輪容易啟動，啟動風速低;但是，風輪啟動后旋轉(zhuǎn)過程中，葉片寬，受到的空氣阻力也大，不容易獲得很高的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速上不去，轉(zhuǎn)速低。葉片窄風輪在啟動過程中不容易獲得風能，風輪不容易啟動，啟動風速要求高;但是，風輪啟動后旋轉(zhuǎn)過程中，葉片窄，受到的空氣阻力小，隨風速增加容易獲得較高的轉(zhuǎn)速。

5、葉片凹度

葉片迎風面凹，有利于獲得風能;葉片迎風面凸，不利于獲得風能。外界條件相同的情況下，風輪葉片迎風面凹時，風經(jīng)過葉片表面，葉片對風的阻力更大，葉片更容易捕獲空氣粒子，更容易獲得和吸收風能，同時葉片反面凸更有利于風輪轉(zhuǎn)動過程中減小空氣阻力;當風輪葉片迎風面凸時，葉片對風的阻力小，有利于風經(jīng)過葉片表面，不利于葉片捕獲空氣粒子，不利于葉片捕獲和吸收風能。

6、葉片數(shù)量

葉片數(shù)多有利于風輪獲得能量，風輪容易啟動，啟動后風輪旋轉(zhuǎn)速度慢;葉片數(shù)少不利于風輪獲得能量，風輪相對不容易啟動，啟動后風輪旋轉(zhuǎn)速度快。葉片翼形相同，風輪葉片多更容易捕獲通過風輪的風能，風輪容易啟動，啟動風速低;但是，風輪啟動后轉(zhuǎn)動過程中，葉片多，受到的空氣阻力大，風輪很難達到很高的轉(zhuǎn)速。風輪葉片數(shù)少不容易獲得啟動時所需沖量，風輪不容易啟動，啟動風速要求高;但是，風輪啟動后在旋轉(zhuǎn)過程中，葉片少，受到的空氣阻力小，風輪容易獲得較高的轉(zhuǎn)速。（責任編輯：林銘紅）