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風(fēng)力發(fā)電傳統(tǒng)“三葉片風(fēng)輪”技術(shù)存在哪些誤區(qū)?

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1289次  |  2019年08月08日  

傳統(tǒng)三葉片風(fēng)輪技術(shù)存在誤區(qū)大家都知道風(fēng)輪和葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)獲取風(fēng)能的動(dòng)力獲取機(jī)構(gòu),風(fēng)輪獲取風(fēng)能的能力將直接影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率。目前,市場(chǎng)上的風(fēng)輪和葉片主要是引進(jìn)的西方傳統(tǒng)的三葉片風(fēng)輪技術(shù)。該技術(shù)雖然是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的傳統(tǒng)理論,但是隨著風(fēng)電領(lǐng)域有識(shí)之士與專家學(xué)者的多年研究試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)該理論存在很大誤區(qū)。三葉片風(fēng)輪技術(shù)在以下錯(cuò)誤觀念:其一,由于受前蘇聯(lián)(1931)參考直升機(jī)螺旋槳制造的一臺(tái)大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的影響,三葉片風(fēng)輪的設(shè)計(jì)一直搬用直升機(jī)螺旋漿的設(shè)計(jì)理論為其所用。其實(shí)螺旋漿的機(jī)械原理和風(fēng)輪的機(jī)械原理是有本質(zhì)上的區(qū)別的。風(fēng)輪的設(shè)計(jì)目的是為了利用流動(dòng)的空氣的動(dòng)能而得到帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能;螺旋漿的設(shè)計(jì)目的是為了克服地心引力而利用空氣的浮力。風(fēng)輪本體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)是葉片控制輪軸旋轉(zhuǎn),葉片是主動(dòng)、輪軸是被動(dòng);螺旋槳本體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)是與風(fēng)輪恰恰相反,是輪軸控制葉片旋轉(zhuǎn),輪軸是主動(dòng)的,葉片是被動(dòng)。這兩種機(jī)械的設(shè)計(jì)目的不同,距離軸心越遠(yuǎn)的點(diǎn)的運(yùn)行軌跡周長(zhǎng)越長(zhǎng)。因此,在風(fēng)輪迎風(fēng)旋轉(zhuǎn)時(shí),距離軸心越近的點(diǎn)的線速度越低,距離軸心越遠(yuǎn)的點(diǎn)的線速度越高,根據(jù)這種風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)的圓周運(yùn)動(dòng)特性,所以說,葉片形狀應(yīng)該越靠近軸心處越窄,距離軸心越遠(yuǎn)處應(yīng)該越寬。即葉片每一點(diǎn)的寬度應(yīng)與這個(gè)點(diǎn)的線速度相吻合,葉片頂部越寬其獲得的風(fēng)能也將越大,風(fēng)的利用率也會(huì)提高。三葉片風(fēng)輪的葉片幾何形狀不符合上述原理,其形狀主要是受飛機(jī)螺旋槳影響,飛機(jī)螺旋槳根部粗頂部奸細(xì),主要是考慮整個(gè)槳葉在旋轉(zhuǎn)過程中能夠產(chǎn)生平穩(wěn)的提升力,防止槳葉切割空氣沿徑向產(chǎn)生大小不一的升力引起震動(dòng),損壞槳葉。而風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪葉片獲取動(dòng)力將動(dòng)力傳給發(fā)電機(jī)軸心,不存在平衡升力的問題。所以,三葉片風(fēng)輪的葉片幾何形狀設(shè)計(jì)并不符合空氣動(dòng)力學(xué)原理,導(dǎo)致葉片本體產(chǎn)生力矩?fù)p失嚴(yán)重,風(fēng)能利用率低。其三,以三葉片風(fēng)輪為代表的傳統(tǒng)風(fēng)輪設(shè)計(jì),存在誤區(qū),那就是葉片寬度、葉片數(shù)與轉(zhuǎn)速成反比。不可否認(rèn),寬葉片與窄葉片相比,寬葉片在旋轉(zhuǎn)過程當(dāng)中產(chǎn)生的阻力較大,但是,同時(shí)寬葉片迎風(fēng)面受風(fēng)壓力也比窄葉片大。風(fēng)輪之所以轉(zhuǎn)動(dòng)是因?yàn)槿~片所受風(fēng)的正壓力大于風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)過程中葉片所受阻力,而壓力和阻力均遵循物理學(xué)壓力等于壓強(qiáng)乘以受壓面積,即F=P*S(F,葉片所受壓力;P,葉片單位面積所受壓強(qiáng);S,葉片受壓有效面積)。因?yàn)橥葪l件下風(fēng)壓不變,所以葉片受力大小與葉片的有效受壓面積有關(guān)。因此,可以看出同等條件下寬葉片風(fēng)輪較窄葉片風(fēng)輪更容易接受和吸收風(fēng)能,風(fēng)輪獲得的能量更多,風(fēng)輪更容易轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)速更高。同樣道理,相同條件下的風(fēng)輪,其葉片數(shù)不同獲得的風(fēng)能也將不同,葉片多則獲取風(fēng)能更多,風(fēng)輪更容易啟動(dòng),風(fēng)輪轉(zhuǎn)速也會(huì)更高。由以上論述可知,三葉片風(fēng)輪為代表的傳統(tǒng)風(fēng)輪設(shè)計(jì)中所說的葉片寬度、葉片數(shù)與轉(zhuǎn)速成反比是不正確的,應(yīng)該成正比才對(duì)。

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