風(fēng)力發(fā)電機(jī)寬薄型葉片的應(yīng)用

【亞洲發(fā)電機(jī)網(wǎng)訊】風(fēng)力發(fā)電機(jī)的組成部件當(dāng)中，風(fēng)輪、葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的能量獲取機(jī)構(gòu)。目前，市場(chǎng)上的中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)普遍采用死槳風(fēng)輪。葉片在風(fēng)輪上只有一種固定形式，無論什么時(shí)候，什么樣的風(fēng)況，葉片與風(fēng)輪都不會(huì)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這種死槳風(fēng)輪就要盡力去研究風(fēng)機(jī)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(qiáng)度;此外，還要花費(fèi)大量的精力去研究風(fēng)機(jī)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(dòng)力學(xué)原理，符合現(xiàn)有理論要求，期望在翼形上的設(shè)計(jì)上有所突破，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有更低的啟動(dòng)風(fēng)速，以及相對(duì)低的額定風(fēng)速。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)寬薄型葉片的應(yīng)用

我們不難發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(diǎn)。葉片一般都有自身的形狀特點(diǎn)即翼形。葉片與風(fēng)輪組裝后，葉片自身不同部位和風(fēng)輪平面成不同角度，以盡可能使其容易啟動(dòng)，同時(shí)可以在風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)過程中有一定的轉(zhuǎn)速。

因?yàn)轱L(fēng)輪和葉片間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即沒有變槳?jiǎng)幼?，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(fēng)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(fēng)輪就可以解決風(fēng)輪在不同狀態(tài)時(shí)需要不同翼形或葉片迎風(fēng)狀態(tài)的難題。簡(jiǎn)化了小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)翼形設(shè)計(jì)，同時(shí)可以提高性能。

現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(shè)計(jì)主要考慮利用根部翼形獲得較大的沖量和動(dòng)能，便于啟動(dòng);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(dòng)后更容易轉(zhuǎn)動(dòng)，獲得較高轉(zhuǎn)速。同時(shí)，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(qiáng)度。

下面討論葉片的幾種特性：

1、葉片角度

實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，風(fēng)輪葉片角度大的時(shí)候，容易啟動(dòng)，啟動(dòng)風(fēng)速低;但是，啟動(dòng)后轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)候，不容易啟動(dòng)，啟動(dòng)風(fēng)速要求高;但是，啟動(dòng)后轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，葉片受到空氣阻力小，風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)速度快，容易獲得較高轉(zhuǎn)速。不過風(fēng)輪葉片角度小受陣風(fēng)影響相對(duì)更嚴(yán)重，風(fēng)速降低，轉(zhuǎn)速迅速下降甚至停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

2、葉片質(zhì)量

葉片質(zhì)量小容易啟動(dòng)，葉片質(zhì)量大不容易啟動(dòng)。風(fēng)輪之所以由靜止到轉(zhuǎn)動(dòng)是空氣粒子撞擊葉片不斷給葉片帶來沖量，當(dāng)沖量值達(dá)到一定程度時(shí)葉片由靜止?fàn)顟B(tài)開始運(yùn)動(dòng)，所以葉片質(zhì)量小更容易獲得啟動(dòng)時(shí)所需沖量大小。同樣，在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，葉片質(zhì)量小自身所需轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能小，有利于風(fēng)能轉(zhuǎn)化;質(zhì)量大自身所需轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能大，不利于風(fēng)能轉(zhuǎn)化。所以，在保證強(qiáng)度的情況下，葉片輕將更有利于風(fēng)輪啟動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)。

3、葉片厚度

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

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(fēng)輪葉片，葉片寬風(fēng)輪在啟動(dòng)過程中更容易獲得風(fēng)能，風(fēng)輪容易啟動(dòng)，啟動(dòng)風(fēng)速低;但是，風(fēng)輪啟動(dòng)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(fēng)輪在啟動(dòng)過程中不容易獲得風(fēng)能，風(fēng)輪不容易啟動(dòng)，啟動(dòng)風(fēng)速要求高;但是，風(fēng)輪啟動(dòng)后旋轉(zhuǎn)過程中，葉片窄，受到的空氣阻力小，隨風(fēng)速增加容易獲得較高的轉(zhuǎn)速。

5、葉片凹度

葉片迎風(fēng)面凹，有利于獲得風(fēng)能;葉片迎風(fēng)面凸，不利于獲得風(fēng)能。外界條件相同的情況下，風(fēng)輪葉片迎風(fēng)面凹時(shí)，風(fēng)經(jīng)過葉片表面，葉片對(duì)風(fēng)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(fēng)能，同時(shí)葉片反面凸更有利于風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)過程中減小空氣阻力;當(dāng)風(fēng)輪葉片迎風(fēng)面凸時(shí)，葉片對(duì)風(fēng)的阻力小，有利于風(fēng)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(fēng)能。

6、葉片數(shù)量

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