第 1 页第一节 水平轴风力机的结构一、风轮叶片叶片具有空气动力形状，是接受风能使风轮转动的主要构件风轮叶片的结构主要有梁、壳，具体形状（翼型）很多制造叶片的材料有玻璃纤维增强塑料、碳纤维增强塑料、木材、钢、铝等目前，水平轴风力发电机的风轮叶片一般为2 片或 3 片，3 片占多数 当风轮叶片几何外形相同时，两叶片风轮与三叶片风轮的最大风能利用系数基本相同，但两叶片叶片风轮对应最大风能利用系数的转速较高当风轮直径和风轮转速相同时，作用在两叶片风轮的脉动载荷大于三叶片风轮实际上，两叶片风轮要比三叶片风轮转速高，因此，在相同风轮直径时，由脉动载荷引起的轴向力变化要大一些两叶片风轮转速高，空气动力噪声大从景观上考虑，三叶片风轮更容易为大众所接受二、轮毂轮毂是将叶片固定在转轴上的装置，它将风轮的力和力矩传递到主传动机构中去轮毂有固定式和铰链式两种1、固定式轮毂三叶风机大多采用固定式轮毂2、铰链式轮毂铰链式轮毂常用于单叶片和二叶片风力机挥舞铰链轮毂：两叶片固定连接，相对位置不变，但可绕铰链轴沿风第 2 页轮俯仰方向相对中间位置作（5-10 ）的摆动（挥舞，类似跷跷板）挥舞、摆振铰链轮毂：每个叶片互不依赖，不仅可单独作俯仰方向的摆动，也可单独作旋转方向的摆振。
第二节叶片的空气动力特性1、叶片的基本几何定义（1）、叶尖叶片距离风轮回转轴线的最远点称为叶尖2）叶片投影面积叶片在风轮扫掠面上的投影面积称为叶片投影面积3）叶片翼型翼型也叫叶片剖面，是指用垂直于叶片长度方向的平面去截叶片而得到的截面形状叶片的几何特征见下图1）中弧线：翼型表面内切圆圆心连接起来的光滑曲线（图中虚线） V1而由伯努利方程，必使： P2 2 2 2 2 2 w v (1 a) r (1 a) 合成风速与旋转平面之间的夹角是，则sin v (1 a) sin w r(1 a) cos w 攻角为为叶素处桨距角叶素上的升力，垂直与合成风速第 9 页1 L 丄w2cClr 叶素上的阻力，平行与合成风速1 D - w2cCdr 2 作用在轴向上的力和切向上的力分别为Leos Dsin （4-10 ）和Lsin D cos （4-11 ）第四节贝兹极限讨论水平轴风力机能从风中汲取的最大功率问题基本风轮是理想的：1）风轮简化为一个平面桨盘，叶片数无穷多平面桨盘称为致动盘2）风轮叶片旋转时不受摩擦阻力，不考虑能量损耗3） 风轮前、风轮扫掠面、风轮后气流都是均匀的定常流风机采能 简化为单元流管模型。
4 ）风轮前未受扰动的气流静压力和风轮后远方的气流静压力相等5）作用在风轮上的推力是均匀的6）不考虑风轮后的尾流旋转7）不考虑空气的压缩风轮才能物理过程用下图表示：(4-4 ) (4-5 ) (4-6 ) (4-7 ) (4-9 ) 第 10 v - 风轮前无穷远处的风速；（m/s ）p 风轮前无穷远处的气流静压；（Pa）vd风轮处的风速；（m/s ）Pd风轮处，风轮前的气流静压；（Pa）pd风轮处，风轮后的气流静压；（Pa）第 11 vw风轮后远端风速；(m/s) p 风轮后远端气流静压Pa) 根据流量连续性有：Av AdVAwVw 空气密度(kg/m3);A横截面面积(m2)风轮使得气流速度发生变化，风轮处的风速Vd (1 a)v a 为轴向诱导因子v Vd a v 应用动量定律F m(v Vw) AdVdt(v Vw) t t (v Vw) AdVd (v Vw) AdV (1 a) F 气流所受到的作用力(N)气流所受到的作用力是气流对风轮作用力的反作用力用力由风轮前后气压不同而产生即F (Pd Pd)Ad 从而有第 12 (Pd Pd)代(v Vw) AdV (1 a) 根据伯努利方程 (对于重力场中的不可压缩均质流体(4-12 ) (4-13 ) (4-14 ) (4-15 ) 气流对风轮作(4-16 ) (4-17 ) 第 13 p gh 1 v2 c式中p、v分别为流体的 压强、密度和速度；h 2 为铅垂高度；g为重力加速度；c为常量。
风轮前，有 : 1 | O O -(V Vw)Ad (V Vw) AdV (1 a) (4-22 ) 2 整理得Vw (1 2a) v （4-23 ）表达了在风轮后静压力等于风轮前无穷远处静压力的地方风速与风轮前无穷远处风速的关系由（4-13 ）和（ 4-23 ）还可推得：vdw2 风轮吸收的功率等于到达风轮的气流单位时间内动能的变化gh 1 v2 Pd 2 dghd (4-18 ) d水平高度一致 , hd，（ 4-18 ）变为1 2 1 2 p V Pd -Vd 2 2 同样，风轮后有：1 2 1 2 Pw Vw Pd dVd 2 2 上两式相减得：Pd Pd 1 (V2 V：) 2 (4-19 ) (4-20 ) (4-21 ) (4-23 ) 2 由于气体不可压缩 , 将（4-21 ）代入（ 4-17 ）得第 14 1 1 P ?m(v2 vW) AVd(v2vW) (4-24)3第15 页1 a 3 时，Vd (1a)V ，Vw (1 2a)V 将(4-13 )和(4-23 )代入：1 2 2 P - AdVd(v Vw) 2 I 2 Ad(1 a)v (V2(1 2a)2V2) 2 AdV3a(1 a)2可见风轮汲取的功率是轴向诱导因子的函数，为求取最大功率，对（4-25 ）式求对a的导数 : 这个值称为贝兹极限。
4-25 ) 乎2 AdV3(1 da a)(1 3a) (4-26 ) 令（4-26 ）等于 0， 得解1 1 1、丄，当a 1时，风轮汲取功率为最大定义风能利用系数CP(4-27 ) 其分母为截面积为代的自由流所具有的功率将(4-25 ) 代入（ 4-27 ）得Cp P 13 . -v Ad 2 AdV3a(1 a)24a(1 a)2(4-28 ) 将a 1代入（ 4-28 ）3 得最大风功率利用系数2 Cpmax 4a(1 a) a)216 27 0.593 (4-29 ) 第 16 页希望以上资料对你有所帮助，附励志名言3 条：1、常自认为是福薄的人，任何不好的事情发生都合情合理，有这样平常心态，将会战胜很多困难2、君子之交淡如水，要有好脾气和仁义广结好缘，多结识良友，那是积蓄无形资产很多成功就是来源于无形资产3、一棵大树经过一场雨之后倒了下来，原来是根基短浅我们做任何事都要打好基础，才能坚固不倒。