风轮、风力发电机组、发电系统及风轮半径的确定方法技术方案

技术编号:17780072 阅读:101 留言:0更新日期:2018-04-22 08:45
本发明专利技术涉及风力发电技术领域,尤其是涉及一种风轮、风力发电机组、发电系统及风轮半径的确定方法。该风轮的半径R,满足下列等式:

【技术实现步骤摘要】
风轮、风力发电机组、发电系统及风轮半径的确定方法
本专利技术涉及风力发电
,尤其是涉及一种风轮、风力发电机组、发电系统及风轮半径的确定方法。
技术介绍
目前风力发电机风轮的叶片设计基本通过翼型设计、气动外形设计和修形等步骤完成,但是,这样设计出来的叶片没有根据当地风况、机组出力等情况对叶片进行设计,因此不能实现风能转换的充分和应用的高效。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种风轮、风力发电机组、发电系统及风轮半径的确定方法,以解决现有技术中的风轮不能实现风能转换的充分和应用的高效的技术问题。本专利技术提供了一种风轮,所述风轮的半径R,满足下列等式:其中,N表示风力发电机组的单机额定出力,v1表示额定风速,ρ表示空气密度,ne表示风轮的额定转速。进一步地,包括轮轴以及安装于轮轴上的叶片。进一步地,所述叶片的数量为多个,且多个所述叶片沿所述轮轴的周向均匀分布。本专利技术还提供了一种风力发电机组,包括所述的风轮。本专利技术还提供了一种发电系统,包括所述的风力发电机组。本专利技术还提供了一种风轮半径的确定方法,包括以下步骤:获取风力发电机组的单机额定出力N,获取本地的额定风速v1,获取本地的空气密度ρ,获取风轮的额定转速ne;根据等式:计算得出风轮的半径R。可选地,通过测风仪获取本地的额定风速v1。可选地,根据风轮正常工作时,流过风轮的环状流体向风轮释放的功率NE的计算公式:得出风轮获得的总功率的计算公式,然后将风轮获得的总功率的计算公式整理得出:其中,q表示流入风轮的叶片的空气的流量,v2表示空气流出风轮的叶片的初始绝对运动速度,w2表示空气流出风轮的叶片的初始牵连运动速度。可选地,流过风轮的环状流体向风轮释放的功率NE的计算公式由公式NE=Eρgq得出,其中,E表示环状流体输送给风轮的叶片的能量。可选地,环状流体输送给风轮的叶片的能量E的计算公式为:其中,设空气流入叶片的初始绝对运动速度为v1,空气流入叶片的初始压力能头为p1,初始流入叶片的空气相对于零位能面的高度为z1;相应的,空气流出叶片的初始绝对运动速度为v2,空气流出叶片的初始压力能头为p2,初始流出叶片的空气相对于零位能面的高度为z2;环状流体流过风轮的叶片的过程中,损失的能量为∑h。与现有技术相比,本专利技术的有益效果为:本专利技术通过考虑单机的额定出力、额度风速、空气密度及风轮转速等因素,以实现在风能利用率最高的情况下确定风轮的半径,使得风轮的叶片设计更合理,符合当地的实际需求。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例中旋转动坐标系图;图2为本专利技术实施例中单元体上的压力示意图;图3为本专利技术实施例中单元体的几何关系图;图4为本专利技术实施例提供的风轮的主视图;图5为本专利技术实施例提供的风轮的左视图;图6为本专利技术实施例提供的风轮的俯视图。图中:200-叶片;201-迎风面;202-背风面;203-轮轴;204-圆环。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本专利技术一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本专利技术和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本专利技术的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本专利技术的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。实施例参见图1至图6所示,本专利技术实施例提供了一种风轮,该风轮的半径R,满足下列等式:其中,N表示风力发电机组的单机额定出力,v1表示额定风速,ρ表示空气密度,ne表示风轮额定转速。该实施例中,风轮包括轮轴203以及安装于轮轴上的叶片200。叶片的数量为多个,且多个叶片沿轮轴的周向均匀分布。该实施例提供的风轮,通过考虑单机的额定出力、额度风速、空气密度及风轮转速等因素,以实现在风能利用率最高的情况下确定风轮的半径,使得风轮的叶片设计更合理,符合当地的实际需求,可将风能利用率提高近5%,并减少了叶片设计环节,提高了叶片设计精度近10%。本专利技术实施例还提供了一种风力发电机组,包括所述的风轮。本专利技术实施例还提供了一种发电系统,包括所述的风力发电机组。本专利技术实施例一种风轮半径的确定方法,该确定方法包括以下步骤:步骤一、获得圆环状流体输送给风轮的能量公式;设空气流入风轮的叶片的初始绝对运动速度为v1,空气流入叶片的初始相对运动速度为u1,空气流入叶片的初始牵连运动速度为w1,空气流入叶片的初始压力能头为p1,初始流入叶片的空气相对于零位能面的高度为z1;相应的,空气流出叶片的初始绝对运动速度为v2,空气流出叶片的初始相对运动速度为u2,空气流出叶片的初始牵连运动速度为w2,空气流出叶片的初始压力能头为p2,初始流出叶片的空气相对于零位能面的高度为z2;环状流体流过风轮的叶片的过程中(即空气在从叶片流入,并且从叶片流出的过程中),损失的能量为Σh,该损失的能量不包括传递给叶片的能量;本地的空气密度ρ也即流入风轮的叶片的空气的密度。则,空气刚流入叶片间的能量E1为:空气刚从叶片间流出的能量E2为:考虑此过程中的能量损失Σh,则圆环状流体输送给风轮的能量E为:E=E1-E2-Σh(3)将式(1)、(2)代入式(3)并整理,得:圆环状流体输送给风轮的能量E也即空气传递叶片的能量,即传递给多个叶片的总能量。步骤二、获得旋转动坐标系下能量转换方程建立旋转动坐标系,参见图1所示,曲线L1为流场中的一条流线,其中,点J(x,z)为该流线上一点;点J所对应的单元体上的压力分布,参见图2所示,其中,P表示对单元体的作用面的压力;该单元体的几何参数关系,参见图3所示。过流线L1上J点的切线L2与坐标轴X交于点H;连接原点O与点J,并延长得到延长线L3。过点J的单元体,设其压力作用面的面积为ΔA,则该单元体的体积dv为:dv=ΔAds。设流场中流体(即空气)为理想流体,其密度为ρ,则该单元体的质量dm和重力G分别为:dm=ρdv=ρΔAds(5)G=gdm=ρgΔAds(6)假设流场相对于动坐标系XOZ流动,其流线L1上点J相对于坐标系XOZ的流动速度为u;另外,还假设坐标系XOZ以过点O且垂直于坐标系XOZ所在的平面的转轴顺时针方向旋转,此情况下,点J的牵连运动速度为w,则得该单本文档来自技高网...
风轮、风力发电机组、发电系统及风轮半径的确定方法

【技术保护点】
一种风轮,其特征在于,所述风轮的半径R,满足下列等式:

【技术特征摘要】
1.一种风轮,其特征在于,所述风轮的半径R,满足下列等式:其中,N表示风力发电机组的单机额定出力,v1表示额定风速,ρ表示空气密度,ne表示风轮的额定转速。2.根据权利要求1所述的风轮,其特征在于,包括轮轴以及安装于轮轴上的叶片。3.根据权利要求1所述的风轮,其特征在于,所述叶片的数量为多个,且多个所述叶片沿所述轮轴的周向均匀分布。4.一种风力发电机组,其特征在于,包括如权利要求1-3中任一所述的风轮。5.一种发电系统,其特征在于,包括如权利要求4所述的风力发电机组。6.一种风轮半径的确定方法,其特征在于,包括以下步骤:获取风力发电机组的单机额定出力N,获取本地的额定风速v1,获取本地的空气密度ρ,获取风轮的额定转速ne;根据等式:计算得出风轮的半径R。7.根据权利要求6所述的风轮半径的确定方法,其特征在于,通过测风仪获取本地的额定风速v1。8.根据权利要求6所述的风轮半径的确定方法,其特征在于,根据风轮正常工作时,流过风轮的环状流体向风轮释放的功率NE的计算公式:得出风轮获得的总功率的计算...

【专利技术属性】
技术研发人员:张照煌
申请(专利权)人:华北电力大学
类型:发明
国别省市:北京,11

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