风力发电技术讲座四 风力发电机组2.pdf

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风力发电技术讲座!四"

风力发电机组!4"

姚兴佳!王士荣!董丽萍
!沈阳工业大学风能技术研究所"辽宁沈阳>>004@#

中图分类号#AB1>.文献标识码#&文章编号#>1C>DE4F4!4001$0.D0>04D0.

"调速装置
自然界的风速经常变化(风轮的转速随风速
的增大而变快"发电机的输出电压)频率)功率也
增加*当风轮的转速超过额定值时"有可能影响
机组的使用寿命"甚至造成设备的毁坏(为使风
轮能以一定的转速稳定地工作"风力发电机上设
有调速装置(调速装置是在风速大于设计额定风
速时才起作用"因此"又被称为限速装置(当风速
增至停机风速时"调速装置能使风轮顺桨%风向
与风轮旋转平面平行#停机(
国内外研制了许多风力机的调速装置"归纳
起来"就其调速原理大体上可分为@类+减少风
轮迎风面积*改变叶片翼型攻角值*利用空气在
风轮圆周切线方向的阻力限制风轮转速(
">#减少风轮迎风面积图!侧翼装置调速原理示意图
靠升力旋转的风轮正常工作时"风轮旋转平则变成了椭圆形(尽管风速增大了"可是迎风面
面与风向垂直"其迎风面积等于叶片旋转时所扫积减少了"风轮的转速并没增加(风速再增大"风
掠的圆形面积!(当风速变大超过额定风速时"为轮可能偏转到%J#的位置"迎风面积就更小了(当
了不让风轮超速旋转"可减少风轮的迎风面积"风速逐渐减少时"在弹簧的拉力作用下"风轮又
使垂直于风向的迎风面由圆形变为椭圆形"或缩恢复到%I#!%H#的位置(
小圆形的直径"下面列举.种方法(#偏心装置
!侧翼装置图4所示"风轮轴线与机头座回转体的转向
如图>所示"在风轮后面向一侧伸出一支侧轴的轴线有一定的偏心距"另一侧亦设弹簧(当
翼"翼柄平行地面和风轮旋转面"另一侧配有弹风速超过额定风速后"风作用在风轮上的正面压
簧(当风速大于额定风速"风通过对侧翼压力而力的合力对转向轴的力矩克服弹簧的拉力"风轮
产生的对旋转轴的力矩"大于弹簧拉力对旋转轴偏转到%I#的位置"迎风面积呈椭圆形*风再大"
的力矩时"风轮开始偏移"由%H#位置到%I#位置"风轮偏转到%J#的位置(风速减小时"又依次恢复
若偏转角度为""处于%I#位置的风轮的迎风面积到%I#!%H#的位置(

收稿日期#400ED01D0E
作者简介#姚兴佳%>F.FD$G男"教授"博士研究生导师"长期从事风能利用技术的研究工作"国家&51@’项目主持人"是享受国务院政府特
殊津贴的专家(

>?4
可再生能源!""#$%!总第&!’期"技术讲座

位力矩#当风速变小时#它依次回位!+-"!!*-"!
!)-"$尾舵如此安装#就相当于一个重心能上下变
动的配重#用它们位置高度的变化#代替弹簧拉力
的作用$
"缩小风轮圆形迎风面积
图.所示#叶片用铰链安装在风轮轴上#并借
助弹簧的压力保持其设计位置$当风速超过额定
值时#作用在叶片上的正面压力加大#克服了弹簧
的作用力#使叶片由实线位置变到虚线位置#风轮
扫掠面积缩小了#转速不再增加%当风速变小时#
在弹簧力的作用下#叶片由虚线位置恢复到实线
位置$

图!偏心装置调速原理示意图
图!所示是风轮向侧向偏转的#按同一原
理#亦可设计成向上偏转式的$如图(所示$

图$缩小风轮圆形迎风面积
利用减少风轮迎风面积的调速方法#多用于
&./0以下的微型&小型及中型风力机上$
!!"改变叶片翼型攻角值
前已述及#叶片升力与翼型攻角值有着密切
的关系$改变翼型攻角的基本方法’当风速达到一
图"仰头调速定量值后#设法使叶片绕叶片长度方向的转动轴
!尾翼升降装置回转某一角度#改变了攻角#值%当然#也同时改
上述!种调速装置都使用了弹簧#然而#弹变了叶片安装角$值$风速再变大#而叶片升力
簧暴露于大气中很容易锈蚀#因此可使用配重或却不再增加%甚至随叶片阻力的增大#可使风轮转
使用能产生回位力矩的尾舵来代替弹簧!图%"$速降低$利用改变叶片翼型攻角值的调速方法#常
被称作变桨距调速法$一般风轮上的叶片有!种
安装形式’一种是叶片可绕其长度方向的轴线转
动#这种风轮称为变桨距风轮%另一种是叶片与轮
毂是固定连接的#叶片不能绕叶柄轴线转动#这种
风轮称为定桨距风轮$下面介绍改变叶片攻角值
进行调速的(种方法$
%配重!飞球"与弹簧配合装置
图#尾翼升降调速原理示意图当风轮转速达到额定值时#如果风速再增大#
利用尾翼升降进行调速的基本结构是将尾风轮转速再加快#配重!飞球"的离心力将克服弹
翼与机头的连接转轴向后倾斜一个角度$当风轮簧的作用力#向外移动#这时曲柄将拉动叶片轴
位置处于!)"!!*"!!+"时#尾舵绕其转轴向风轮!柄"转动#改变叶片横截面的弦与风的夹角!攻
靠拢#它的相对高度