水平轴风力机

摘要： 采用CFD方法,对一台两叶片的水平轴风力机在均匀来流和风切变来流两种来流条件的尾迹特性进行定常数值模拟,研究其尾迹区内轴向速度亏损以及湍流强度变化。结果表明:两种来流条件下,轴向速度在尾迹区内不同位置沿径向的分布都近似由“M”形分布逐渐变为“V”形分布,但在风切变来流下垂直平面的上下部轴向速度并不对称;在水平平面上,风切变来流条件下由于来流的不均匀性以及风轮旋转效应,使得风轮中心线后左右侧的轴向速度出现不对称;在来流湍流强度一定时,不同的来流条件对风轮后湍流强度的影响较小。

摘要： 以NREL 5MW水平轴风力机为研究对象,通过数值模拟方法,研究了未偏航状态和偏航状态下L小翼(β=45°、a=2m)对风力机气动性能的影响。通过分析叶尖处速度矢量图可知,安装L小翼能够降低叶尖扰流下洗速度,改变叶尖环量分布,减小叶尖涡强度,延缓叶尖处气流与叶片过早分离,增大了叶片上下表面压差,在较宽风速范围内提高了风力机的输出功率。当风力机处于偏航状态时,L小翼对风力机功率增升作用随着偏航角度的增大逐渐减小,随着风速的增大,功率增升作用先增大减小,在额定风速时功率增升效果最明显。L小翼增加了叶片转矩的同时降低了叶片输出转矩和轴向力的波动,改善输出电能品质,提高叶片抗疲劳性能,增加叶片使用寿命。

摘要： 随着世界各国纲领性行业政策的积极制定,风电行业将继续高速发展。风电机组大型化(达到多兆瓦级甚至十兆瓦级)、海洋化(从陆地扩展至海上)、智能化(辅以智能化结构、材料和控制策略)、数字化(精准预测和实时感知调控)是风电发展的大趋势。空气动力学研究作为风力机技术研发的首要任务,由此将面临一系列新的问题和挑战。本文以水平轴风力机为研究对象,就其风能利用中的空气动力学问题进行探讨,本篇为第一部分“风力机气动特性”。首先分析其空气动力学问题的复杂性及原因;然后,针对风力机专用翼型的气动特性、风力机气动特性、现代化风力机设计(特别是海上风电技术、台风问题、大叶片气弹问题)与流动控制等关键空气动力学问题,从理论分析、数值计算、风洞实验和外场测量等多种研究手段与技术着手,对其研究现状及取得的关键进展进行综述和讨论;最后对今后的研究方向进行分析与展望,为大尺寸风力机叶片设计提供参考。

摘要： 通过对中国B类风场平均风剖面来流条件下的风力机进行大涡模拟,研究风力机的尾流特性.研究发现,对于尾流时均轴向速度,速度剖面在1～7D范围内呈非对称“W”形分布,随着尾流继续向后发展,“W”逐渐演化为“S”形.由于风剪切效应影响,尾流轴向速度垂直剖面以轮毂中心线呈不对称性分布,尾流下半部区域较上半部区域的轴向速度恢复更快.对于轮毂中心线高度的尾流轴向速度,最大亏损发生在7D位置,最大亏损率为24.8％.距离风轮越远,尾流湍动能变化幅度和平均湍动能均逐渐减小.在下游1 ～9D范围内,出现了规律性的湍流结构,随着尾流逐渐远离风轮,小尺度高频湍流结构逐渐向大尺度低频湍流结构演化.

摘要： 为了获悉风轮主要声源区域的流动机理,在风洞开口段,在不同风速和尖速比下,文章对风轮展向X/C=0.5区域不同相对弦长处的流场进行了PIV测试.测试结果表明:由于翼型表面发生流动分离导致流体速度脉动,雷诺应力迅速增加,使叶片与来流相互作用产生压力脉冲;随着相对弦长的增加,雷诺应力均有不同程度的增大,当X/C为0.4～0.8时,雷诺应力的变化最为明显;对比不同风速、尖速比、相对弦长处的雷诺应力数据发现,随着尖速比的增加,雷诺应力增大最明显的区域向前缘移动,流动分离位置提前,而风速变化对流动分离位置没有影响;发生流动分离后的主要声源区域的雷诺应力呈现单峰值,流体脉动程度较剧烈;对比不同工况下主要声源最大声压级和X/C=1处中心最大雷诺应力值发现,两者变化趋势一致且易受尖速比变化的影响.文章以实验测试的方法揭示了风轮主要声源区域雷诺应力表现的流动特征,研究成果对于叶片的优化设计和降噪方法的改进提供了可行的解决思路.

摘要： 为研究不同倾斜角的叶尖小翼对叶片气动性能的影响,设计了5种不同倾斜角的叶尖小翼,并采用结构化网格技术与CFD数值计算方法对比分析其气动性能.研究结果表明:与原始风力机相比,5种不同小翼对风力机输出功率及风能利用率均明显提升,最大输出功率增长16.73％,风能利用率增长4.41％;倾斜角较大的叶尖小翼能更多地增大叶片的上、下翼面压差,且翼根弯矩更小;大倾斜角小翼能明显改善叶尖绕流,打散叶尖拽拖强涡量,降低叶尖能耗损失.

摘要： 以2.0 MW水平轴风力机为研究对象,采用自主设计的风力机模型在边界层风洞中进行了测力天平试验,研究了A、B两类地貌,叶片桨距角呈0°、90°时,风力机轮毂处的风力系数、脉动风力的功率谱和相干性等特性.结果表明:风力机轮毂平均和脉动风力系数值随风向角增减的规律性明显.各风向角下B、A类地貌下平均风力系数之比的平均值在80％左右.相比0°桨距角,90°桨距角时各风向角下y轴向平均风力系数平均减小67％,x轴向平均风力系数平均增大108％.脉动风力功率谱在折减频率0.6处存在天平-模型共振引起的尖锐谱峰,采用半刚性模型风力谱修正方法可以消除由于天平-模型系统因刚度不足引起的共振响应.

摘要： 为了研究材质对风力机叶片绕流流场的影响,文章利用PIV系统,选取两种不同材质叶片,对其在低速风洞中不同工况下的流场信息进行采集.通过分析不同测试截面近壁面的流场数据,发现与空心填充泡沫叶片相比,玻璃聚酯叶片的平均动能减小48.07％以上,轴向脉动速度增加32％以上;而随着叶尖速比的增大,玻璃聚酯叶片的平均动能减少33.82％以下,脉动速度减少30.04％以下.实验工况下,叶片材质对流场特性的影响大于叶尖速比的影响,尤其在叶尖位置.该结果可为风力机叶片设计及制造提供一定参考.

摘要： 将统计最优近场声全息(SONAH)技术运用于小型水平轴风力机风轮噪声源识别中,采用近场声全息技术以弥补远场波束形成技术对低频段声源识别精度低的缺点。利用B&K公司的60通道圆形声阵列对运行中的水平轴风力机在不同工况下进行声场信息采集分析。研究了基于近场声全息技术的风力机风轮旋转时噪声源声贡献量分析方法,分析了噪声总声功率级的分布特征以及噪声源位置的分布规律,从而为低噪声风力机优化设计提供方向。

摘要： 本文采用平均风速分量和湍流分量相叠加的一种基于自回归理论的风速模型,通过对比MATLAB仿真模拟实际风速变化和风速模型的计算结果,验证了这种风速模型的正确性.在风电场中,由于尾流的影响,坐落在下风向的风电机组的风速将低于坐落在上风向的风电机组的风速.Jensen模型较好地模拟了平坦地形的尾流情况;而针对各台风机的位置高低变化建立的Lissaman模型,较好地近似模拟有损耗的非均匀风速场;由于机组间尾流效应的影响,根据在某一风向上游风力机对下游风力机的遮挡及遮挡面积的不同,模拟了下游风力机风速的变化,探讨下游风力机离上游风力机的距离和尾流效应对风机输出功率的影响.

摘要： 本文根据单机容量大型化和运行环境多样化带来的风力机的复杂流动特征和各部位气动需求的差异,研究风力机翼型的设计准则,建立包含气动性能,结构属性和声学特性等多学科优化目标参数的数学模型.进而结合最优化算法构建风力机翼型的最优化设计体系,设计出目前多兆瓦级风力机翼型外侧的相对厚度为21％主力翼型,并对目标翼型性能与其他相同厚度翼型进行比较.比较结果表明,新翼型具有高的最大升阻比,翼型的气动效率得到了加强;工作范围得到了优化,具有较低的失速特性参数和性能稳定性参数.

摘要： 本文对NREL Phase VI上风型风力机某一工况(来流风速7m/s)的气动噪声进行了混合RANS/LES数值模拟,该模拟是在前期已对该风力机进行塔影效应数值分析的基础上所延伸开展的.另外,为了验证混合RANS/LES方法以及噪声优化措施的可行性,首先采用ANSYSFLUENT求解器对一段NACA0018原翼型以及两种优化翼型(前缘波浪型、表面抽吸孔型)进行了数值模拟.结果表明优化翼型的气动噪声确实有部分降低,这也为后期风力机的降噪提供了一定的思路.

摘要： 本文利用高频PIV技术以风轮直径为292mm的三叶片水平轴风力机为实验对象,在风洞闭口试验段对其近尾迹流场上半部分进行不同工况下的测试.凭借高频PIV技术极高采样频率的优势获得了时间分辨率非常高的瞬时尾迹流场信息,并且将其进行平均化及量化分析.基于实验结果重建出了三维近尾迹涡量场,并总结出一些近尾迹湍流规律;同时积累了高频PIV技术的使用经验,为更深入的研究奠定了基础.

摘要： 本文利用模态实验，结合谱分析方法获得风轮运行时振动频率，通过分析发现在风轮一阶振动频率以下出现低阶振动频率，并且低阶振动加速值大于一阶振动加速度值，加速度值反映了振动应力的大小，该振型的振动应力大于一阶振型振动应力;同时，利用Ansys有限元软件对风力机整机进行数值模拟，用于获得风力机整机振型。研究发现，风轮低阶振动为平面摆振振型，轴与轮毅之间过渡配合产生的切向相对滑移是造成该现象的主要原因，在运行过程中，气动载荷不平衡增加了平面振动振型的振动频率。通过在轮毅与轴之间添加键的方式，增加轮毅与轴之间的切向约束，有效控制切向滑移，可以消除静态时的轴向平面摆振现象。

摘要： 针对结冰严重危害风力机运行安全而又缺乏成熟、便捷的探测预警手段的现状,采用数值仿真和光纤式传感探测技术,开发出集结冰探测、显示、分析等功能于一体的外置式风力机结冰探测与预警系统.方法如下:建立空气动力学及结冰特性的数值计算方法,基于结冰分布与外形曲率变化的关系规律设计探测器外形,采用数值方法研究所设计的探测器外形和风力机叶片在不同天气状态下的结冰分布规律,分析并建立探测器结冰和风力机叶片结冰之间的相关性,在合适的位置安装结冰传感器,通过传感器探测到的结冰数据,间接得到风力机叶片上的结冰分布信息.针对某型1.5MW级风力机,设计并生产了相应的探测器,在风场进行了实地验证试验,遭遇结冰天气时,探测的叶片结冰分布趋势和结冰量都与真实结果吻合良好,验证了产品设计方法的有效性,为进一步发展风力机结冰防护技术打下了良好基础.

摘要： 大型水平轴风力机叶片在工作过程中，叶片根部吸力面存在较大逆压梯度，极易产生流动分离.为了研究涡发生器(VGs)控制边界层流动分离的机理,本文采用Large-Eddy Simulation(LES)方法对带逆压梯度的平板边界层分离进行了数值模拟研究.通过对比有无VGs时边界层流动状态及不同形状(矩形、梯形、三角形)VGs控制分离效果的统计特性,揭示了各湍流场大尺度拟序结构的演化及发展规律.湍流的相干结构表明:集中涡与类发卡涡是VGs控制边界层分离流动中的典型相干结构;并对湍流场进行了相关性分析、波谱分析等研究.综合对比发现,三角形VGs控制流动分离的效果更加明显一些.

摘要： 本文应用动网格技术和滑移网格技术,采用大涡模拟算法,对施加一阶挥舞振动后的水平轴风力机表面动压进行模拟计算,得到了动压分布云图和不同工况下动压随叶片振动的脉动频率.分析计算结果发现:振动的施加会导致叶片压力面动压减小;额定工况下动压脉动频率近似为振动频率的2倍;动压脉动频率随风轮尖速比或来流风速的增加而增大,且来流风速对动压脉动频率的影响较大.

摘要： 本文研究了5MW级水平轴风力机叶片内侧的风力机翼型的设计准则,设计了四种适用于该部位的大厚度钝尾缘翼型。依据一个5MW风力机的运行特征,对于不同的翼型设定不同的设计雷诺数;另一方面,其设计目标针对实际运行范围内的升力变化特征,并把升力随雷诺数变化的稳定性作为主要约束。翼型族经正反方法结合设计得到,RFOIL预测表明,四种翼型的升力系数在15°到30°攻角之间,其升力系数大致在1.0到1.7之间以近似线性方式的变化,升力曲线随着雷诺数的变化稳定,具有良好的变工况特性。

摘要： 本发明涉及一种水平轴式风力机，包括双输入合并‑分离系统，其具有在机头内的锥齿轮传动机构和在塔身内的第一差速器，锥齿轮传动机构具有水平放置的第一、第二锥齿轮及竖直放置的第三锥齿轮，第三锥齿轮的轴连接至风轮并支承在机头底座上，第一锥齿轮的轴的旋转传递至第一差速器的第一半轴，第二锥齿轮的轴的旋转传递至第一差速器的第二半轴，风轮作为第一输入端能带动第三锥齿轮的轴旋转，尾舵作为第二输入端能带动机头底座转动继而带动第三锥齿轮的轴转动，当风轮输入时使得第一、第二半轴处的转速大小相等、方向相同，当尾舵输入时使得第一、第二半轴处的转速大小相等、方向相反。本发明还涉及一种水平轴式风力机组以及曳引传递系统。

摘要： 本发明涉及一种水平轴式风力机，包括双输入合并‑分离系统，其具有在机头内的锥齿轮传动机构和在塔身内的第一差速器，锥齿轮传动机构具有水平放置的第一、第二锥齿轮及竖直放置的第三锥齿轮，第三锥齿轮的轴连接至风轮并支承在机头底座上，第一锥齿轮的轴的旋转传递至第一差速器的第一半轴，第二锥齿轮的轴的旋转传递至第一差速器的第二半轴，风轮作为第一输入端能带动第三锥齿轮的轴旋转，尾舵作为第二输入端能带动机头底座转动继而带动第三锥齿轮的轴转动，当风轮输入时使得第一、第二半轴处的转速大小相等、方向相同，当尾舵输入时使得第一、第二半轴处的转速大小相等、方向相反。本发明还涉及一种水平轴式风力机组以及曳引传递系统。

摘要： 本发明涉及一种电前蓄能滤波的水平轴式风力机，包括塔身、安装在塔身上且能相对于塔身旋转的机头及风轮，水平轴式风力机还包括：风电分离系统，其输入端连接至风轮，风电分离系统通过机械方式将风轮的机械能传递至塔身内的一个位置处输出；能量下传系统，风电分离系统在所述位置处输出的机械能作为能量下传系统的输入，能量下传系统通过机械方式将风电分离系统在所述位置处输出的机械能下传至所需位置；电前蓄能系统，电前蓄能系统的输入端与能量下传系统的输出端连接，电前蓄能系统将经由所述能量下传系统下传的机械能储存为其他形式的能量，用于后续的发电。本发明还涉及一种水平轴式风力机组以及用于水平轴式风力机的曳引系统。

摘要： 本申请提供一种垂直轴风力机叶片、垂直轴风轮及垂直轴风力机，垂直轴风力机叶片，应用了适用于中、高雷诺数工况的垂直轴风力机叶片翼型，翼型的最大厚度为翼型弦长的12％～13％；翼型的最大厚度位置与翼型前缘的距离为翼型弦长的25％～31％；翼型的最大弯度为翼型弦长的5.5％～8％；翼型的最大弯度位置与翼型前缘的距离为翼型弦长的35％～40％。本申请垂直轴风力机叶片、垂直轴风轮及垂直轴风力机，垂直轴风力机叶片应用了适用于中、高雷诺数工况的垂直轴风力机叶片翼型，该翼型在中、高雷诺数工况下具有更高的升力系数和升阻比，从而可以减小垂直轴风力机叶片弦长的尺寸，进而减小应用该垂直轴风力机叶片的垂直轴风力机的载荷，使得垂直轴风力机对风能的利用率更高。

摘要： 本申请提供一种垂直轴风力机叶片、垂直轴风轮及垂直轴风力机，垂直轴风力机叶片，应用了适用于中、高雷诺数工况的垂直轴风力机叶片翼型，翼型的最大厚度为翼型弦长的12％～13％；翼型的最大厚度位置与翼型前缘的距离为翼型弦长的25％～31％；翼型的最大弯度为翼型弦长的5.5％～8％；翼型的最大弯度位置与翼型前缘的距离为翼型弦长的35％～40％。本申请垂直轴风力机叶片、垂直轴风轮及垂直轴风力机，垂直轴风力机叶片应用了适用于中、高雷诺数工况的垂直轴风力机叶片翼型，该翼型在中、高雷诺数工况下具有更高的升力系数和升阻比，从而可以减小垂直轴风力机叶片弦长的尺寸，进而减小应用该垂直轴风力机叶片的垂直轴风力机的载荷，使得垂直轴风力机对风能的利用率更高。

摘要： 本发明公开一种基于水平轴风力机叶片再利用的垂直轴风力机风轮结构，涉及风力机发电技术领域。主要包括主支撑部件和新叶片，所述新叶片为原水平轴风力机叶片两端切割后保留的中间有效段；所述主支撑部件的外周安装有多个所述新叶片，所述主支撑部件在风力驱动作用下能够带动发电机转动，实现发电目的。本发明提出的基于水平轴风力机叶片再利用的垂直轴风力机风轮结构，既实现了对满足服役年限的大型水平轴风力机叶片的有效再利用，同时采用原叶片的有效段应用于垂直轴风机，有效提高了垂直轴风力机的风能利用率，实用性强。

摘要： 本发明公开了一种基于水平轴风力机塔筒的垂直轴风力机，包括：安装在风力机塔筒底部的支座、固定在风力机塔筒上的垂直滑动导轨和风速感应器，竖直连接杆与翼形风力叶片通过水平支撑杆连接，竖直连接杆末端安装于垂直移动式液压机上，固定于塔筒上的风速感应器可以感知风速大小，通过塔筒内导线将风信号传递至垂直移动式液压机接收器上，从而实现垂直轴风力机的上下调节，垂直移动式液压机转动带动支座内永磁发电机转子转动，最终输出交流电能。本发明基于风力机塔筒的新型垂直轴风力机经济环保，可以根据风速大小调节垂直轴风力机高度，同时可以减小风力机塔筒所受的风致振动效应，适合推广使用。

摘要： 本实用新型公开一种基于水平轴风力机叶片再利用的垂直轴风力机风轮结构，涉及风力机发电技术领域。主要包括主支撑部件和新叶片，所述新叶片为原水平轴风力机叶片两端切割后保留的中间有效段；所述主支撑部件的外周安装有多个所述新叶片，所述主支撑部件在风力驱动作用下能够带动发电机转动，实现发电目的。本实用新型提出的基于水平轴风力机叶片再利用的垂直轴风力机风轮结构，既实现了对满足服役年限的大型水平轴风力机叶片的有效再利用，同时采用原叶片的有效段应用于垂直轴风机，有效提高了垂直轴风力机的风能利用率，实用性强。

摘要： 本实用新型属于风力机实验技术领域，提出了一种可用于水平轴风力机和垂直轴风力机的实验台，包括升降支架；第一安装架底部的一侧转动设置在升降支架上，第一安装架的转轴沿水平方向设置；第一驱动装置的一端铰接在升降支架上，第一驱动装置的另一端与第一安装架铰接，第一驱动装置用于驱动第一安装架转动；第一安装轴转动设置在第一安装架上；转速转矩仪设置在第一安装架上，转速转矩仪的输入端与第一安装轴的一端同轴固定连接；第一电机设置在第一安装架上，第一电机用于向转速转矩仪提供驱动力。通过上述技术方案，解决了现有技术中一种实验台不能同时满足水平轴风力发电机叶片和垂直轴风力发电机叶片实验需要的问题。

摘要： 本实用新型公开了一种基于水平轴风力机塔筒的垂直轴风力机，包括：安装在风力机塔筒底部的支座、固定在风力机塔筒上的垂直滑动导轨和风速感应器，竖直连接杆与翼形风力叶片通过水平支撑杆连接，竖直连接杆末端安装于垂直移动式液压机上，固定于塔筒上的风速感应器可以感知风速大小，通过塔筒内导线将风信号传递至垂直移动式液压机接收器上，从而实现垂直轴风力机的上下调节，垂直移动式液压机转动带动支座内永磁发电机转子转动，最终输出交流电能。本实用新型基于风力机塔筒的新型垂直轴风力机经济环保，可以根据风速大小调节垂直轴风力机高度，同时可以减小风力机塔筒所受的风致振动效应，适合推广使用。