20100408风力机设计计算03版

方案一：

风力机安装位置不符合标准条件（标准条件是指海拔高度为海平面高度、温度为59.9华氏度时，标准空气密度值为2.38×10-3斯勒／英尺3，即。）时，风力机的输出功率计算公式：

式中：

——风力机全效率(Over Efficency)，其值包括风力机（风能利用系数），工作机（）及所有传动部分的运转损失（），即。其值在0.25~0.5之间，低速风力机取小值，1~3叶片高速风力机取大值；一般估算可采用。风能利用系数，也可以叫做风轮的功率系数，即是风轮的输出功率与输入风轮面内的功率之比；它表明一台风力机的风轮能够转换风能的百分比，或者说，表明一台风力机的风轮捕捉并转换风能的能力大小。的数值，对于实际应用的水平轴风力机而言，一般在20~50%之间。对垂直轴来说，值一般偏低，多数在20%上下。一般大约都在0.9左右，而一般也往0.7左右。

    ——空气高度密度换算系数，是指不同海拔高度，空气密度值的修正系数。可查表1；

    ——空气温度密度修正系数，是指不同温度时，空气密度值的修正系数。可查表1；

——单位换算系数，因计量单位不同而异。值列于表2中；

——设计风速，即额定风速，m/s；对小型风力机来说，风速的经验取法为：设计风速取为年平均风速的1.5~2倍之间，一般取1.6倍，即设计风速为；

——风轮叶片扫掠面积，m2。

表1：空气密度修正系数，值

表2：单位换算系数

所以风轮叶片扫掠面积为：

方案二：

风力机安装位置不符合标准条件（标准条件是指海拔高度为海平面高度、温度为59.9华氏度时，标准空气密度值为。）时，风力机的输出功率计算公式：

式中：

——风轮叶片扫掠面积，m2。

——设计风速，即额定风速，m/s；对小型风力机来说，风速的经验取法为：设计风速取为年平均风速的1.5~2倍之间，一般取1.6倍，即设计风速为；

——风力机安装位置的空气密度，空气密度随压力和温度按照气体定律变化。海平面上一个大气压（14.7）和59.9℉下空气密度，以此为参考，根据特定地点的温度和压强对进行校正，如下公式（该公式在海拔0~6000m的地方适用）：

——风力机全效率

所以风轮叶片扫掠面积为：

设计实例：

设计风力机的输出功率，设计风速为，风力机全效率，设计地点取兰州市海拔，年平均气温11.2℃；风力机功率单位用“瓦特”，风轮叶片扫掠面积单位用“平方米”，风速单位用“米/秒”。

方案一：

查表1，，；

查表2，；

所以：

方案二：

所以：

2.叶轮半径r 及叶轮高度b的计算：

初步选定，

所以：

设计实例：

取方案一的数据

所以：

3.叶尖速比λ、风轮转速n及增速比i的选取计算：

叶尖速比，是风轮叶片尖端的线速度与风速之比：

式中为风轮转速，：

增速比，目前发电机的转速多数为1500、1000、750，与风轮转速相差太多，所以采用增速器将低转速的风轮与高转速的发电机转速达到一致，相互匹配。发电机转速越低其效率也越低，但为了减小增速比，又往往选择低转速的发电机，以减少增速器的传动比，减少齿轮，降低生产成本，增强可靠性。

式中：

——发电机转速，。

在设计发电机或者对发电机选型时，要尽量设计或选用多极低转速的发电机使增速比小或者能达到直联省去增速器。

是使风能利用系数曲线取最大值时对应的叶尖速比，其值可按上图取值，尖速比与的关系可近似表示为：

设计实例：

由图取达里厄风风力机曲线，取最大0.35时，。

取

4.叶片数B以及叶片弦长C的选取计算：

风力机的叶片数取决于风力机的使用和叶尖速比。如果风力机主要用于发电，叶片数为2～4。如果风力机主要用于提水，且叶尖速比较小，则采用多叶片的风力机比较合适，叶片数一般为6～24。

设计实例：

风力机主要用于发电，取，所以

5.叶轮实度的选取计算：

叶轮的实度是叶轮的叶片面积之和与风轮扫风面积之比。它是和尖速比密切相关的一个重要参数，决定叶轮的力矩特性，尤其是启动力矩。对于风力发电机而言，如果运行时叶尖速比较高，并且要求风力机有较高的转速，叶轮一般取较小的实度，否则取较大的实度。垂直轴风力机叶轮的实度为：

设计实例：

风力机的输出功率计算公式：

式中：

 ——空气高度密度换算系数；

——空气温度密度修正系数；

——单位换算系数；

——设计风速，即风力机额定风速，m/s；

——风轮叶片扫掠面积，m2；

    ——风力机全效率(Over Efficency)；

——风力机安装位置的空气密度。