绞接式风机的简介
绞接式风机((Coning Wind Turbine)是柔性风机技术的一种实现方式.其绞接式风轮以绞接来改变扫风面积,以此作为主要的功率调节和减少载荷的手段。当风速较小时,绞接角也比较小,绞接式叶轮拥有较大的扫风面积而获得更好的低风速下的捕风能力;当风速逐渐增大时,绞接角逐渐变小.保障功率输出的稳定性.井减小载荷;在极限风速下,采用全绞接风轮.绞接角达到最大(约8(0).可以避免全女的报限载荷。
柔性风机的概念很早就提出,绞接式风机的研究在包括1980年剑桥大学Ryle教授的绞接式风机原型以及Carter机型的,Peter Jamieson曾经在他的论文中论述了绞接式风机的相关问题17.51
绞接式风机的优势在于:
1)减小极限载荷:绞接式风机,尤其是全绞接的风机在极限情况下(如50年一遇的极限风速),绞按角达到最大.可以避免过大的极限载荷:
2)更长的叶片:由于避免了高的极限载荷,在同样的风场、同样的风况下.采用同样的材料和设计方法,绞接式风机的叶片可以设计得更薄、更轻、更长,因而在大部分运转(绞接角小于300)的过程中可以获得更大的扫风面积,继而获得高的容最(M数。
3)低风速启动:更长更轻的叶片还意味着较低的启动风速,在低风速部分获得更多的电能输出;
4)更高的切出风速:由于风机在高风速下可以通过绞接的方式保持低载荷运行。因而可以拥有更高的切出风速,理论上说.全绞接风机的切出风速可以达到极限风速:
5)降低尖速比:绞接降低了扫风的半径.在同样转速下,有更低叶尖的速度,即更低的尖速比,降低了叶尖产生的嗓音:
6)减小运行我荷:由于采用了纹接的方法,在高风速下,大大减小了叶片的弦向的弯矩(edgewisebending moment);
7)更高的塔架:绞接式风机采用绞接的方式减少了高风速下风对风轮的轴向的冲最,从而降低了塔架等支撑结构体的载荷.因而允许塔架有更高的高度,无形间提高了可以获得的平均风速:
8)被动偏航(free yaw):采用下风向的绞接式风轮在出现偏航时,受的风对风轮的阻力不对称.在一定角度内,无偏对风位置是绞接式风轮的稳定平衡位置,因而可以实现上风向风轮所无法实现的被动偏航;
9)被动绞接控制(free coning control):采用下风向的绞接式风轮,离心力和风的阻力的平街可以使绞接式风轮在一定转速下艳定平衡的运行,从而实现了被动的绞接控制。
以上优势1,5,6有利于减小载荷进而减小风机成本:2,3,4,7有利于提高风能利用系数:8.9为系统整体设计提供了更多的选型空问。
绞接式风机的应用障碍.除了可能存在的响应速度慢、复杂的绞接实现结构、增加了的运动控制自由度等之外,影响绞接式风机大规模进入应用的主要障碍在于空气动力学的理论研究不足。由于缺乏有效的理论指导,历史上的一些工程实践没能导致成功的商业化的大型绞接式风机的出现。Carter风机的原型是历史上唯一的大型绞接式风力发电机的大胆尝试,该风机为水平轴、绞接式、双叶片、下风向、绞接控制:但是由于理论指导的不足.在运行控制的过程中错误的计算和分析导致了事故的发生,而使该尝试失败;尽管该机型的原型试验失败了.但是在运行期间已经为绞接式风机的运行获取了一些非常有价值的运行数据,并积累了相关的工程实践经验。
柔性风机的概念很早就提出,绞接式风机的研究在包括1980年剑桥大学Ryle教授的绞接式风机原型以及Carter机型的,Peter Jamieson曾经在他的论文中论述了绞接式风机的相关问题17.51
绞接式风机的优势在于:
1)减小极限载荷:绞接式风机,尤其是全绞接的风机在极限情况下(如50年一遇的极限风速),绞按角达到最大.可以避免过大的极限载荷:
2)更长的叶片:由于避免了高的极限载荷,在同样的风场、同样的风况下.采用同样的材料和设计方法,绞接式风机的叶片可以设计得更薄、更轻、更长,因而在大部分运转(绞接角小于300)的过程中可以获得更大的扫风面积,继而获得高的容最(M数。
3)低风速启动:更长更轻的叶片还意味着较低的启动风速,在低风速部分获得更多的电能输出;
4)更高的切出风速:由于风机在高风速下可以通过绞接的方式保持低载荷运行。因而可以拥有更高的切出风速,理论上说.全绞接风机的切出风速可以达到极限风速:
5)降低尖速比:绞接降低了扫风的半径.在同样转速下,有更低叶尖的速度,即更低的尖速比,降低了叶尖产生的嗓音:
6)减小运行我荷:由于采用了纹接的方法,在高风速下,大大减小了叶片的弦向的弯矩(edgewisebending moment);
7)更高的塔架:绞接式风机采用绞接的方式减少了高风速下风对风轮的轴向的冲最,从而降低了塔架等支撑结构体的载荷.因而允许塔架有更高的高度,无形间提高了可以获得的平均风速:
8)被动偏航(free yaw):采用下风向的绞接式风轮在出现偏航时,受的风对风轮的阻力不对称.在一定角度内,无偏对风位置是绞接式风轮的稳定平衡位置,因而可以实现上风向风轮所无法实现的被动偏航;
9)被动绞接控制(free coning control):采用下风向的绞接式风轮,离心力和风的阻力的平街可以使绞接式风轮在一定转速下艳定平衡的运行,从而实现了被动的绞接控制。
以上优势1,5,6有利于减小载荷进而减小风机成本:2,3,4,7有利于提高风能利用系数:8.9为系统整体设计提供了更多的选型空问。
绞接式风机的应用障碍.除了可能存在的响应速度慢、复杂的绞接实现结构、增加了的运动控制自由度等之外,影响绞接式风机大规模进入应用的主要障碍在于空气动力学的理论研究不足。由于缺乏有效的理论指导,历史上的一些工程实践没能导致成功的商业化的大型绞接式风机的出现。Carter风机的原型是历史上唯一的大型绞接式风力发电机的大胆尝试,该风机为水平轴、绞接式、双叶片、下风向、绞接控制:但是由于理论指导的不足.在运行控制的过程中错误的计算和分析导致了事故的发生,而使该尝试失败;尽管该机型的原型试验失败了.但是在运行期间已经为绞接式风机的运行获取了一些非常有价值的运行数据,并积累了相关的工程实践经验。