前言: 风能作为清洁的可再生新能源,近年来受到随着能源。当你游走在风机附近,欣赏着蓝天白云下风叶悠悠转动的景象时,是否也会好奇风机3片叶子和5片叶子的区别?
如果你也有同样的疑问,那么咱们一起先观看以下短片,寻找答案。
视频:风力发电机的工作原理
还记得之前的疑问吗,风力发电机3片叶子和5片叶子有什么区别?
简单的说,3片叶子的便于平衡,叶片数目太多了平衡起来很困难,而且造价高。
在额定风速下,发电功率与风轮扫掠面积成正比,即200个叶片的风轮与1个叶片的风轮都可以产生同样的功率。
从上图看可以看出随着叶片数量的增加,风能利用的系数也在增加,但是在从3叶到4叶到5叶的过程中,风能利用系数增加的幅度,相比于1叶到2叶到3叶的增加的幅度要小很多,从成本角度讲,得不偿失。
那么,风力发电机的叶片数目越少越好喽?
首先,多叶片的优势在于较大的力矩转化率, 但从能量转化率来讲,4叶和5叶的效率却低于3叶风机。
主要原因在于多叶风机由于阻力较大,造成了相当部分干扰叶片旋转的扰流,从而降低了能量的转化率。
所以选择3叶比4叶或者5叶好的多。(恩,电风扇也是这个道理);其次,叶片数目太少了又会影响发电效率。
实际上,目前欧洲有种专利,2片叶子,竖直安放,效率可以提高一倍!不过呢, 2叶片的轮毂结构特殊,有跷跷板结构,疲劳问题也比3叶片厉害。
而且,叶片越少,额定转速越高,转速高到一定程度,叶尖的圆周线速度很大,引起风阻也大,阻力矩限制了发电功率和转速的进一步提高。所以,叶片太少也不好,三叶片主要是好平衡,而且成本低,经长时间验证,成了今天普遍的风机形式。
/ 风力发电机结构 /
机舱:机舱包容着风力发电机的关键设备,包括齿轮箱、发电机。维护人员可以通过风力发电机塔进入机舱。机舱左端是风力发电机转子,即转子叶片及轴。
现代三叶片水平轴风机结构
近些年来,水平轴风机的发展异常迅猛,功率也日益增大。目前已经装机的最大的水平轴风机功率已经达到9.5MW,而正在研制的一些机组功率目标在12MW。假设一个普通家庭每天消耗电量10 KWh,那么一台12MW的风电机组全功率发电时可以供应约3万户普通家庭的日常用电。
/ 关键零部件的创新 /
然而12MW的风电机组绝对是一个庞然大物,甚至可以和大吨位的航空母舰尺寸相媲美,这对其机械零部件的设计和制造提出了前所未有的挑战。
12MW风机尺寸与航空母舰的尺寸对比
集成式行星轮轴承
风电机组的运行环境通常比较恶劣,轴承往往需要在润滑不良或者杂质较多的环境中运行,普通轴承在这种环境下的实际运行寿命会大大低于设计寿命。针对这种情况,关键在选用优质的抗磨轴承以应对这种挑战。
滚子上采用了特殊涂层的抗磨轴承
自然界的风能储备巨大,理论上仅1%的风能就能满足人类能源需求。随着能源革命的不断推进,风能发展的未来不可限量,并必将在缓解人类能源危机方面做出贡献。而推动装备进步的技术革新也必在这其中扮演着越来越重要的角色,不仅使风能,而使更多的能源向清洁、高效、易用演进。
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