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具有重力回位力矩机构风能装置的参数确定

2012-07-10 16:12
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  自然界的风不仅大小时刻在变,而且风向也不断在变化。在一台风能转换装置中,风轮在自然界风中吸收的能量是以公式P=(1/8)“Cppv 3D0来计算。其中V1代表风速,从公式可以看出,风速的能量与风速的立方成正比,当风速从5m/s增加到10m/s时,即变化两倍,风能将增加到8倍,而转速在一定范围内与功率成正比,如不加以限速,极可能在短时间里造成风力装置的损坏。

  风轮侧偏是微小型风能转换系统中风轮限速机构的一种形式,归结起来主要有以下三种方式:(1).侧翼式,(2).偏心式,(3).重力回位力矩式。

  前两种都是依靠弹簧进行复位,而弹簧在用一段时间后,就容易变形,造成复位力矩改变;另外弹簧在空气中很容易锈蚀。即使加以处理,弹簧机构用在风力机上也不太理想可靠,而具有重力回位力矩的机构,在微小风能转换装置机构中,由于它的机构在同类装置中最为简单、可靠,并且造价很低,所以在近几年得到了较快的发展,又由于在发展过程中各种技术问题不断得到解决,所以在今后的发展中越来越显示出它极强的生命力。

  具有重力回位力矩机构的原理是风轮偏置安装,具有一个偏心距,尾舵和机座是饺接,这个铰接轴不是垂直于偏侧转轴,而是向后和向侧各倾斜一个角度,当尾翼从初始位置转到折尾保护位置时,随着尾翼重心位置在风轮偏侧过程中的抬高,就会产生重力回位力矩。从物理学中得知:物体只有在能量最小的位置才能达到稳定平衡状态,故尾翼重心的抬高,就打破了它原有的平衡,在新的位置上由于重力的作用,它就要建立一种新的平衡,那么它只有在和风轮偏侧时产生的力矩相等时,才能达到一种稳定的平衡。

  由于这种机构在设计时涉及的参数较多,不容易准确解决参数之间各个量的关系,风轮的气动力在偏侧时,还缺少准确的计算,另外由于风的大小和风向的变化都是随机的,它们时时刻刻都在变,在很短的时间内可产生很大幅度的变化,风轮受力情况极为复杂,所以一台风能转换装置的设计,不能只停留在理论计算上,还需试验测试,但试验台牵引试验以及风洞试验都不能正确描述风力机的特征。故本人从重力回位力矩机构的原理出发,参看目前国内外的有关文献,提出一种初步确定设计中参数的计算方法,并根据此原理设计一台微小型具有重力回位力矩机构风力机的通用试验机构,它的试验原理是先根据计算出的理论参数在模型中加以确定,然后通过现场自然状态下对这台模型风力机进行测试,测试过程中对各参数进行校正,最后加以确定总体参数,这样便可通过理论与实践的结合寻找到所需要的最佳值。

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