本设计中叶片数为 ３， 翼型选择相对厚度较 小、升阻比较大的 ＮＡＣＡ４４１２。将叶片等分为十 等分， 采用 Ｗｉｌｓｏｎ 气动模型计算叶片各剖面的 弦长 Ｃ， 安装角 Ｏ， 结果如表 ２ 所示。 ３ 风力发电机的输出功率的计算
风力发电机的输出功率， 即风轮在各种转 速下所发出的功率。将叶片的气动外形参数代 入 Ｗｉｌｌｓｏｎ 气 动 模 型 可 以 得 到 风 轮 在 各 种 运 行 状态时的干涉因子 ａ、ｂ 和稍部损失系数 Ｆ， 依据 动量定理和动量矩定理， 风力发电机输出功率 为： Ｐ＝∫０Ｒ ０．８１×４"ＰＶ１%２（ １－ ａ） ｂＦｒ３ｄｒ
本设计中选取 ６ｍ／ｓ 为设计风速， 此风速对
应的风轮功率为：
Ｐ＝ＣＰ
１ ２
!"（
Ｄ２ ４
） Ｖ３#１#２
＝０．４×３．７１×６３×０．８１≈３００Ｗ
２．２ 设计尖速比 $０ 的确定 尖速比的计算公式为：
$０＝
%Ｒ Ｖ
（ ２）
式中： %－ － 风轮旋转角速度；
Ｖ－ － 设计风速。
小型风力发电机一般没有变速箱， 其中 %
式中的 ０．８１ 为机电效率。所得到的关系曲 线见图 ２。 ４ 结果分析
由图 ２ 可以看出， 风速为 ６ｍ／ｓ 时风力发电 机工作在最大效率点， 具有最大风能利用系数， 风速为 １２ｍ／ｓ 时风力发电机输出功率在 １５００Ｗ 附近。这样就满足了设计要求即在低风速段具 有较高的风能利用系数， 高风速段风能利用系 数较低， 风轮失速明显， 限制功率输出。 ５ 结论
·２９·
Байду номын сангаас
又是电动机转速。选用 ＨＹ－ １５００ 发电机， 其输出
图 ２ 风力发电机的输出功率－ 转速关系曲线
功率特性如图 １ 所示。从图上可以看出， 设计风速 ６ｍ／ｓ 功率为 ３００Ｗ 时对应的电机转速为 ３００ｒｐｍ， 所以： &０＝Ｒ%／Ｖ＝１．５×３００×２×"／（ ６０×６） ＝７．５ ２．３ 叶片气动外形参数的计算
［关键词］ 风力发电机 叶片设计
自 ２０ 世纪 ８０ 年代开始， 我国为了解决边 远缺电地区的用电问题， 已累计推广小型风力 发电机组 １９ 万台。但这些风电机组产品大多数 存在着如下缺点， 即设计风速较大， 实际运行中 风能利用系数低。为此， 本文提出了一种新的设 计思路， 即以使用产品地区出现频率较高的风 速作为叶片设计风速， 并利用该方法设计了设 计风速为 ６ｍ／ｓ、额定风速为 １２ｍ／ｓ 和额定功率 为 １５００Ｗ 的风力发电机， 计算了其理论输出功 率。 １ 设计风速的确定
研究与试验 表 ２ 叶片气动外形参数
图 １ 发电机功率—转速关系曲线
式中 Ｐ－ － 风力发电机输出功率， Ｗ；
Ｖ－ － 风力发电机设计风速， ｍ／ｓ；
Ｄ－ － 风轮直径， ｍ；
因为设计风速为 ６ｍ／ｓ， 风速为 １２ｍ／ｓ 时对
应的风能利用系数必定不是最佳的， 所以风能
利用系数在此暂取为 ０．２７。
研究与试验
小型风力发电机叶片设计风速的选择
冯国英 刘志璋
内蒙古工业大学能源与动力工程学院
［摘 要］ 根据内蒙古某地区 ２００４ 年月平均风速数据选定设计风速， 根据 ＨＹ－ １５００ 发电机的 输出功率特性， 利用 Ｗｉｌｌｓｏｎ 气动模型设计了 １５００Ｗ 风力发电机叶片。计算表明， 该风力发电机在低 风速段具有较高的风能利用系数， 风速较高时又具有较低的风能利用系数， 具有重要的实际应用价 值。
本文设计风速的选取是以产品使用地区风 资源数据为基础的。表 １ 为内蒙古某地区气象 站观测的 ２００４ 年风速数据， 根据当地的风资源 数据， ５￣６ｍ／ｓ 范围内的风速频率较高， 为了使风 力发电机在风频较高的风速段具有最大的风能 利用系数， 这里选取 ６ｍ／ｓ 为设计风速。
表 １ 内蒙古某地区气象站观测 ２００４ 年月平均风速
设计风速是风力发电机叶片气动外形设计 的一个重要参数， 与风力发电机在各种风速下
的效率密切相关。一般来说， 风力发电机运行在 设计风速下具有最大风能利用系数。目前国内 使用的风力发电机的设计风速即为额定风速， 多为 ８ｍ／ｓ 或者 １０ｍ／ｓ， 而我国内陆地区的风速 一般都很少能达到 ８ｍ／ｓ， 这样就使风力发电机 常常在风能利用系数较小的状态下工作。
２ 风轮气动外形的计算 ２．１ 风轮直径的确定
风轮直径可由下列公式进行估算：
·２８·
Ｐ＝Ｃｐ
１ ２
!"（
Ｄ２
４
）
Ｖ３#１#２
（ １）
! ! Ｄ＝
４Ｐ
＝
１ ２
!"Ｖ３ＣＰ#１#２
４×１５００ ２．８５×１０３×０．２７×０．８１
≈３（ｍ）
农 村 牧 区 机 械 化 ２００７ 年 第 ２ 期（ 总 第 ７１ 期）
本文的设计风速与额定风速为两种不同的 风速， 根据当地的风资源情况， 选用出现频率较 高的风速为设计风速， 这样就使风力发电机在 低风速段具有较高的风能利用系数， 年发电量 增加。而在高风速段风能利用系数较低， 风轮失 速明显， 起到了一定的限制功率的作用。
农农村 牧 区 机械化 ２００４７ 年年第第 １２ 期期（（ 总第 ５７７１ 期期）