小型风力发电机偏心轴叶片设计与计算

288 辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 第28卷

阻力曲线

Vc=2.7s。同理令初始偏转角θ=θ2=85D，

可计算出切出风速为VF=29.27ms。由于叶片频繁偏转对系统的稳定性会受到影响，因此偏心距不宜过大，可取e=0.04m，将额定风速VR=6s和所

（角度）

动力曲线

图4 动力项和阻力项随θ的变化规律

Fig.4 motive item and resistance item with variety

对应的偏转角θ=35D以及偏心距e=0.04 m代入式

（1-14），可得满足以上条件的弹簧刚度N=114.75Nm。以上结果如表1。

表1 计算结果 Tab. 1 compute result

参数

叶片

宽度

长度

距

风速 2.7

风速 22

风速 6

偏角10

偏心

切入

切出

额定

初始

θ

数值

2 0.2 0.04

14 结 论

基于空气动力学基本理论，对风流场和小型风力发电偏心轴叶片结构的简化，推导出风力发现叶

图5 叶片受力分析

Fig.5 force analytical of leaf's slice

对叶片受力分析如图5，

拉力：FL=K 2 sin弹簧X1轴方向的分力，

θ

2

a （11）

片所受的风压强为P=

1

ρ V∞2。以此为基础，对2

叶片进行受力分析并给出数学表达式。从动力项和阻力项随偏角变化曲线中，得出了最优偏转角

1800 θ

FLX1=K 2 sin a sin()（12）

22

θ

θ=350。对叶片所受力矩分析后，得出了弹簧的

弹性系数。此系数满足初始偏角为10度时，在切入风速2.7m（相当于二级风速）时微风启动，以及在切出风速22m时，叶片偏转角度约为90度的强风制动特点。由于叶片采用了较小的偏心距

和带有一定安装角的下风式结构，这就满足了系统稳定并且自动描风，定向的作用，为小型风力发电偏心轴叶片设计提供了理论基础。 参考文献：

[1] 王乘煦,张源主编.风力发电[M].北京：中国电力出版社.2002.8. [2] 阮 志,坤周敏,王五一,曲炳元,张宏文.小型水平轴风车侧偏限速机

构的设计计算[J].太阳能学报,1988.

[3] 林建忠等编著.流体力学[M].北京：清华大学出版社，2005,9. [4] 童秉纲,孔祥言,邓国华.气体动力学[M].北京：高等教育出版社，

1990,5.

[5] 藏俊霞. 便携式小型风力发电机的结构优化设计[D].河北：燕山大

学，2002，3.

由式FY e=ML可得

1800 θ

ML=K 2 sin a sin() a=

22

θ

FY e （13）

1800 θ

K 2 sin a sin() a=0.613 Vf2

22

cos2θ (a+b) L e （14） 令θ分别等于θ1和θ2，对应的风速为Vf1和

θ

Vf2代入式（1-14）并将两式相比可得

2

sinθ1Vf1cos2θ1

（15） =2 2

sinθ2Vf2cosθ2

将额定风速VR=6ms和所对应的偏转角

θ=350代入式（1-15），并令初始偏转角θ=θ2=100，来求切入风速Vc，经计算可得