農(nóng)村能源工程4

第二章風(fēng)能第一節(jié)風(fēng)能基本知識(shí)一、風(fēng)的形成風(fēng)是人類最常見的自然現(xiàn)象之一。它是由太陽的熱輻射在地球上引起的“空氣流動(dòng)”。到達(dá)地球的太陽能約有2％轉(zhuǎn)變成為風(fēng)。當(dāng)?shù)孛媸艿教栒丈洌瑴囟壬?，氣壓發(fā)生變化，高壓冷空氣流向低壓區(qū)，相對(duì)于地球表面的空氣流動(dòng)形成了風(fēng)。氣壓差值越大，風(fēng)也就越大。

赤道附近接收的太陽能較多，而南、北極接收的太陽能較少，

如果地球表面情況是一樣的，而且忽賂地球轉(zhuǎn)動(dòng)的作用，則赤道附近空氣受熱膨脹向上，流向兩極；而兩極附近的冷空氣，沿地表流向赤道。

地球不停地轉(zhuǎn)動(dòng)也產(chǎn)生影響，在同樣日照情況下，海面上升溫慢，陸地上升溫快；

山谷升溫饅，山脊升溫快，等等這些復(fù)雜因素造成了地球上不同地區(qū)、不同季節(jié)里，空氣的流動(dòng)是變化多樣的，因而風(fēng)向、風(fēng)速也是變化無常的二、風(fēng)向與風(fēng)速

風(fēng)是一種矢量，它通常用風(fēng)向與風(fēng)速這兩個(gè)要素來表示。1．風(fēng)向風(fēng)向是指風(fēng)吹來的方向，如果風(fēng)是從西面吹來，則稱為西風(fēng)。觀測(cè)陸地上的風(fēng)向，一般采用16個(gè)方位(海上的風(fēng)向通常采用32個(gè)方位)，即以正北為零，順時(shí)針每轉(zhuǎn)過22．5o為一個(gè)方位，如圖2—l所示。

在一定的時(shí)間范圍內(nèi)，某風(fēng)向出現(xiàn)的次數(shù)占各風(fēng)向出現(xiàn)的總次數(shù)的百分比，稱作風(fēng)向頻率，

即:2．風(fēng)速風(fēng)在單位時(shí)間內(nèi)所流過的距離稱為風(fēng)速V，單位是m/s。(1)瞬時(shí)風(fēng)速與平均風(fēng)速風(fēng)速是很不穩(wěn)定的，即使在很短的時(shí)間內(nèi)，它的變化也很大。在某一瞬間(在幾秒內(nèi))所測(cè)得的風(fēng)速，叫瞬時(shí)風(fēng)速；在某一段時(shí)間內(nèi)，瞬時(shí)風(fēng)速的算術(shù)平均值，稱為平均風(fēng)速。

假如把一晝夜中每小時(shí)所測(cè)得的風(fēng)速相加，再除以24，就得到了一天的平均風(fēng)速。同理，可求得月平均風(fēng)速和年平均風(fēng)速。

(2)風(fēng)速頻率與變幅在一定時(shí)問內(nèi)，相同風(fēng)速出現(xiàn)的時(shí)數(shù)占測(cè)量總時(shí)數(shù)的百分比稱作風(fēng)速頻率，即:

風(fēng)速頻率=相同風(fēng)速出現(xiàn)的時(shí)數(shù)/測(cè)量總時(shí)數(shù)×100%

最大風(fēng)速與最小風(fēng)速之差，稱為風(fēng)速變幅。對(duì)風(fēng)能利用來說，既希望平均風(fēng)速較高，又希望風(fēng)速變幅小，以保證風(fēng)力機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行，便于控制。

(3)起動(dòng)風(fēng)速、切除風(fēng)速、有效風(fēng)速

可使風(fēng)力機(jī)起動(dòng)運(yùn)行的風(fēng)速，稱為起動(dòng)風(fēng)速；

限制風(fēng)力機(jī)超速運(yùn)行的上限風(fēng)速為切除風(fēng)速。

大于這個(gè)風(fēng)速時(shí)，風(fēng)力機(jī)必須停轉(zhuǎn)，國(guó)內(nèi)多數(shù)風(fēng)力機(jī)常取3m／s為起動(dòng)風(fēng)速，20m／s為切除風(fēng)速，起動(dòng)風(fēng)速與切除風(fēng)速之間的風(fēng)速稱為有效風(fēng)速

故把3—20m／s的風(fēng)速稱為有效風(fēng)速。據(jù)此計(jì)算出來的風(fēng)速頻率和風(fēng)能，分別稱為有效風(fēng)頻和有效風(fēng)能。(4)風(fēng)速級(jí)別表2一l列出了最新修訂的國(guó)際通用風(fēng)速級(jí)別。表中的最后一列給出了在不同風(fēng)速下，風(fēng)垂直于平板時(shí)，平板上的平均壓強(qiáng)，單位是10N／m2(Ps)。此壓強(qiáng)值可用下式進(jìn)行估算：三、風(fēng)的能量

1．風(fēng)能風(fēng)能就是空氣流動(dòng)的動(dòng)能。風(fēng)和其它運(yùn)動(dòng)的物體一樣，它所具有的動(dòng)能用下式計(jì)算：

W=1/2mv2

2．有效風(fēng)能計(jì)算某地一年內(nèi)風(fēng)能的大小，不能簡(jiǎn)單地用年平均風(fēng)速，還要考慮風(fēng)速的分布情況。年相應(yīng)風(fēng)向平均風(fēng)速立方數(shù)的乘積。根據(jù)風(fēng)能玫瑰圖即可看出哪個(gè)方向的風(fēng)具有能量的優(yōu)勢(shì)。四、阻力與升力1．流體流經(jīng)物體的情形固2—5所示為空氣流過三種不同形狀物體的情形。(a)是個(gè)圓形板；(b)是個(gè)流線型物體，此二物體垂直于氣流方向的橫截面面積相等為Ao。(c)為某風(fēng)力機(jī)葉片的核截面(稱為冀型)。當(dāng)風(fēng)吹向圓形板時(shí)，在圓形板前壓力增大，而圓形板后的壓力減少，這個(gè)壓力差構(gòu)成了氣流對(duì)圓形板的作用力F。在同樣條件下，氣流對(duì)流線型物體的作用力要比前者小得多，流線型物體所受的作用力主要來自氣流與它的摩擦。

當(dāng)氣流流經(jīng)葉片截面時(shí)，其流線分布如圖2—5(c)所示，葉片上面氣流速度增高，壓力降低；葉片下面幾乎保持原來的氣流壓力，于是葉片受到了向上的作用力F，此力可分解成與氣流方向平行的力Fd，稱為阻力；和與氣流方向垂直的力F’，稱為升力。圖中的(a)和(b)，物體的形狀相對(duì)于氣流的方向是對(duì)稱的，只有阻力，沒有升力。3．升力系數(shù)與阻力系數(shù)的變化

氣流方向與葉片橫截面的弦的夾角。(圖2—6)為攻角，其值為正和負(fù)如圖中所示。Ce與Cd隨a的變化情況如圖2—7所示。

對(duì)于同一翼型，其升力系數(shù)與阻力系數(shù)的比值，稱為它的升阻比，即Ce／Cd值：第二風(fēng)能資源與風(fēng)能利用概況

一、我國(guó)風(fēng)能資源

風(fēng)能資源的主要參數(shù)是當(dāng)?shù)氐哪昶骄L(fēng)速和年平均風(fēng)能密度，

當(dāng)然，有效風(fēng)能小時(shí)數(shù)也很重要。根據(jù)氣象部門的資料，我國(guó)風(fēng)能總量理論數(shù)為16×108kw，可開發(fā)量為發(fā)量為2．25億kW，僅次于美國(guó)和前蘇聯(lián)，居世界第三位。我國(guó)東南沿海及一些島嶼的風(fēng)能資源較好s內(nèi)陸沿東北、內(nèi)蒙古、甘肅至新疆一帶，風(fēng)能資源也比較豐富，年平均風(fēng)能密度在100—200w／m2，全年有效風(fēng)速累計(jì)小時(shí)達(dá)3000—6000h.近年來，國(guó)家氣象科學(xué)院按各地風(fēng)能特征編制了全國(guó)風(fēng)能區(qū)劃為：

1．風(fēng)能豐富區(qū)——東南沿海、臺(tái)灣、海南島西部及南海群島，內(nèi)蒙古北部西端和陰山以東，松花江下游地區(qū)。

Ⅱ．風(fēng)能較豐富區(qū)——東南沿海離岸20—50km的地帶，海南島東部，渤海沿岸，東北平原，內(nèi)蒙古南部，河西走廊，青藏高原。Ⅲ．風(fēng)能可利用區(qū)——閩、粵兩岸50一100km地帶，大小興安蛤，長(zhǎng)江及黃河下游，兩湖沿岸等地區(qū)。IV．風(fēng)能欠缺區(qū)——四川、甘南、陜西、貴州、湘西、嶺南等地。遼河流域，蘇北.圖2—8和固2—9描述了我國(guó)風(fēng)能資源分布情況。表2—8指明了我國(guó)風(fēng)能資源較大二、風(fēng)能資源的特點(diǎn)1．風(fēng)能資源的優(yōu)點(diǎn)(1)風(fēng)能是可再生能源，取之不盡，用之不竭。(2)一般說來，在偏遠(yuǎn)山區(qū)、海濱、居民分散的無電或少電地區(qū)，風(fēng)能資源比較豐值得開發(fā)利用。(3)開發(fā)利用風(fēng)能，不污染環(huán)境，不影響生態(tài)平衡。(4)把風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，辦法比較簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。2．風(fēng)能資源的缺點(diǎn)(1)風(fēng)能常隨季節(jié)、晝夜變化，當(dāng)小風(fēng)或無風(fēng)時(shí)還想利用它則涉及到能量?jī)?chǔ)存問題，就需要儲(chǔ)能設(shè)備。(2)風(fēng)能的密度比較低，空氣比水輕800倍，因此，要獲得較大的功率，勢(shì)必得把風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪作得很大。

(3)風(fēng)能受地形地物的影響較大，即使在同一個(gè)區(qū)域，有利地形處的風(fēng)力往往是不利地形處的幾倍乃至更多?；谖覈?guó)小型風(fēng)力機(jī)已商品化，現(xiàn)正轉(zhuǎn)向中、大型風(fēng)力機(jī)的研制，并且在多點(diǎn)試辦風(fēng)力田。同時(shí)，也開展了風(fēng)能利用新技術(shù)、新領(lǐng)域的研究，如風(fēng)能——太陽能互補(bǔ)發(fā)電，用風(fēng)能談化海水，用風(fēng)力機(jī)向養(yǎng)魚池增氧，大型風(fēng)帆助航，旋風(fēng)式風(fēng)力提水機(jī)，風(fēng)能致熱等。

綜上所述，無論是國(guó)外還是國(guó)內(nèi)，鑒于石油、煤炭燃料日趨減少，風(fēng)能作為無污染的可再生能源，其發(fā)展的前景是非?？捎^的。全球風(fēng)能總量估計(jì)有1.3×10l4W，如能有1％被利用，即可滿足人類對(duì)能量的全部需要。二、風(fēng)力機(jī)的組成及各部件的功用現(xiàn)以水平軸風(fēng)力機(jī)為例，介紹常見風(fēng)力機(jī)的基本組成和各部件的功用。風(fēng)力機(jī)一般由風(fēng)輪、傳動(dòng)裝置、作功裝置、蓄能裝置、控制系統(tǒng)、塔架、附屬部件等組成(見圖2—24、2—25)。

1．風(fēng)輪風(fēng)輪是風(fēng)力機(jī)最重要的部件，它是風(fēng)力機(jī)區(qū)別于其它動(dòng)力機(jī)的主要標(biāo)志。其作用是捕捉和吸收風(fēng)能，并將風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，由風(fēng)輪軸將能量送至傳動(dòng)裝置。

2．控制系統(tǒng)(1)調(diào)速(限速)機(jī)構(gòu)

風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速的增大而變快，而轉(zhuǎn)速超過設(shè)計(jì)允許值后，將導(dǎo)致機(jī)組的毀壞或壽命的降低，有了調(diào)速(限速)機(jī)構(gòu)，即使風(fēng)速很大，風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速仍能維持在一個(gè)較穩(wěn)定的范圍之內(nèi)，防止超速乃至飛車的發(fā)生。(2)調(diào)向機(jī)構(gòu)

垂直軸風(fēng)力機(jī)可接受任何方向吹來的風(fēng)，因此不需要調(diào)向機(jī)構(gòu)。而水平軸風(fēng)力機(jī)，為了獲得較高的效率，應(yīng)使它的風(fēng)輪經(jīng)常對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向，大多數(shù)水平軸風(fēng)力機(jī)都有調(diào)向機(jī)構(gòu)、圖2—24和2—25中的尾舵便是調(diào)向機(jī)構(gòu)常見的一種。3．傳動(dòng)裝置

將風(fēng)輪軸的機(jī)械能送至作功裝置的機(jī)構(gòu)，稱為傳動(dòng)裝置。對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其傳動(dòng)裝置為增速機(jī)構(gòu)。風(fēng)力機(jī)的傳動(dòng)裝置與一般機(jī)器所采用的傳動(dòng)裝置沒有什么區(qū)別，多為齒輪、皮帶、曲柄連桿等機(jī)械傳動(dòng)：

4，作功裝置由傳動(dòng)裝置送來的機(jī)械能，供給工作機(jī)械按既定意圖作功5．儲(chǔ)能裝置可以把有風(fēng)或大風(fēng)時(shí)獲得的能量，分儲(chǔ)存起來，供無風(fēng)和小風(fēng)時(shí)使用。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的蓄電池和風(fēng)力提水機(jī)的蓄水罐。

6．塔架風(fēng)輪、控制系統(tǒng)和機(jī)艙(內(nèi)有傳動(dòng)機(jī)構(gòu))等組成了風(fēng)力機(jī)的機(jī)頭，將其支撐到設(shè)計(jì)的高空。

7．附屬裝置風(fēng)力機(jī)還有一些附屬裝置，如機(jī)艙、機(jī)座、回轉(zhuǎn)體、停車機(jī)構(gòu)等，它們配合主要部件工作，以保證風(fēng)力機(jī)的正常運(yùn)行。三、風(fēng)輪風(fēng)輪一般由葉片、葉柄、輪毅及風(fēng)輪袖等組成(圖2—26)。葉片的基本類型有3種，即平板型、弧板型和流線型(圖2—27)。在相同條件下，產(chǎn)生的升力值：流線型＞弧板型＞平板型；而阻力值：平板型＞弧板型＞流線型。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片橫截面的形狀，接近于流線型；而風(fēng)力提水機(jī)的葉片多采用弧板型，也有采用平板型的。橫截面近似于流線型葉片所用的材料，如圖2—28所示。而弧板型和平板型葉片所用的材料多為鍍鋅鋼板，也有試用玻璃鋼制作葉片的。風(fēng)力提水機(jī)的風(fēng)輪與風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪相比較，突出的異點(diǎn)在于前者葉片數(shù)日多，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速低，產(chǎn)生的扭力矩大。由于風(fēng)力提水機(jī)的風(fēng)輪葉片數(shù)目為了保持它在風(fēng)輪中的幾何位置和設(shè)計(jì)的形狀，常用鋼困和輻條固定(見圖2—12中的和e，圖中未繪出稻條)。四、調(diào)向機(jī)構(gòu)自然界的風(fēng)，速度和方向經(jīng)常變化，為了使風(fēng)力機(jī)能有效地捕捉風(fēng)能，就應(yīng)設(shè)置對(duì)風(fēng)裝置以跟蹤風(fēng)向的變化，保證風(fēng)輪基本上始終處于迎風(fēng)狀態(tài)。風(fēng)力機(jī)的調(diào)向機(jī)構(gòu)常見的有：尾舵、舵輪、電動(dòng)(或液動(dòng))和下風(fēng)向自由對(duì)風(fēng)四種。1．尾舵尾舵是最常見的一種調(diào)向裝置，它廣泛用于小、微型風(fēng)力機(jī)上。尾舵由尾桿和尾翼組成(圖2—29)。尾翼一般都處在風(fēng)輪的尾流區(qū)里．為了避開尾流的影響，有的風(fēng)力機(jī)把尾冀翹起安裝，高出風(fēng)輪。

2．舵輪調(diào)向機(jī)構(gòu)

在風(fēng)輪后面裝有兩個(gè)平行的多葉式小風(fēng)輪(圖2—31)，其旋轉(zhuǎn)面與風(fēng)輪掃掠面相垂直。舵輪的軸帶動(dòng)由圓錐齒輪和圓柱齒輪組成的傳動(dòng)系統(tǒng)，圖中的中間一對(duì)齒輪與裝在塔架上方的回轉(zhuǎn)體上的從動(dòng)大圓柱齒輪嚙合。正常工作時(shí)，風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向，舵輪旋轉(zhuǎn)面與風(fēng)向平行，它不轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)風(fēng)向變化時(shí)，舵輪與風(fēng)向成某一角度，在風(fēng)力作用下舵輪開始旋轉(zhuǎn)，通過傳動(dòng)系統(tǒng)，使風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪重新對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向，舵輪旋轉(zhuǎn)面又恢復(fù)到與風(fēng)向平行的位置，便停止轉(zhuǎn)動(dòng)。舵輪調(diào)向裝置比尾舵工作得平穩(wěn)，多用于小型和中型風(fēng)力機(jī)上。3．電動(dòng)對(duì)風(fēng)裝置

電動(dòng)對(duì)風(fēng)裝置廣泛用于中型和大型風(fēng)力機(jī)上。圖2—32是國(guó)產(chǎn)FDl6．2—55型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組對(duì)風(fēng)裝置示意圖。該裝置的風(fēng)向感受信號(hào)來自于裝在機(jī)艙上面的風(fēng)向標(biāo)。在風(fēng)向標(biāo)的垂直抽上有一個(gè)凸輪，下面還有浸沒在油缸中的阻尼板(板上鉆有很多小孔)，用以吸收風(fēng)向的脈動(dòng)。當(dāng)風(fēng)向偏離風(fēng)輪軸線±150時(shí)，風(fēng)向標(biāo)帶動(dòng)其垂直軸上的凸輪，使左例或右側(cè)的限位開關(guān)接通，經(jīng)過30秒延時(shí)(可任意調(diào)整)后，交流接觸器閉合，p從而起動(dòng)對(duì)風(fēng)伺服電動(dòng)機(jī)左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)，并接通相應(yīng)的指示燈。伺服電動(dòng)機(jī)經(jīng)過減速帶動(dòng)回轉(zhuǎn)體上的轉(zhuǎn)盤，使風(fēng)輪重新迎風(fēng)后，限位開關(guān)斷開，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，指示燈熄滅。

4．自動(dòng)調(diào)向風(fēng)輪

風(fēng)輪安裝在塔架的下風(fēng)位置(即后置式布置)，利用作用在風(fēng)輪亡的阻力的方法，使風(fēng)輪自動(dòng)對(duì)難風(fēng)向(團(tuán)2—33)。五、調(diào)速(限速)機(jī)構(gòu)

國(guó)內(nèi)外的風(fēng)力機(jī)調(diào)速(限速)機(jī)構(gòu)有很多類型，概括起來，大體上可分為兩大類：定槳距調(diào)速和變槳距調(diào)速。所謂“槳距”是指葉片的偏角。葉片的偏角，對(duì)水平軸風(fēng)力機(jī)，是指葉片橫截面的弦線與風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面的夾角；對(duì)垂直抽風(fēng)力機(jī)，是指弦線與葉片掃掠弧線的切線的夾角。下面列舉一些調(diào)速(限速)機(jī)構(gòu)。1．定槳距調(diào)速(限速)機(jī)構(gòu)定槳距調(diào)速(限速)方法有兩種，一種是使風(fēng)輪偏側(cè)一定角度，以減少風(fēng)輪的迎風(fēng)面積，風(fēng)輪就基本不轉(zhuǎn)了。另一種方法是用空氣制動(dòng)裝置來限制風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速，當(dāng)風(fēng)速增大時(shí)，裝在風(fēng)輪上的空氣制動(dòng)裝置阻力增加，限制風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的提高。

(1)側(cè)翼式側(cè)翼式調(diào)速(限速)機(jī)構(gòu)是在風(fēng)輪后面向一例伸出一支側(cè)翼(2-34）(2)偏心式偏心式調(diào)速(限速)機(jī)構(gòu)是指風(fēng)輪軸線與機(jī)頭座回轉(zhuǎn)體軸線并不相交(圖2—35)，

(3)風(fēng)輪繞水平軸偏風(fēng)裝置此裝置如圖2—36所示，其原理與上述偏心式的基本相同，只是在調(diào)速時(shí)風(fēng)輪不是向側(cè)轉(zhuǎn)，而是繞水平的偏轉(zhuǎn)軸向上翻，減少了風(fēng)輪的迎風(fēng)面積，整個(gè)機(jī)頭平衡在空氣動(dòng)力、彈簧張力以及機(jī)頭重量對(duì)水平軸的力矩之和為零時(shí)的位置。為避免振動(dòng)，應(yīng)設(shè)減震器。

(4)空氣動(dòng)力調(diào)速(限速)裝置圖2—37所示為在風(fēng)輪輪毅上焊有兩個(gè)文臂，兩片弧板分別鉸接在支臂上，與彈簧構(gòu)成了一個(gè)風(fēng)載系統(tǒng)。當(dāng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速超過額定值時(shí)，弧板的離心力超過了彈簧的拉力，甩出向外，回轉(zhuǎn)面積增大，

3．失速控制

當(dāng)風(fēng)速超過額定值以后，葉片的尖部將進(jìn)入“失速”狀態(tài)。所謂“失速”，即氣流與葉片的相對(duì)風(fēng)速過大，導(dǎo)致氣流與葉片的分離，升力系數(shù)非但不增加，反而會(huì)下降(參看固2—7)。然而，為了避免發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)解列或突然卸去全負(fù)荷后出現(xiàn)的轉(zhuǎn)速飛升，就需考慮失速控制。失速控制通常沒有兩套控制系統(tǒng)：一是裝在風(fēng)力轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的抱閘停車機(jī)構(gòu)；二是裝在葉尖上的阻尼板氣動(dòng)制動(dòng)機(jī)構(gòu)(圖2—42)，用它來防止超速。

1．單管拉線式(圖2—44)塔架由一根鋼管和3—4條拉線組成。它具有簡(jiǎn)單、輕便、穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。微型風(fēng)力機(jī)幾乎都采用這種形式的塔架。

2．·衍架拉線式(圖2—45)小、中型風(fēng)力機(jī)的塔架通常都采用衍架拉線式結(jié)構(gòu)。它由鋼管或角鋼焊接而成的柿架，再輔以3—4根拉線組成。析架的斷面形狀常見的有等邊三角形與正方形兩種。

3．衍架式(圖2—46)它是由鋼管或角鋼焊接而成的底大頂小的朽架，其斷面最常用的是正方形，也有采用多邊形的。這種結(jié)構(gòu)不帶拉線。下風(fēng)向布置的中、大型風(fēng)力機(jī)多采用這種結(jié)構(gòu)的塔架。

4．圓臺(tái)(或棱臺(tái))式(圖2—47)它是由鋼板卷制(或軋制)焊接而成的上小下大小。七、附屬部件附屬部件主要有機(jī)艙、機(jī)頭座、回轉(zhuǎn)體、停車機(jī)構(gòu)等，簡(jiǎn)要介紹如下。1．機(jī)艙風(fēng)力機(jī)長(zhǎng)年累月在野外運(yùn)轉(zhuǎn)，工作條件惡劣，機(jī)頭上的某些重要部件，需用罩殼把它們密封起來，此罩殼稱為“機(jī)艙”。機(jī)艙應(yīng)美觀，盡量呈流線型，最好采用重量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕的玻璃鋼制作，若用其它材料制造應(yīng)考慮防銹措施。罩殼的結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮到對(duì)內(nèi)部的發(fā)電機(jī)或傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的保養(yǎng)、檢修方便。

2．機(jī)頭座機(jī)頭座用來支撐塔架上方的所有裝置及附屬部件，它牢固與否將直接關(guān)系列風(fēng)力機(jī)的安危與壽命。小、微型風(fēng)力機(jī)由于塔架上方的設(shè)備重量輕，一般由底板再焊以加強(qiáng)肋構(gòu)成；中、大型風(fēng)力機(jī)的機(jī)頭座要復(fù)雜一些，它通常由縱梁、橫梁為主，再輔以臺(tái)板、腹板、肋板等焊接而成。焊接質(zhì)量要高，臺(tái)板面要刨平，安裝孔的位置要精確。

3．回轉(zhuǎn)體回轉(zhuǎn)體是塔架與機(jī)頭座的連接部件，通常由固定套、回轉(zhuǎn)圍以及位于它們之間的軸承組成。固定套銷定在塔架上部，而回轉(zhuǎn)圈則與機(jī)頭座相連，通過它們之間的軸承和調(diào)向機(jī)構(gòu)，在風(fēng)向變化時(shí)，機(jī)頭便能水平地回轉(zhuǎn)，風(fēng)輪自動(dòng)迎風(fēng)工作。大、中型風(fēng)力機(jī)的回轉(zhuǎn)設(shè)備常借用塔式吊車上的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；小型風(fēng)力機(jī)的回轉(zhuǎn)體通常是在上、下各設(shè)—個(gè)軸承，均可選用圓錐滾子軸承，也可以上面用向心球軸承以承受徑向栽荷，下面用推力軸承來承受機(jī)頭的全部重量；微型風(fēng)力機(jī)的回轉(zhuǎn)體不宜采用滾動(dòng)軸承，而要用青銅加工的軸套，以防對(duì)風(fēng)向過敏，導(dǎo)致風(fēng)輪頻繁地回轉(zhuǎn)。

4．停車機(jī)構(gòu)

當(dāng)氣象預(yù)報(bào)將有破壞性大風(fēng)來臨時(shí)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)風(fēng)力機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)異常時(shí)，當(dāng)需對(duì)風(fēng)力機(jī)進(jìn)行維修保養(yǎng)時(shí)，需用停車機(jī)構(gòu)使風(fēng)輪靜止下來。小、微型風(fēng)力機(jī)的停車機(jī)構(gòu)一般都安放在風(fēng)輪軸上，多采用帶式制動(dòng)器，在地面用剎車?yán)K操縱。為了使小、微型風(fēng)力機(jī)的層舵具有對(duì)風(fēng)與矗尾的兩種功能，尾桿與機(jī)頭座采用。鉸接，當(dāng)拉緊剎車?yán)K后(參見固2—25)，既可實(shí)現(xiàn)抱閘制動(dòng)風(fēng)輪又能同時(shí)達(dá)到疊尾(尾舵轉(zhuǎn)靠風(fēng)輪)的目的；反之，放松剎車?yán)K，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)松閘與對(duì)風(fēng)。大、中型的風(fēng)力機(jī)剎車機(jī)構(gòu)，可選用YWZ型液壓式或YDwZ型液壓電動(dòng)式制動(dòng)器，由地面進(jìn)行遙控。倘若機(jī)組采用液壓變距調(diào)速，則最好采用嵌盤式液壓制動(dòng)器，兩者共用一個(gè)液壓泵，使系統(tǒng)簡(jiǎn)單、緊湊。第五節(jié)風(fēng)力機(jī)的應(yīng)用一、風(fēng)力發(fā)電

1．風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)的匹配目前，國(guó)內(nèi)外風(fēng)能利用的主要方式是風(fēng)力發(fā)電。常用的發(fā)電機(jī)有同步勵(lì)磁發(fā)電機(jī)、永磁發(fā)電機(jī)、異步發(fā)電機(jī)、變速變頻發(fā)電機(jī)等，其中同步發(fā)電機(jī)應(yīng)用得更多一些?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)還沒有風(fēng)力發(fā)電專用的發(fā)電機(jī)系列產(chǎn)品，設(shè)計(jì)者多半是從現(xiàn)有的產(chǎn)品中選用較為合適的發(fā)電機(jī)。在選用時(shí)，必須考慮風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)之間的功率匹配、轉(zhuǎn)速匹配以及組矩匹配等問題。2．風(fēng)能供電風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的供電分獨(dú)立供電和并網(wǎng)運(yùn)行，目前，國(guó)內(nèi)多為前者。獨(dú)立供電又分直流供電和交流供電。(1)直流供電直流供電是小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組供電的主要方式，它首先將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)出的交流電整流成直流，這樣電能質(zhì)量中的穩(wěn)頻問題就不存在了。蓄電池作為貯能設(shè)備，可使電能的穩(wěn)壓?jiǎn)栴}也得到解決。小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的直流供電，主要用作照明、電視機(jī)、收音機(jī)等生活用電的電源；也有用作電圍欄等小型生產(chǎn)動(dòng)力電源的，具體做法有幾種：

①一戶一機(jī)的供電方式。這種方式一般都是自購(gòu)、自管、自發(fā)、自用、自備蓄電池。③充電站式供電。以風(fēng)力發(fā)電站作為充電站，用戶各備蓄電池到發(fā)電站充電，充電后取回自用。蓄電他的容量不宜太大，否則不易搬運(yùn)，且易②直流線路供電。這種方式一般為一機(jī)多戶，或多機(jī)多戶合用，實(shí)際上就是風(fēng)力發(fā)電站(廠)直流供電。機(jī)組通常是集中安裝，統(tǒng)一管理；蓄電池可以集中配備，也可以分散到戶，各戶自備。應(yīng)當(dāng)指出：當(dāng)配電電壓較低，例如12伏或24伏時(shí)，其線路損失較大，不宜用于分散較遠(yuǎn)的住戶。

(2)交流供電由于風(fēng)能不均勻性，若把風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電直接供給用戶，存在著穩(wěn)頻、穩(wěn)壓和貯能等技術(shù)難題?？萍既藛T采取了一系列措施，取得了一定成效。目前的交流供電方式主要有：①交流直接供電多用于對(duì)電能質(zhì)量無特殊要求的情況，例如加熱水、海水淡化等。在風(fēng)力資源比較豐富、穩(wěn)定的地區(qū)，采取一定措施，也朗帶照明、動(dòng)力負(fù)荷。

②通過“交一直一交”逆變器供電：先將風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電整流，再把直流電變換成電壓和頻率都很穩(wěn)定的交流電輸出。3．風(fēng)力發(fā)電的貯能(1)蓄電池貯能蓄電池貯能是小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)中最常用、最簡(jiǎn)便的方式(2)電加熱貯能這種貯能方式是以熱負(fù)荷為主，即把風(fēng)能轉(zhuǎn)換成熱能。在風(fēng)能比較豐富的地區(qū)，風(fēng)力機(jī)既可供電，又可供熱。

(3)電解水貯能用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)出的電能，把水電解成氫氣和氧氣貯存起來。需要用電時(shí)，由燃料電池或內(nèi)燃發(fā)電機(jī)發(fā)電。(4)抽水蓄能在有水庫(kù)、又有較豐富的風(fēng)能資源地區(qū)，可以應(yīng)用抽水蓄能的方式，(5)飛輪貯能由于風(fēng)速的波動(dòng)，引起發(fā)電機(jī)組輸出功率的脈動(dòng)，為此，可在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上增加一個(gè)具有一定轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的飛輪，利用飛輪的慣性，穩(wěn)定發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，消防短時(shí)間的功率脈動(dòng)。(6)并網(wǎng)發(fā)電從廣義來講，這是最簡(jiǎn)便、員有效、最有發(fā)展前途的貯能方式。例如，把風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與柴油發(fā)電機(jī)組并列運(yùn)行，風(fēng)大時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組多發(fā)電，柴油發(fā)電機(jī)組就可以少發(fā)電，從而節(jié)省了柴油。若將風(fēng)發(fā)電并人大電網(wǎng)，就不存在風(fēng)力發(fā)電“剩余貯存”的問題了。4．蓄電池我國(guó)已生產(chǎn)十多萬臺(tái)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，發(fā)出的電能大都先用蓄電池儲(chǔ)存起來，然后作直流電源使用。(1)蓄電池及其種類蓄電池是利用化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)換的原理，進(jìn)行貯電和供電的。按使用情況來分，有日常所用的——次性電池即干電池，也有可以充電、能反復(fù)使用的“干電池”；另一類是多用于運(yùn)輸、交通設(shè)備上的、可以反復(fù)進(jìn)行多次充電、放電過程的電池。按參與化學(xué)反應(yīng)的材料，可分為鉛蓄電池和堿蓄電池。

(2)蓄電池的工作原理在小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)中應(yīng)用較多的是汽車用蓄電池。在蓄電池內(nèi)由化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能，向外電路供電的過程稱為放電；反之，在蓄電池完全放電或部分放電以后，由外電路輸入電流時(shí)，在蓄電池內(nèi)部由電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)朗貯存起來的過程稱為充電。任何蓄電池的使用過程都是充電、放電周而復(fù)始地進(jìn)行著，直至壽命終結(jié)。鉛蓄電池：2—6年左右；堿蓄電池：3—20年左右。為了延長(zhǎng)蓄電他的使用壽命，應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)定進(jìn)行使用和維護(hù)。特別要避免在過度的充放電、高溫下、電解液的濃度過大和純度降低的條件下使用，以延長(zhǎng)它的使用期限.二、風(fēng)力提水

1．風(fēng)力提水的益處風(fēng)力提水之所以能在世界各地，特別是在發(fā)展中國(guó)家得到的應(yīng)用，其主要原因是：(1)風(fēng)力提水機(jī)結(jié)構(gòu)可靠、制造容易、成本較低、維護(hù)操作簡(jiǎn)單。(2)貯能問題容易解決，當(dāng)水被提上來后，只需注入水罐或水池中就可以儲(chǔ)存，無風(fēng)或小風(fēng)時(shí)，可放水使用。

(3)風(fēng)力提水機(jī)在低風(fēng)速F工作性能好。多數(shù)風(fēng)力提水機(jī)在風(fēng)速為3m／s時(shí)就可以起動(dòng)，一般只要風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)起來就能進(jìn)行提水作業(yè)。(4)采用風(fēng)力提水經(jīng)濟(jì)效益比較顯著。利用風(fēng)力提水制鹽、養(yǎng)蝦等，不僅節(jié)省常規(guī)能源，沒有污染，而且經(jīng)濟(jì)效益十分顯著，通常2—4年即可收回風(fēng)力機(jī)組的投資成本。(5)風(fēng)力提水應(yīng)用范圍較廣。風(fēng)力提水可以用作農(nóng)田、草場(chǎng)灌溉，提供人、畜用水，水產(chǎn)養(yǎng)殖，提取海水制鹽，

2．風(fēng)力提水機(jī)配套水泵風(fēng)力提水機(jī)的配套水泵主要分為往復(fù)式水泵和旋轉(zhuǎn)式水泵兩大類。另外還有氣壓式、噴射式、蠕動(dòng)式等多種形式，但實(shí)際應(yīng)用不多。各種類型配套水泵的基本結(jié)構(gòu)和工作過程：(1)活塞泵活塞泵也稱拉桿泵，有單作用泵和雙作用泵兩種。圖2—68所示為單作用拉桿泵的工作示意圖。其工作過程與農(nóng)村廣泛應(yīng)用的“手壓泵”沒有什么本質(zhì)區(qū)別。雙作用活塞泵如圖2—69所示。其工作特點(diǎn)在于活塞上、下運(yùn)動(dòng)的每一行程，泵均有吸水和壓水過程?；钊媒]在水中，泵內(nèi)充滿水。(5)膜片式拉桿泵膜片式拉桿泵如圖2—73所示。它與單作用活塞式拉桿泵不同之處在于用膜片的往復(fù)鼓動(dòng)代替了活塞的上下