垂直軸風(fēng)力發(fā)電原理介紹

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1、11 7.1 垂 直 軸 風(fēng) 力 機(jī) 的 類 型 7.2 垂 直 軸 升 力 型 風(fēng) 輪 的 輸 出 功 率 計(jì) 算 7.3 垂 直 軸 風(fēng) 力 機(jī) 的 關(guān) 鍵 參 數(shù) 7.4 垂 直 軸 風(fēng) 力 機(jī) 風(fēng) 輪 翼 型 7.5 垂 直 軸 風(fēng) 力 機(jī) 勢(shì) 力 7.6 與 水 平 軸 比 較 7.7 垂 直 軸 風(fēng) 力 機(jī) 存 在 的 問(wèn) 題第 七 章 垂 直 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 組 22 垂 直 軸 風(fēng) 力 機(jī) 的 類 型 1、 阻 力 型 垂 直 軸 風(fēng) 力 機(jī) 阻 力 型 風(fēng) 力 機(jī) 是 由 于 風(fēng) 力 機(jī) 的 葉 片 在 迎 風(fēng) 方 向 形 狀不 對(duì) 稱 ， 引 起 空 氣 阻 力 不

2、 同 ， 從 而 產(chǎn) 生 一 個(gè) 繞 中 心 軸 的力 矩 ， 使 風(fēng) 輪 轉(zhuǎn) 動(dòng) 。 杯 式 風(fēng) 速 計(jì) 是 最 簡(jiǎn) 單 的 阻 力 型 垂 直軸 風(fēng) 力 機(jī) 。 第 七 章 垂 直 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 組一 、 分 類按 照 空 氣 動(dòng) 力 學(xué)工 作 原 理 分 為 阻 力 型升 力 型 33 第 七 章 垂 直 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 組垂 直 軸 風(fēng) 力 機(jī) 的 類 型1.1 阻 力 差 型 垂 直 軸 風(fēng) 力 機(jī)定 義 ： 利 用 葉 片 在 順 風(fēng) 和 逆 風(fēng) 時(shí) 受 風(fēng) 面 形 狀 不 同 而 產(chǎn) 生不 同 的 阻 力 系 數(shù) ， 來(lái) 驅(qū) 動(dòng) 風(fēng) 輪 旋 轉(zhuǎn) 的 風(fēng) 力 機(jī)

3、。設(shè) 葉 片 葉 尖 的 線 速 度 為 V， 風(fēng) 速 為 V1，葉 片 表 面 積 為 A， 則 風(fēng) 作 用 于 葉 片 凹形 面 的 阻 力 為 ： 2111 )(21 vvACT T 逆 風(fēng) 阻 力 ： 2122 )(21 vvACT T 式 中 ： CT1、 CT2為 凹 面 和 凸 面 的 阻 力 系 數(shù) 44 第 七 章 垂 直 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 組垂 直 軸 風(fēng) 力 機(jī) 的 類 型 vvvCvvCAP TT )()(21 212211 假 定 CT1、 CT2為 常 數(shù) 時(shí) ， 則 可 得 到 風(fēng) 杯 式 風(fēng) 輪 的 功 率 輸 出 ：則 風(fēng) 能 利 用 系 數(shù) 為 ： A

4、v vvvCTvvCTAPPCP 310 2 2)1(22)1(12 55 第 七 章 垂 直 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 組垂 直 軸 風(fēng) 力 機(jī) 的 類 型 與 平 板 式 垂 直 軸 風(fēng) 力 機(jī) 類 似 ， 當(dāng) 時(shí) ， CP取最 大 值 。 通 過(guò) 計(jì) 算 求 得 ， 當(dāng) 0)1/( vvd dCP)(3 )(3)(4)(2 21 2121211 TT TTTTTT CC CCCCCCvv 可 取 得 最 大 風(fēng) 能 利 用 系 數(shù) 。 66 第 七 章 垂 直 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 組垂 直 軸 風(fēng) 力 機(jī) 的 類 型 阻 力 差 型 風(fēng) 力 機(jī) 也 屬 于 阻 力 型 風(fēng) 力 機(jī) ，

5、其 葉 片 在 空 氣 阻力 的 推 動(dòng) 下 旋 轉(zhuǎn) ， 且 最 佳 葉 尖 速 比 位 于 01范 圍 內(nèi) 。 通 過(guò) 功率 計(jì) 算 式 可 以 發(fā) 現(xiàn) ， 為 了 使 阻 力 差 型 風(fēng) 力 機(jī) 獲 得 最 大 的 功 率 ，可 以 利 用 增 大 葉 片 的 順 風(fēng) 阻 力 系 數(shù) 或 者 減 少 逆 風(fēng) 阻 力 系 數(shù) 。通 常 有 以 下 典 型 結(jié) 構(gòu) ： 半 球 形 葉 片 ， CT1達(dá) 1.33， CT2僅 為0.34； 半 圓 柱 形 葉 片 的 C T1達(dá) 2.3， 而 CT2僅 為 1.2。 77 1.2 S型 的 Savonius風(fēng) 力 機(jī) S型 風(fēng) 力 機(jī) 是 阻 力

6、 型 風(fēng) 力 機(jī) 中 的 經(jīng) 典 型 式 ， 當(dāng) 風(fēng) 吹 向葉 輪 時(shí) ， 由 于 葉 片 迎 風(fēng) 面 形 狀 不 同 ， 有 F1 F2， 產(chǎn) 生 力 矩 M，驅(qū) 動(dòng) 風(fēng) 輪 做 逆 時(shí) 針 方 向 旋 轉(zhuǎn) (俯 視 情 況 下 )。 S型風(fēng)力機(jī)外形第 七 章 垂 直 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 組垂 直 軸 風(fēng) 力 機(jī) 的 類 型 88 置 于 速 度 為 v的 風(fēng) 中 的 風(fēng) 力 機(jī) ， 在 風(fēng) 速 v作 用 下 ， 凹葉 片 以 速 度 u被 推 向 后 方 運(yùn) 動(dòng) ， 那 么 葉 片 處 的 相 對(duì) 風(fēng) 速 可表 示 為 v-u， 而 凸 葉 片 的 相 對(duì) 風(fēng) 速 為 v+u， 葉 片

7、 所 受 阻 力 F1、 F2如 下 ： 阻 力 型 風(fēng) 力 機(jī) 受 力 模 型 21 12 dF v u AC 22 12 dF v u AC 風(fēng) 力 機(jī) 的 功 率 P等 于 阻 力 F與 風(fēng) 力 機(jī) 葉 片 受 推 力 產(chǎn) 生 的速 度 u之 積 ： 2 21 2 1 12 2d dP F F u AC v u u AC v u u 由 于 Cd Cd， vu， 省 去 式 中 的后 一 項(xiàng) ： 212 dP AC v u u 第 七 章 垂 直 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 組 99 02/3 0 取 風(fēng) 速 減 少 率 可 得 ： 其 中 E為 輸 入 風(fēng) 能 ， 令 即 ： 表 明 葉

8、片 沒(méi) 有 做 功 ， 所 以 ： 2 2 23312 112 dp d dAC v u u v u uPC C CE vAv 0pdCd v uv 2 3 0dC 解 得 ：2max 2 2 413 3 27p d dC C C 1.3dC max 5.2 0.19327PC 若 則 它 可 能 達(dá) 到 的 最 大 功 率 系 數(shù) 為 第 七 章 垂 直 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 組 1010 第 七 章 垂 直 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 組垂 直 軸 風(fēng) 力 機(jī) 的 類 型某 風(fēng) 力 機(jī) 的 性 能 曲 線 阻 力 型 風(fēng) 力 機(jī) 的 風(fēng) 能 利 用 系 數(shù)較 低 ， 故 很 少 用 于 發(fā)

9、電 。 轉(zhuǎn) 速 決 定了 輸 出 功 率 的 大 小 ， 風(fēng) 輪 只 有 在 最佳 轉(zhuǎn) 速 下 才 能 獲 得 最 佳 風(fēng) 力 機(jī) 輸 出功 率 ， 如 圖 所 示 ， 給 出 了 某 阻 力 型風(fēng) 輪 的 功 率 輸 出 與 葉 尖 速 比 的 關(guān) 系曲 線 。 圖 中 可 以 看 出 ， 葉 尖 速 比 為0.4時(shí) ， 輸 出 功 率 最 大 ； 葉 尖 速 比0.30.4為 高 效 運(yùn) 行 區(qū) 域 。 1111 二 、 升 力 型 垂 直 軸 風(fēng) 力 機(jī) 主 要 指 法 國(guó) 的 科 學(xué) 家 達(dá) 里 厄 發(fā) 明 的 達(dá) 里 厄 式 風(fēng) 輪 。 風(fēng) 輪由 固 定 的 數(shù) 枚 葉 片 組 成

10、， 繞 垂 直 軸 旋 轉(zhuǎn) 。 第 七 章 垂 直 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 組 達(dá) 里 厄 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 組 可 分 為 直 葉 片 和 彎 葉 片 兩 種 ， 葉 片的 翼 形 剖 面 多 為 對(duì) 稱 翼 形 ， 其 中 以 H型 和 型 風(fēng) 力 機(jī) 組 最 為典 型 。 垂 直 軸 風(fēng) 力 機(jī) 的 類 型 1212升力型風(fēng)力機(jī)工作原理 來(lái) 流 風(fēng) 速 v是 恒 定 的 ， 風(fēng) 輪 運(yùn) 轉(zhuǎn)中 該 橫 截 面 各 翼 型 的 切 向 速 度 u的 大小 相 等 ， 而 方 向 不 同 ， 它 們 與 相 對(duì)速 度 w一 起 構(gòu) 成 了 各 翼 型 的 速 度 三 角形 。 w與 葉 片

11、弦 線 的 夾 角 是 有 效 攻 角 。對(duì) 葉 片 在 不 同 方 位 的 速 度 三 角 形 的研 究 表 明 ， 除 了 當(dāng) 葉 片 處 于 與 風(fēng) 向平 行 或 近 似 平 行 的 位 置 外 ， 在 其 它方 位 的 氣 動(dòng) 力 都 產(chǎn) 生 一 個(gè) 驅(qū) 動(dòng) 風(fēng) 輪旋 轉(zhuǎn) 的 力 矩 。 第 七 章 垂 直 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 組垂 直 軸 風(fēng) 力 機(jī) 的 類 型 1313 垂 直 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 組 同 水 平 軸 機(jī) 組 一 樣 ， 也 主 要 由 風(fēng) 力 機(jī) 、 齒輪 箱 、 發(fā) 電 機(jī) 等 組 成 。 (a)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 (b) 實(shí)際機(jī)組垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 第 七 章

12、垂 直 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 組 1414 第 七 章 垂 直 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 組垂 直 軸 風(fēng) 力 機(jī) 的 類 型 左 圖 給 出 了 達(dá) 里 厄 風(fēng) 輪 單葉 片 在 宣 州 一 周 內(nèi) 各 部 位 角 度的 力 矩 系 數(shù) 。 從 圖 中 可 以 看 出 ，不 同 位 置 具 有 不 同 的 速 度 三 角形 ， 且 葉 片 在 絕 大 部 分 區(qū) 域 所受 的 空 氣 動(dòng) 力 將 產(chǎn) 生 一 個(gè) 正 的驅(qū) 動(dòng) 轉(zhuǎn) 矩 ， 只 有 在 90 和 270附 近 ， 翼 型 的 弦 線 與 風(fēng) 向 平 行時(shí) ， 阻 力 和 升 力 比 值 交 大 ， 表現(xiàn) 為 負(fù) 轉(zhuǎn) 矩 ， 降

13、低 了 風(fēng) 能 利 用 系 數(shù) 。 1515 第 七 章 垂 直 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 組垂 直 軸 風(fēng) 力 機(jī) 的 類 型左 圖 給 出 了 兩 葉 片 和 三 葉 片的 達(dá) 里 厄 風(fēng) 力 機(jī) 的 力 矩 系 數(shù)隨 轉(zhuǎn) 角 變 化 的 曲 線 圖 。 圖 中可 以 看 出 ， 在 葉 片 力 矩 的 疊加 下 ， 葉 片 的 力 矩 系 數(shù) 與 單葉 片 產(chǎn) 生 較 大 的 區(qū) 別 ， 三 葉篇 產(chǎn) 生 的 總 力 矩 系 數(shù) 很 少 有負(fù) 力 矩 產(chǎn) 生 ， 隨 著 葉 尖 速 比的 增 加 而 越 加 明 顯 。 1616 優(yōu) 點(diǎn) 1） 壽 命 長(zhǎng) ， 易 維 護(hù) 安 裝 葉 片 在

14、 旋 轉(zhuǎn) 過(guò) 程 中 由 于 慣 性 力 與 重 力 的 方 向 恒 定 ， 因此 疲 勞 壽 命 長(zhǎng) ； 可 以 放 在 風(fēng) 輪 下 部 很 遠(yuǎn) 甚 至 在 地 面 上 ， 便于 安 裝 與 維 護(hù) 。2） 利 于 環(huán) 保 水 平 軸 風(fēng) 輪 的 尖 速 比 一 般 在 510,這 樣 的 低 轉(zhuǎn) 速 產(chǎn) 生 的氣 動(dòng) 噪 聲 很 小 ， 甚 至 可 以 達(dá) 到 靜 音 的 效 果 。 低 噪 音 和 美 觀外 形 等 多 種 優(yōu) 點(diǎn) 是 水 平 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 難 以 比 擬 的 。三 、 垂 直 軸 風(fēng) 力 機(jī) 的 特 點(diǎn)第 七 章 垂 直 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 組垂 直 軸

15、風(fēng) 力 機(jī) 的 類 型 1717 3） 無(wú) 需 偏 航 對(duì) 風(fēng) 不 需 要 迎 風(fēng) 調(diào) 節(jié) 系 統(tǒng) ,可 以 接 受 任 何 方 向 來(lái) 風(fēng) , 吸收 任 意 方 向 來(lái) 的 風(fēng) 能 量 ， 主 軸 永 遠(yuǎn) 向 設(shè) 計(jì) 方 向 轉(zhuǎn) 動(dòng) 。這 樣 使 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 簡(jiǎn) 化 ， 構(gòu) 造 緊 湊 ， 活 動(dòng) 部 件 少 于 水 平軸 風(fēng) 力 機(jī) ， 提 高 了 可 靠 性 。4） 葉 片 制 造 工 藝 簡(jiǎn) 單 可 以 設(shè) 計(jì) 成 低 轉(zhuǎn) 速 多 葉 片 構(gòu) 造 ,這 將 大 大 地 降 低 風(fēng)力 機(jī) 對(duì) 于 葉 片 材 質(zhì) 的 要 求 。 不 單 如 此 ， 葉 片 是 以 簡(jiǎn) 支梁 或 多 跨

16、 連 續(xù) 梁 的 力 學(xué) 模 型 架 設(shè) 在 風(fēng) 力 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 子 上 的 ，這 有 利 于 降 低 對(duì) 于 風(fēng) 力 機(jī) 材 質(zhì) 的 要 求 。第 七 章 垂 直 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 組垂 直 軸 風(fēng) 力 機(jī) 的 類 型 1818 缺 點(diǎn) 1） 風(fēng) 能 利 用 率 S型 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) ,理 想 狀 態(tài) 下 的 風(fēng) 能 利 用 系 數(shù) 為 15%左 右 ,而 達(dá) 里 厄 型 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 在 理 想 狀 態(tài) 下 的 風(fēng) 能 利 用 系 數(shù) 也 不到 40%。 其 他 結(jié) 構(gòu) 形 式 的 垂 直 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 的 風(fēng) 能 利 用 系 數(shù)也 較 低 。2） 起 動(dòng) 風(fēng) 速

17、 起 動(dòng) 性 能 差 ,特 別 對(duì) 于 達(dá) 里 厄 式 型 風(fēng) 輪 ,完 全 沒(méi) 有 自 啟動(dòng) 能 力 , 并 且 調(diào) 速 、 限 速 困 難 ， 這 是 限 制 垂 直 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電機(jī) 應(yīng) 用 的 一 個(gè) 重 要 原 因 。第 七 章 垂 直 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 組垂 直 軸 風(fēng) 力 機(jī) 的 類 型 1919 第 七 章 垂 直 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 組升 力 型 風(fēng) 輪 輸 出 功 率 計(jì) 算一 、 均 勻 流 管 理 論 均 勻 流 管 理 論 即 認(rèn) 為 風(fēng) 速 均 勻 不 變 的 穿 過(guò) 風(fēng) 輪 ， 在 風(fēng)輪 尾 流 風(fēng) 速 也 保 持 均 勻 不 變 。 但 風(fēng) 作 用

18、 在 風(fēng) 輪 上 ， 風(fēng) 輪獲 得 風(fēng) 能 的 同 時(shí) ， 也 對(duì) 風(fēng) 產(chǎn) 生 反 作 用 。 研 究 精 度 不 高 。 2020 第 七 章 垂 直 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 組升 力 型 風(fēng) 輪 輸 出 功 率 計(jì) 算二 、 單 一 流 管 理 論單 一 流 管 理 論 將 升 力 型 風(fēng) 輪 前 后 流 場(chǎng) 看 作 是 一 個(gè) 流 管 。 2121 第 七 章 垂 直 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 組升 力 型 風(fēng) 輪 輸 出 功 率 計(jì) 算 當(dāng) 風(fēng) 速 為 V ， 在 風(fēng) 輪 的 作 用 下 ， 風(fēng) 輪 內(nèi) 風(fēng) 速 變 為 Vm； 當(dāng)風(fēng) 穿 過(guò) 風(fēng) 輪 后 尾 流 的 風(fēng) 速 為 Vn。 如

19、 果 風(fēng) 輪 旋 轉(zhuǎn) 面 內(nèi) 氣 流 的 誘導(dǎo) 系 數(shù) 用 a表 示 ， 則 風(fēng) 速 Vm表 示 為 ： )1( avv m 風(fēng) 輪 上 的 阻 力 Fx為 ： FXX ACvF 221 聯(lián) 合 上 述 兩 式 可 求 得 誘 導(dǎo) 系 數(shù) a為 ：)11(21 FXCa 其 中 ， CFX為 阻 力 系 數(shù) 2222 第 七 章 垂 直 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 組升 力 型 風(fēng) 輪 輸 出 功 率 計(jì) 算 為 求 解 阻 力 系 數(shù) CFX， 定 義 氣 流 通 過(guò) 葉 片 時(shí) 的 相 對(duì)速 度 為 VR， 來(lái) 流 風(fēng) 速 為 V ， 旋 轉(zhuǎn) 半 徑 為 R， 旋 轉(zhuǎn) 角 速度 為 ， 風(fēng) 速

20、 與 固 定 葉 片 支 架 角 度 為 ， 葉 片 安 裝 角為 ， 葉 片 入 流 角 為 ， 葉 片 迎 角 為 。 且 定 義 無(wú) 量綱 參 數(shù) ， 。 VVV RR / )1/(* a )sin21( 2*22 VVR 2* sin21)1( aVR 2323 第 七 章 垂 直 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 組升 力 型 風(fēng) 輪 輸 出 功 率 計(jì) 算 設(shè) 升 力 系 數(shù) 為 CL， 阻 力 系 數(shù) 為 CD， 葉 片 個(gè) 數(shù) 為 n， 葉 片長(zhǎng) 為 lb， 對(duì) 葉 片 旋 轉(zhuǎn) 一 周 積 分 可 得 各 阻 力 系 數(shù) 為 ： dCCVnlC FtFnRbFX )sincos(4 20

21、 sinDLFn CconCC sinDLFt CconCC 可 求 得 誘 導(dǎo) 系 數(shù) a為 ： dCCVCnlba FtFnRFX )sincos()11(8 20 2 2424 第 七 章 垂 直 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 組升 力 型 風(fēng) 輪 輸 出 功 率 計(jì) 算 利 用 誘 導(dǎo) 系 數(shù) a的 計(jì) 算 式 、 相 對(duì) 流 入 速 度 及 表 征 空氣 動(dòng) 力 學(xué) 特 性 的 3個(gè) 系 數(shù) ： 升 力 系 數(shù) CL、 阻 力 系 數(shù) CD和扭 矩 系 數(shù) CM， 求 得 力 矩 系 數(shù) CT： 20 2 )cossin(4 dlCCCVnlC bMDLRbT 作 用 于 葉 片 的 力

22、矩 系 數(shù) CT是 由 作 用 于 葉 片 上 的 力矩 來(lái) 定 義 的 ， 其 中 ， R為 風(fēng) 輪 的 旋 轉(zhuǎn) 半 徑 。TB ARCvT 21 ARvTC BT 221 2525 第 七 章 垂 直 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 組升 力 型 風(fēng) 輪 輸 出 功 率 計(jì) 算 因 此 ， 風(fēng) 力 機(jī) 風(fēng) 輪 組 合 力 矩 為 葉 片 和 支 架 力 矩 之 和T=T B+TZ， 風(fēng) 力 機(jī) 風(fēng) 輪 的 風(fēng) 能 利 用 系 數(shù) 可 以 利 用 合 力 矩 計(jì) 算為 ： PACvP 321 )( ZTP CCC 在 風(fēng) 輪 旋 轉(zhuǎn) 時(shí) ， 除 了 葉 片 上 作 用 有 力 矩 外 ， 支 架 也

23、 產(chǎn)生 力 矩 ， 用 TZ表 示 。 其 定 義 與 葉 片 力 矩 一 樣 ， 表 示 為 ：ZZ ARCvT 21 ARvTC ZT 221 2626 第 七 章 垂 直 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 組垂 直 軸 風(fēng) 力 機(jī) 的 關(guān) 鍵 參 數(shù)一 、 葉 片 的 實(shí) 度1.定 義 ： 葉 片 弦 長(zhǎng) 之 和 與 風(fēng) 輪 旋 轉(zhuǎn) 半 徑 R的 圓 周 長(zhǎng) 之 比 。Rnc 2 2727 第 七 章 垂 直 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 組垂 直 軸 風(fēng) 力 機(jī) 的 關(guān) 鍵 參 數(shù)2、 葉 片 實(shí) 度 對(duì) 風(fēng) 輪 性 能 的 影 響 左 圖 為 葉 片 實(shí) 度 對(duì) 風(fēng) 能利 用 系 數(shù) 的 影 響 。

24、 從 圖 中可 以 看 出 ， 當(dāng) 實(shí) 度 增 加 時(shí) ，風(fēng) 輪 獲 得 的 最 大 功 率 的 葉尖 速 比 變 小 ； 相 反 實(shí) 度 減小 時(shí) ， 風(fēng) 輪 獲 得 最 大 風(fēng) 能利 用 系 數(shù) 的 葉 尖 速 比 系 數(shù)增 加 。 2828 第 七 章 垂 直 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 組垂 直 軸 風(fēng) 力 機(jī) 的 關(guān) 鍵 參 數(shù) 從 圖 中 還 可 以 看 出 ， 葉片 實(shí) 度 減 小 ， 在 最 佳 葉 尖 速比 附 近 ， 風(fēng) 輪 風(fēng) 能 利 用 系 數(shù)CP值 也 較 高 ； 相 反 ， 葉 片 實(shí)度 增 加 后 ， 隨 葉 尖 速 比 附 近的 高 CP值 范 圍 變 窄 。 根

25、據(jù) 此 規(guī) 律 ， 為 了 改 善升 力 性 垂 直 軸 風(fēng) 輪 的 起 動(dòng) 性能 ， 可 以 適 當(dāng) 增 加 實(shí) 度 。 2929 第 七 章 垂 直 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 組垂 直 軸 風(fēng) 輪 的 翼 型一 、 垂 直 軸 風(fēng) 力 機(jī) 的 葉 片 翼 型 必 須 具 有 的 特 性1.較 大 的 升 力 系 數(shù) ；2.較 小 的 阻 力 系 數(shù) ；3.阻 力 系 數(shù) 要 對(duì) 稱 于 零 升 力 角 ；4.負(fù) 的 縱 向 搖 動(dòng) 力 矩 系 數(shù) 大 。二 、 垂 直 軸 風(fēng) 力 機(jī) 的 主 要 翼 型 目 前 為 止 用 于 VAWT上 的 翼 型 主 要 有 NACA0018、NACA0

26、015、 NACA0012、 SNLZ和 S系 列 翼 型 。 3030 第 七 章 垂 直 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 組垂 直 軸 風(fēng) 力 機(jī) 實(shí) 例 左 圖 給 出 了 加 拿 大Domining制 鋁 公 司 (DAF） 建造 的 商 用 雙 葉 片 打 蛋 器 形 垂直 軸 風(fēng) 力 機(jī) ， 風(fēng) 力 赤 道 直 徑為 6.0m， 風(fēng) 力 最 大 輸 出 功 率為 6.1kW,在 8m/s風(fēng) 速 下 為2.58kW。 主 要 由 葉 片 、 主 軸 、增 速 器 、 聯(lián) 軸 器 、 制 動(dòng) 器 、發(fā) 電 機(jī) 、 塔 架 、 拉 索 和 控 制盤 等 組 成 。 3131 第 七 章 垂 直

27、軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 組與 水 平 軸 比 較與 水 平 軸 風(fēng) 輪 相 比 ， 垂 直 軸 風(fēng) 輪 的 空 氣 動(dòng) 力 學(xué) 特 性 有 本 質(zhì)區(qū) 別 。 最 佳 風(fēng) 能 利 用 系 數(shù) 在 相 對(duì) 較 低 的 葉 尖 速 比 下 獲 得 。還 有 幾 個(gè) 其 他 方 面 表 明 VAWT優(yōu) 于 現(xiàn) 在 的 HAWT技 術(shù) ：1.噪 聲 。2.鳥(niǎo) 類 。3.人 工 安 全 性 。4.維 護(hù) 成 本 。5.審 美 。6.容 易 安 裝 。 3232 第 七 章 垂 直 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 組垂 直 軸 風(fēng) 力 機(jī) 存 在 的 問(wèn) 題 垂 直 軸 風(fēng) 力 機(jī) 盡 管 具 有 許 多 水 平

28、軸 風(fēng) 力 機(jī) 不 具 備 的 優(yōu)點(diǎn) ， 但 也 存 在 一 些 難 以 解 決 的 技 術(shù) 難 題 ：1.達(dá) 里 厄 垂 直 軸 風(fēng) 力 機(jī) 不 能 變 槳 ， 起 動(dòng) 較 為 困 難 。 。2.達(dá) 里 厄 垂 直 軸 風(fēng) 力 機(jī) 的 風(fēng) 能 效 率 仍 然 低 于 水 平 軸 風(fēng) 力 機(jī) 的 效 率 。3.打 蛋 形 達(dá) 里 厄 葉 片 的 各 部 位 距 轉(zhuǎn) 動(dòng) 中 心 的 半 徑 不 同 ， 難以 做 到 按 不 同 風(fēng) 速 變 換 葉 片 攻 角 和 葉 片 弦 長(zhǎng) 。4.垂 直 軸 風(fēng) 力 機(jī) 的 軸 較 長(zhǎng) ， 在 加 工 和 制 造 上 較 為 困 難 。5.垂 直 軸 風(fēng) 力

29、 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 速 和 功 率 控 制 較 水 平 軸 的 難 以 實(shí) 現(xiàn) 。6.垂 直 軸 風(fēng) 力 機(jī) 葉 輪 靠 地 面 較 近 ， 受 剪 切 風(fēng) 的 影 響 較 大 。 3333 第 七 章 垂 直 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 組與 水 平 軸 比 較與 水 平 軸 風(fēng) 輪 相 比 ， 垂 直 軸 風(fēng) 輪 的 空 氣 動(dòng) 力 學(xué) 特 性 有 本 質(zhì)區(qū) 別 。 最 佳 風(fēng) 能 利 用 系 數(shù) 在 相 對(duì) 較 低 的 葉 尖 速 比 下 獲 得 。還 有 幾 個(gè) 其 他 方 面 表 明 VAWT優(yōu) 于 現(xiàn) 在 的 HAWT技 術(shù) ：1.噪 聲 。2.鳥(niǎo) 類 。3.人 工 安 全 性 。4.維 護(hù)

30、 成 本 。5.審 美 。6.容 易 安 裝 。 3434 第 七 章 垂 直 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 組1.風(fēng) 能 大 小 與 哪 些 因 素 有 關(guān) 系 ？答 ： 風(fēng) 能 大 小 與 氣 流 通 過(guò) 的 掃 風(fēng) 面 積 、 空 氣 密 度 和 氣流 的 速 度 有 關(guān) 系 。2.簡(jiǎn) 述 失 速 控 制 型 風(fēng) 輪 的 優(yōu) 缺 點(diǎn) 。答 ： 優(yōu) 點(diǎn) 。 （ 1） 葉 片 與 輪 轂 之 間 無(wú) 運(yùn) 動(dòng) 部 件 ， 輪 轂 結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn) 單 、 費(fèi) 用 低 ； （ 2） 沒(méi) 有 功 率 調(diào) 節(jié) 系 統(tǒng) 的 維 護(hù) 費(fèi) ；（ 3） 在 失 速 后 功 率 的 波 動(dòng) 相 對(duì) 小 。缺 點(diǎn) ： （ 1

31、） 氣 動(dòng) 剎 車 系 統(tǒng) 可 靠 性 設(shè) 計(jì) 和 制 造 要 求 高 ；（ 2） 葉 片 、 機(jī) 艙 和 塔 架 上 的 動(dòng) 態(tài) 荷 載 高 ； （ 3） 起 動(dòng) 性差 ； （ 4） 機(jī) 組 承 受 的 風(fēng) 荷 載 大 。 3535 第 七 章 垂 直 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 組2.簡(jiǎn) 述 變 槳 距 控 制 型 風(fēng) 輪 的 優(yōu) 缺 點(diǎn) 。答 ： 優(yōu) 點(diǎn) 。 （ 1） 起 動(dòng) 性 好 ； （ 2） 剎 車 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 ， 葉 片順 槳 后 風(fēng) 輪 轉(zhuǎn) 速 可 以 逐 漸 降 低 ； （ 3） 額 定 點(diǎn) 以 前 的 輸出 功 率 飽 滿 ； （ 4） 額 定 點(diǎn) 以 后 的 輸 出 功

32、率 平 滑 ； （ 5）風(fēng) 輪 葉 根 承 受 靜 、 動(dòng) 態(tài) 荷 載 小 。缺 點(diǎn) ： （ 1） 由 于 葉 片 有 變 槳 距 機(jī) 構(gòu) 、 輪 轂 較 復(fù) 雜 、 可靠 性 設(shè) 計(jì) 要 求 高 ， 維 護(hù) 費(fèi) 用 高 ； （ 2） 功 率 調(diào) 節(jié) 系 統(tǒng) 復(fù)雜 、 費(fèi) 用 高 。 3636 第 七 章 垂 直 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 組3.常 用 的 輪 轂 形 式 有 哪 幾 種 及 其 特 點(diǎn) 。答 ： 剛 性 輪 轂 。 特 點(diǎn) ： 制 造 成 本 低 、 維 護(hù) 少 、 沒(méi) 有 磨 損 、三 葉 片 風(fēng) 輪 大 部 分 采 用 剛 性 輪 轂 ， 也 是 目 前 使 用 最 廣 泛的 一 種 形 式 。鉸 鏈 式 輪 轂 。 特 點(diǎn) ： 常 用 于 單 葉 片 和 二 葉 片 風(fēng) 輪 ， 鉸 鏈軸 和 葉 片 軸 及 風(fēng) 輪 旋 轉(zhuǎn) 軸 相 互 垂 直 ， 葉 片 在 揮 舞 方 向 ，擺 振 方 向 和 扭 轉(zhuǎn) 方 向 上 都 可 以 自 由 活 動(dòng) ， 也 可 稱 為 柔 性輪 轂 。