4.1垂直軸風力發(fā)電機分類及原理

1、11第四章第四章 垂直軸風力發(fā)電機組垂直軸風力發(fā)電機組22垂直軸風力機的類型垂直軸風力機的類型 1 1、阻力型垂直軸風力機、阻力型垂直軸風力機 阻力型風力機是由于風力機的葉片在迎風方向形狀阻力型風力機是由于風力機的葉片在迎風方向形狀不對稱，引起空氣阻力不同，從而產(chǎn)生一個繞中心軸的不對稱，引起空氣阻力不同，從而產(chǎn)生一個繞中心軸的力矩，使風輪轉動。杯式風速計是最簡單的阻力型垂直力矩，使風輪轉動。杯式風速計是最簡單的阻力型垂直軸風力機。軸風力機。 第四章第四章 垂直軸風力發(fā)電機組垂直軸風力發(fā)電機組一、分類一、分類按照空氣動力學按照空氣動力學工作原理分為工作原理分為阻力型阻力型升力型升力型33第四章第

2、四章 垂直軸風力發(fā)電機組垂直軸風力發(fā)電機組屏障平板式風力機屏障平板式風力機 如圖是屏障平板式風力機的葉片轉子（風輪），在轉軸上分布著六個平板如圖是屏障平板式風力機的葉片轉子（風輪），在轉軸上分布著六個平板葉片，風輪轉軸與地面垂直。當風吹向風葉轉子時，轉子并不會旋轉，因為風葉片，風輪轉軸與地面垂直。當風吹向風葉轉子時，轉子并不會旋轉，因為風在轉子兩側的阻力相同在轉子兩側的阻力相同44第四章第四章 垂直軸風力發(fā)電機組垂直軸風力發(fā)電機組屏障平板式風力機屏障平板式風力機 如果在軸的一側裝上擋風的屏障，在擋風屏障一側的風將繞屏障外面通過，不如果在軸的一側裝上擋風的屏障，在擋風屏障一側的風將繞屏障外面通過

3、，不對葉片產(chǎn)生推力；而另一側接受風的推力，葉片轉子就會旋轉。對葉片產(chǎn)生推力；而另一側接受風的推力，葉片轉子就會旋轉。55第四章第四章 垂直軸風力發(fā)電機組垂直軸風力發(fā)電機組屏障平板式風力機屏障平板式風力機66第四章第四章 垂直軸風力發(fā)電機組垂直軸風力發(fā)電機組屏障平板式風力機屏障平板式風力機 當風向變化時，為了保證屏障總在轉子逆風一面，屏障必須是可繞軸旋轉當風向變化時，為了保證屏障總在轉子逆風一面，屏障必須是可繞軸旋轉的。在屏障后側裝上尾舵。安有尾舵的屏障可保證在任何風向下葉片轉子都朝的。在屏障后側裝上尾舵。安有尾舵的屏障可保證在任何風向下葉片轉子都朝一個方向旋轉。一個方向旋轉。77第四章第四章

4、垂直軸風力發(fā)電機組垂直軸風力發(fā)電機組 屏障平板式風力機對風的利用效率不高，在葉尖速比為屏障平板式風力機對風的利用效率不高，在葉尖速比為0.2至至0.6時出力最時出力最大。由于結構簡單，增速箱與發(fā)電機可安裝在地面，方便安裝維護，適合在小大。由于結構簡單，增速箱與發(fā)電機可安裝在地面，方便安裝維護，適合在小型風電應用。型風電應用。88第四章第四章 垂直軸風力發(fā)電機組垂直軸風力發(fā)電機組平板擺轉式風力機平板擺轉式風力機 如圖是平板擺轉式風力機的葉片，在葉片一邊有軸，把如圖是平板擺轉式風力機的葉片，在葉片一邊有軸，把6個葉片裝在風輪個葉片裝在風輪支架上，葉片可繞葉片軸旋轉，在風輪支架上有擋桿限止葉片的轉動

5、角度。風支架上，葉片可繞葉片軸旋轉，在風輪支架上有擋桿限止葉片的轉動角度。風輪支架中心是風輪軸。輪支架中心是風輪軸。99第四章第四章 垂直軸風力發(fā)電機組垂直軸風力發(fā)電機組 當風吹向風葉轉子時，在上側的葉片順風擺動，對風不產(chǎn)生阻力；在下側當風吹向風葉轉子時，在上側的葉片順風擺動，對風不產(chǎn)生阻力；在下側的葉片在風力作用下，轉向擋桿限定的位置，并繼續(xù)受到風力的作用，于是風的葉片在風力作用下，轉向擋桿限定的位置，并繼續(xù)受到風力的作用，于是風輪就旋轉起來。輪就旋轉起來。1010第四章第四章 垂直軸風力發(fā)電機組垂直軸風力發(fā)電機組1111第四章第四章 垂直軸風力發(fā)電機組垂直軸風力發(fā)電機組 平板擺轉式風平板擺

6、轉式風力機在較低風速時力機在較低風速時也能旋轉，能較好也能旋轉，能較好的利用風的阻力，的利用風的阻力，在阻力型風力機中在阻力型風力機中效率算高的，在葉效率算高的，在葉尖速比尖速比值為值為0.2至至0.6時出力最大，時出力最大，增速箱與發(fā)電機可增速箱與發(fā)電機可安裝在地面，方便安裝在地面，方便安裝維護。機械磨安裝維護。機械磨損與噪聲是平板擺損與噪聲是平板擺轉式風力機的缺點轉式風力機的缺點，但隨著材料與結，但隨著材料與結構的改進，可在中構的改進，可在中小型風力機中得到小型風力機中得到應用。應用。1212第四章第四章 垂直軸風力發(fā)電機組垂直軸風力發(fā)電機組風杯式風力機風杯式風力機1313第四章第四章 垂

7、直軸風力發(fā)電機組垂直軸風力發(fā)電機組 利用葉片在順風和逆風時受風面形狀不同而產(chǎn)生不利用葉片在順風和逆風時受風面形狀不同而產(chǎn)生不同的阻力系數(shù)，來驅動風輪旋轉的風力機。同的阻力系數(shù)，來驅動風輪旋轉的風力機。112TSVC逆風阻力：逆風阻力：其中空氣密度 S風輪迎風面積 V來流風速 C空氣動力系數(shù)1414第四章第四章 垂直軸風力發(fā)電機組垂直軸風力發(fā)電機組以半球為例，當風吹到半球凹面一側，以半球為例，當風吹到半球凹面一側，c c值為值為1.331.33，當風，當風吹到半球凸面一側時，吹到半球凸面一側時，c c值為值為0.340.34。對于柱面，當風吹向凹。對于柱面，當風吹向凹面和凸面時，系數(shù)面和凸面時，

8、系數(shù)c c分別為分別為2.32.3和和1.21.2。由于組成風輪的葉片。由于組成風輪的葉片不對稱性和空氣阻力的差異，風對風輪的作用就形成了繞不對稱性和空氣阻力的差異，風對風輪的作用就形成了繞轉軸的驅動力偶，整個風輪隨即轉動。轉軸的驅動力偶，整個風輪隨即轉動。1515第四章第四章 垂直軸風力發(fā)電機組垂直軸風力發(fā)電機組風杯式風力機風杯式風力機1616 S S型的型的SavoniusSavonius風力機風力機 S S型風力機是阻力型風力機中的經(jīng)典型式，當風吹向型風力機是阻力型風力機中的經(jīng)典型式，當風吹向葉輪時，由于葉片迎風面形狀不同，有葉輪時，由于葉片迎風面形狀不同，有F F1 1 F F2 2，產(chǎn)生力矩，產(chǎn)生力矩M M，驅動風輪做逆時針方向旋轉驅動風輪做逆時針方向旋轉( (俯視情況下俯視情況下) )。 S型風力機外形第四章第四章 垂直軸風力發(fā)電機組垂直軸風力發(fā)電機組1717第四章第四章 垂直軸風力發(fā)電機組垂直軸風力發(fā)電機組1818第四章第四章 垂直軸風力發(fā)電機組垂直軸風力發(fā)電機組某風力機的性能曲線某風力機的性能曲線 阻力型風力機的風能利用系數(shù)阻力型風力機的風能利用系數(shù)較低，故很少用于發(fā)電。轉速決定較低，故很少用于發(fā)電。轉速決定了輸出功率的大小，風輪只有在最了輸出功率的大小，風輪只有在最佳轉速下才能獲得最佳風力機輸出佳轉速下才能獲得最佳風力機輸出功率，如圖所示，給