垂直軸式風(fēng)力機(jī)ppt課件

1、1垂直軸式風(fēng)力機(jī)垂直軸風(fēng)力機(jī)特點(diǎn)：無(wú)對(duì)風(fēng)裝置能量傳遞轉(zhuǎn)換裝置在地面便于維護(hù)保養(yǎng)，降低了制造和運(yùn)行費(fèi)用受邊界層影響，地面風(fēng)速較低，輸入風(fēng)能大打折扣每葉片運(yùn)行中力的大小不斷發(fā)生周期性變化 升力型垂直軸風(fēng)力機(jī)不易啟動(dòng)2垂直軸風(fēng)力機(jī)可分為阻力型和升力型兩類。3典型升力型垂直軸風(fēng)力機(jī)，法國(guó)航空工程師達(dá)里厄（Darrieus）在1931年發(fā)明了升力型垂直軸風(fēng)力機(jī)，后人習(xí)慣把升力型垂直軸風(fēng)力機(jī)統(tǒng)稱為達(dá)里厄風(fēng)力機(jī)（D式風(fēng)力機(jī)）。 41. 阻力型風(fēng)力機(jī)1 來(lái)流風(fēng)速T 阻力F 阻力平板面積 阻力平板運(yùn)動(dòng)速度CT 阻力系數(shù) 圖3-14 平板葉片的受力狀況平板吸收功率為 P = T 5平板所受阻力為 21TFC2T)

2、(當(dāng) = 0，氣流對(duì)平板不做功； = 1，平板的運(yùn)行速度與風(fēng)速相同，平板對(duì)氣流沒(méi)有阻力，風(fēng)依然沒(méi)有做功。所以，在 / 1= 01之間，必定有一確定的，使平板獲得功率最大。 6平板獲得的相應(yīng)功率P為 21()2TPC F功率系數(shù)CP為21230111()2(1)2TPTC FPCCPF7dCP /d（ / 1）=0時(shí)，CP取得極大值。此時(shí) / 1=1/3，并且最大的CP值為,max427PTCC若平板葉片的阻力系數(shù)CT =1.3，則它可能達(dá)到的最大功率系數(shù)CP,max=5.2/27，與一般水平軸風(fēng)力機(jī)葉片的功率系數(shù)相比，明顯偏低 。8圖3-15 CT =1.2阻力型葉片CP值與變速比的關(guān)系阻力型

3、風(fēng)力機(jī)葉片阻力實(shí)際上是不斷變化的，它并不總處于最佳值。旋轉(zhuǎn)中葉片平面相對(duì)于風(fēng)速有個(gè)與旋轉(zhuǎn)角度有關(guān)的投影面，角度為090時(shí)，投影面積由0增加到葉片面積F，做功阻力也由0增為最大；其后，做功阻力下降，至180時(shí)阻力降為0；180360時(shí)，旋轉(zhuǎn)中的平板則要克服風(fēng)的壓力做負(fù)功了。9為了減小葉片在逆風(fēng)時(shí)所受的壓力，可在逆風(fēng)葉片前設(shè)置可動(dòng)屏障。屏障依靠尾舵始終保持封堵逆風(fēng)葉片進(jìn)風(fēng)的位置（見(jiàn)圖3-16）。尾舵可繞風(fēng)力機(jī)軸旋轉(zhuǎn)，調(diào)向是自動(dòng)進(jìn)行的。這類風(fēng)力機(jī)在葉尖速比值為0.20.6時(shí)，產(chǎn)生最大出力。 圖3-16 屏障式平板葉片風(fēng)力機(jī)102.阻力差型風(fēng)力機(jī) 若垂直軸風(fēng)力機(jī)的葉片在順風(fēng)與逆風(fēng)方向時(shí)形狀不同，則氣流

4、在兩方向上作用于葉片的阻力就有懸殊差別，因而能使風(fēng)輪順利轉(zhuǎn)動(dòng)。由于這種阻力差型風(fēng)力機(jī)本身是中心對(duì)稱的，因而無(wú)需調(diào)向裝置，結(jié)構(gòu)也非常簡(jiǎn)單。 11最簡(jiǎn)單的阻力差型風(fēng)力機(jī)就是風(fēng)杯式風(fēng)速表設(shè)葉片中心在風(fēng)速中運(yùn)動(dòng)的線速度為u 則順風(fēng)驅(qū)動(dòng)阻力為：2111()2TTC Fu逆風(fēng)驅(qū)動(dòng)阻力為：2221()2TTC FuCT1、CT2分別為杯形葉片順風(fēng)凹面、逆風(fēng)凸面的阻力系數(shù)。半球形風(fēng)杯CT1可達(dá)1.33，而其CT2的值僅為0.34；當(dāng)杯體為半圓柱形時(shí)，CT1、CT2的值分別為2.3和1.2。 12假定CT1、CT2為常數(shù)，得功率P22121()() 2TTPF CuCuu功率系數(shù)CP 22123()() 22T

5、TPF CuCuuCF13由dCP/du = 0得最大功率系數(shù)對(duì)應(yīng)的切向速度為 22121212122()4()3()3()TTTTTToptTTCCCCCCuCC在CT1 = 3CT2的特殊情形下： 852/66optu當(dāng)CT2 = 0時(shí) /3optu14阻力差型風(fēng)力機(jī)的還有S型風(fēng)輪，它是由芬蘭工程師西吉爾特薩馮尼斯（Sigurt Savonius）于1924年發(fā)明的。 圖3-21 S型風(fēng)輪葉型的幾何特性a） b）圖3-20 S型風(fēng)輪風(fēng)輪的掃掠面積S (2)ShdehD15 S型風(fēng)輪主要由中心軸線相互錯(cuò)開(kāi)的兩個(gè)半圓柱形葉片組成（見(jiàn)圖3-20）。順風(fēng)而動(dòng)的凹面葉片與凸面迎風(fēng)的葉片間形成做功氣流

6、的通道，在兩葉片的引導(dǎo)下，氣流發(fā)生轉(zhuǎn)折，轉(zhuǎn)折氣流對(duì)凸面迎風(fēng)的葉片產(chǎn)生了與風(fēng)向相反對(duì)作用力，從而減少了該逆風(fēng)葉片消耗的功。 兩半圓形葉型的偏心距e（見(jiàn)圖3-21）決定了該夾道內(nèi)空氣流通截面的大小。e值過(guò)大，氣流短路，不能全部流過(guò)做負(fù)功葉片的凹面，降低了其抵消部分負(fù)功的能力；e值太小，因邊界層效應(yīng)，氣流受到阻滯，也將使風(fēng)輪的功率系數(shù)減小。圓形葉型的直徑d影響著流經(jīng)葉片空氣的流線形狀，若d太小，氣流的急速轉(zhuǎn)折將造成旋渦、脫離，引起有效功的損失。163.升力型垂直軸風(fēng)力機(jī) 17達(dá)里厄風(fēng)輪葉片翼型的氣流速度與動(dòng)力特性 18對(duì)葉片翼型處于不同位置時(shí)其速度三角形的分析表明：在360圓周的絕大部分區(qū)域，葉片所受的空氣動(dòng)力都將產(chǎn)生一個(gè)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩；只有分別在90和270附近時(shí)葉素翼型的對(duì)稱面與風(fēng)向平行或接近平行，氣流相對(duì)速度很小，而阻力與升力的比值大，此時(shí)轉(zhuǎn)矩接近于零，甚至成為剎車轉(zhuǎn)矩。 19我們?nèi)?15度時(shí)的情況分析一下有阻力的情況，圖中黑色的矢量D為葉片受到的阻力，棕色的矢量F是升力L與阻力D的合成力，該力在葉片前進(jìn)方向的分力M才是實(shí)際的轉(zhuǎn)矩力，顯然此時(shí)的轉(zhuǎn)矩力明顯小