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《垂直軸風(fēng)力機(jī)技術(shù)講座一垂直軸風(fēng)力機(jī)及其發(fā)展概況》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、第27卷第1期可再生能源Vol.27No.12009年2月RenewableEnergyResourcesFeb.2009垂直軸風(fēng)力機(jī)技術(shù)講座（一）垂直軸風(fēng)力機(jī)及其發(fā)展概況李巖（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030）中圖分類(lèi)號(hào)：TK83文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B文章編號(hào)：1671-5292（2009）01-0121-031風(fēng)力機(jī)及其分類(lèi)的風(fēng)力機(jī)為垂直軸風(fēng)力機(jī)，主要有達(dá)里厄型、薩渥紐斯型風(fēng)力機(jī)是將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，再把機(jī)械能轉(zhuǎn)換和渦輪型等。根據(jù)其葉片形狀的不同，達(dá)里厄型風(fēng)力機(jī)又為電能或熱能等的能量轉(zhuǎn)換裝置。
2、經(jīng)過(guò)多年的研究與發(fā)分為曲線(xiàn)翼型和直線(xiàn)翼型2種。通常所說(shuō)的達(dá)里厄風(fēng)力機(jī)展，出現(xiàn)了多種多樣的風(fēng)力機(jī)。都是指具有曲線(xiàn)翼型葉片的，而直線(xiàn)翼型達(dá)里厄風(fēng)力機(jī)通風(fēng)力機(jī)分類(lèi)方法有多種，一般根據(jù)風(fēng)力機(jī)的用途、容常稱(chēng)為直線(xiàn)翼垂直軸風(fēng)力機(jī)。量、葉片個(gè)數(shù)、葉片尖端速度與來(lái)流速度之比、風(fēng)輪與塔架1.2升力型風(fēng)力機(jī)與阻力型風(fēng)力機(jī)的相對(duì)位置等對(duì)風(fēng)力機(jī)進(jìn)行分類(lèi)。風(fēng)力機(jī)的型式主要有2作用在風(fēng)力機(jī)葉片上的風(fēng)力可分解成與風(fēng)向垂直和種：按照風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向的位置，分為水平軸風(fēng)力與風(fēng)向平行的2個(gè)分力，垂直分力稱(chēng)為升力，平行分力稱(chēng)機(jī)和垂直軸風(fēng)力機(jī)
3、；按照風(fēng)力機(jī)葉片的工作原理，分為升為阻力。力型風(fēng)力機(jī)和阻力型風(fēng)力機(jī)。圖1給出了風(fēng)力機(jī)的主要分主要依靠升力來(lái)工作的風(fēng)力機(jī)稱(chēng)為升力型風(fēng)力機(jī)，水類(lèi)及其代表機(jī)型。平軸的螺旋槳型風(fēng)力機(jī)、垂直軸的達(dá)里厄型和直線(xiàn)翼型風(fēng)力機(jī)都屬于這種類(lèi)型。由于升力的作用，風(fēng)輪的圓周速度可以達(dá)到風(fēng)速的幾倍乃至十幾倍。升力型風(fēng)力機(jī)多被用于發(fā)電。主要依靠阻力來(lái)工作的風(fēng)力機(jī)稱(chēng)為阻力型風(fēng)力機(jī)，水平軸的美式多翼型風(fēng)力機(jī)、垂直軸的薩渥紐斯型和渦輪型等風(fēng)力機(jī)屬于阻力型風(fēng)力機(jī)。該類(lèi)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速不高，但輸出扭矩很大，所以常被用于提水、碾米和拉磨等動(dòng)力。2垂直軸
4、風(fēng)力機(jī)的特點(diǎn)升力型的達(dá)里厄風(fēng)力機(jī)和直線(xiàn)翼垂直軸風(fēng)力機(jī)是垂直軸風(fēng)力機(jī)的代表，下面通過(guò)與水平軸螺旋槳式風(fēng)力機(jī)進(jìn)行比較，來(lái)說(shuō)明垂直軸風(fēng)力機(jī)的主要特點(diǎn)。2.1風(fēng)能利用效率從理論上講，升力型垂直軸風(fēng)力機(jī)與水平軸螺旋槳式風(fēng)力機(jī)具有大致相同的理想效率，即貝茨極限效率（0.593）。由于水平軸螺旋槳式風(fēng)力機(jī)借助了航空動(dòng)力技術(shù)的科研成果，得到了快速的發(fā)展，技術(shù)趨于成熟。一般其風(fēng)1.1水平軸風(fēng)力機(jī)與垂直軸風(fēng)力機(jī)能利用系數(shù)可達(dá)到0.4～0.5，葉片尖速比可以達(dá)到6～10。然風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向平行的風(fēng)力機(jī)為水平軸風(fēng)力而，垂直軸風(fēng)
5、力機(jī)的研究起步較晚，研究理論和設(shè)計(jì)方法機(jī)，主要有螺旋槳型、美式多翼型、荷蘭型和風(fēng)帆翼型等。還處于發(fā)展階段，據(jù)現(xiàn)有研究和實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，風(fēng)能利用系風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向成直角（大多數(shù)與地面垂直）數(shù)在0.4左右，葉片尖速比可以達(dá)到4左右。收稿日期：2008-12-08。作者簡(jiǎn)介：李巖（1972-），博士，副教授，國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目主持人，主要從事風(fēng)能研究和各種可再生能源的綜合利用與開(kāi)發(fā)。E-mail：ly_neau@yahoo.com.cn·121·可再生能源2009，27（1）2.2風(fēng)向影響與啟動(dòng)性1929年，芬
6、蘭工程師S.J.Savonius發(fā)明了后來(lái)以其名垂直軸風(fēng)力機(jī)可以接受任何方向的來(lái)風(fēng)，不需要水平字命名的薩渥紐斯型風(fēng)力機(jī)（如圖1中所示）。它具有結(jié)構(gòu)軸風(fēng)力機(jī)所必須具備的迎風(fēng)轉(zhuǎn)向（偏航）機(jī)構(gòu)。因此，垂直簡(jiǎn)單，成本低，回轉(zhuǎn)力矩大，啟動(dòng)性能好等優(yōu)點(diǎn)，但轉(zhuǎn)數(shù)和軸風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)比水平軸風(fēng)力機(jī)簡(jiǎn)單，成本較低。效率較低。盡管如此，許多學(xué)者對(duì)這種風(fēng)力機(jī)的研究卻沒(méi)阻力型垂直軸風(fēng)力機(jī)中，薩渥紐斯型風(fēng)力機(jī)的自啟動(dòng)有間斷過(guò)。性能最好；達(dá)里厄風(fēng)力機(jī)的啟動(dòng)需要啟動(dòng)電機(jī)來(lái)帶動(dòng)，或馬達(dá)拉斯型風(fēng)力機(jī)是美國(guó)的JuliusD.Madaras提出的者
7、與薩渥紐斯風(fēng)力機(jī)組合使用，來(lái)解決啟動(dòng)問(wèn)題，這也是一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電裝置，其原理如圖2所示。在氣流中達(dá)里厄風(fēng)力機(jī)最大的弱點(diǎn)。通過(guò)合理選擇葉片翼型和安裝旋轉(zhuǎn)的圓柱可以使該物體周?chē)膲毫Πl(fā)生變化而產(chǎn)生升角，直線(xiàn)翼垂直軸風(fēng)力機(jī)可以獲得較好的自啟動(dòng)性。水平力，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為馬格納斯效應(yīng)。借助該效應(yīng)產(chǎn)生的升軸螺旋槳式風(fēng)力機(jī)只有在風(fēng)輪正對(duì)來(lái)風(fēng)的情況下可以自力可以帶動(dòng)小車(chē)沿軌道運(yùn)動(dòng)，從而利用車(chē)輪的旋轉(zhuǎn)來(lái)驅(qū)啟動(dòng)，側(cè)風(fēng)時(shí)則需要偏航調(diào)整后才能啟動(dòng)。動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。然而，由于軌道兩端需要有改變圓柱旋轉(zhuǎn)2.3風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)方向的機(jī)構(gòu)而使機(jī)
8、構(gòu)過(guò)于復(fù)雜、旋轉(zhuǎn)圓柱的過(guò)低圓周速由于沿著葉片翼展各處的圓周速度和相對(duì)于風(fēng)速的度使其空氣動(dòng)力特性十分微弱、大軌道負(fù)荷產(chǎn)生較大的迎角不同，水平軸螺旋槳式風(fēng)力機(jī)的葉片需要進(jìn)行扭轉(zhuǎn)和摩擦損失、地表風(fēng)速低和發(fā)電損失大等原因，馬達(dá)拉斯的變截面，因此，水平軸風(fēng)力機(jī)的葉片比垂直軸風(fēng)力機(jī)的葉大規(guī)模發(fā)電構(gòu)想最終未能成功。這種風(fēng)力發(fā)電裝置至今片相對(duì)復(fù)雜，加工成本相對(duì)較高。達(dá)里厄風(fēng)力機(jī)的葉片雖已無(wú)人問(wèn)津。然是彎曲的，但葉片表面對(duì)翼弦是對(duì)
