垂直軸風力發(fā)電機研究報告

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1、Word格式垂直軸風力發(fā)電機研究報告1.垂直軸與水平軸對比垂直軸風力發(fā)電機與水平軸風力發(fā)電機相比，有其特有的優(yōu)點：①水平軸風力發(fā)電機組的機艙放置在高高的塔頂，而且是一個可旋轉(zhuǎn)360度的活動聯(lián)接機構(gòu)，這就造成機組重心高，不穩(wěn)定，而且安裝維護不便。垂直軸風力發(fā)電機組的發(fā)電機，齒輪箱放置在底部，重心低，穩(wěn)定，維護方便，并且降低了成本。②風力發(fā)電機的客戶越來越需要使用壽命長、可靠性高、維修方便的產(chǎn)品。垂直軸風輪的翼片在旋轉(zhuǎn)過程中由于慣性力與重力的方向恒定，因此疲勞壽命要長于水平軸風輪；垂直軸風力發(fā)電機的構(gòu)造緊湊，活動部件少于水平軸風力機，可靠性較高；垂直軸系統(tǒng)的發(fā)電機可以放在風

2、輪下部甚至地面上，因而便于維護。③風力發(fā)電機由于高度限制和周圍地貌引發(fā)的亂流，常常處于風向和風強變化劇烈的情況，垂直軸風力發(fā)電機有克服“對風損失”和“疲勞損耗”上有水平軸風力發(fā)電機不可比的優(yōu)點，且理論風能利用率可達40％以上．因此在考慮了較小的啟動風速和對風力機影響較大的“對風損失”之后，從而提高垂直軸風輪的風能實際利用率。④水平軸風力發(fā)電機組機倉需360度旋轉(zhuǎn)，達到迎風目的。這個調(diào)節(jié)系統(tǒng)包含有旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，風向檢測，角位移發(fā)送，角位移跟蹤等系統(tǒng)。垂直軸風力機不要迎風調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可以接受360度方位中任何方向來風，主軸永遠向設(shè)計方向轉(zhuǎn)動。⑤水平軸風力發(fā)電機的翼片受到正面風載荷

3、力，離心力，翼片結(jié)構(gòu)相似懸臂梁。翼片根部受到很大彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力。而且翼片在旋轉(zhuǎn)一周的過程中，受慣性力和重力的綜合作用，慣性力的方向是隨時變化的，而重力的方向始終不變，這樣翼片所受的就是一個交變載荷，這就要求翼片有很高的的疲勞強度，因此大量事故都是翼片根部折斷。而垂直軸風機的翼片主要承受拉應(yīng)力，不易折斷，壽命長。⑥完美整理Word格式水平軸風力發(fā)電機組翼片的尖速比高，一般在5～7左右，在這樣的高速下翼片切割氣流將產(chǎn)生很大的氣動噪音，導致噪聲污染。垂直軸風力機翼片的尖速比較水平軸的要小的多，這樣的低轉(zhuǎn)速基本上不產(chǎn)生氣動噪音，無噪音帶來的好處是顯而易見的，以前因為噪音問題不能

4、應(yīng)用風力發(fā)電機的場合(城市公共設(shè)施、民宅等)，現(xiàn)在可以應(yīng)用垂直軸風力發(fā)電機，因此，垂直軸風力發(fā)電機比水平軸有更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。2.垂直軸風機風輪設(shè)計2.1風能空氣的流動現(xiàn)象稱為風，風是由于不同地方的空氣受熱不均勻，從一個地方向另一個地方運動的空氣分子產(chǎn)生的，風的能量就是空氣分子的動能，如圖所示。圖1空氣流的動能風功率計算公式為聯(lián)立以上各式得2.2風能利用率Cp風能利用系數(shù)Cp是表示風力機效率的重要參數(shù)，由于風通過風輪的風能不能完全轉(zhuǎn)化為風輪機械能，其風能利用率Cp為完美整理Word格式其中Pm為風力機輸出的機械功率；Pw為風力機輸入的風能。目前大多數(shù)垂直軸風機風能利用率

5、能達到0.4左右。如按0.4的風能利用率來計算，風機功率為1000W，則風能為。根據(jù)上面公式可以求得，若滿載額定風速為20m/s的話，S=0.5m2，顯然設(shè)定的額定風速越低，S將越大。，S為掃風的截面積，r是翼片距軸的距離也是風輪的半徑，L為翼片的高。如要達到1000W的風機功率，則掃風截面積不能小于0.5m2，則若r取0.25m的話，L為1m?？梢圆捎媚壳疤旖蚬S頂部風機形狀。風力機轉(zhuǎn)矩：2.3葉尖速比λ葉尖速比λ表示風輪在不同風速中的狀態(tài)，用葉片的圓周速度和風速之比來衡量。式中：n－風輪的轉(zhuǎn)速，；ω－風輪角速度，；R―風輪半徑，m。尖速比決定了風輪的功率，對于定槳距

6、風輪，隨風速的增加其轉(zhuǎn)速也增加。在這種情況下，輸出功率（同風速的立方成正比）也增加。但是輸出功率增加并不意味著風能利用率也增加，一般而言，減速比和風能利用率曲線近似一條倒拋物線。根據(jù)葉尖轉(zhuǎn)速比λ與Cp的關(guān)系及Cp與輸出功率之間關(guān)系，我們可以知道在風速固定時，不同的轉(zhuǎn)速即對應(yīng)不同的葉尖轉(zhuǎn)速比，也即對應(yīng)不同的Cp值，也即對應(yīng)不同的輸出功率，這樣如果設(shè)定不同的風速，就可以得到風力機在不同風速下輸出功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，如下圖所示：完美整理Word格式圖2風輪轉(zhuǎn)速與輸出功率及風速曲線圖從上圖可以看出在某一種風速下，風力機的輸出機械功率隨轉(zhuǎn)速的不同而變化，其中有一個最佳的轉(zhuǎn)速。在該轉(zhuǎn)

7、速下，風力機輸出最大的機械功率。它與風速的關(guān)系是最佳葉尖速比關(guān)系。在不同風速下均有一個最佳的轉(zhuǎn)速使風力機輸出最大機械功率。從而得到一條最大輸出機械功率曲線，處于這條曲線上的任何點，其轉(zhuǎn)速與風速的關(guān)系均為最佳葉尖速比關(guān)系。合理的選取最優(yōu)尖速比可使風輪功率達到峰值。一般垂直軸風機葉尖速比選擇在4~8之間，建議選擇6，越低噪音低，但是功率也比較難做大。3H型垂直軸風機翼片一般超過500W的垂直軸風機，都采用H型翼片或Ф型翼片。圖3H型垂直軸風機圖4Ф型垂直軸完美整理Word格式3.1翼片選型翼片是利用氣流通過時產(chǎn)生的壓力差使葉輪轉(zhuǎn)動的部件，具有