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《垂直軸風力機技術講座一垂直軸風力機及其發(fā)展概況》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第27卷第1期可再生能源Vol.27No.12009年2月RenewableEnergyResourcesFeb.2009垂直軸風力機技術講座（一）垂直軸風力機及其發(fā)展概況李巖（東北農業(yè)大學工程學院，黑龍江哈爾濱150030）中圖分類號：TK83文獻標志碼：B文章編號：1671-5292（2009）01-0121-031風力機及其分類的風力機為垂直軸風力機，主要有達里厄型、薩渥紐斯型風力機是將風的動能轉換為機械能，再把機械能轉換和渦輪型等。根據(jù)其葉片形狀的不同，達里厄型風力機又為電能或熱能等的能量轉換裝置。
2、經過多年的研究與發(fā)分為曲線翼型和直線翼型2種。通常所說的達里厄風力機展，出現(xiàn)了多種多樣的風力機。都是指具有曲線翼型葉片的，而直線翼型達里厄風力機通風力機分類方法有多種，一般根據(jù)風力機的用途、容常稱為直線翼垂直軸風力機。量、葉片個數(shù)、葉片尖端速度與來流速度之比、風輪與塔架1.2升力型風力機與阻力型風力機的相對位置等對風力機進行分類。風力機的型式主要有2作用在風力機葉片上的風力可分解成與風向垂直和種：按照風力機風輪轉軸與風向的位置，分為水平軸風力與風向平行的2個分力，垂直分力稱為升力，平行分力稱機和垂直軸風力機
3、；按照風力機葉片的工作原理，分為升為阻力。力型風力機和阻力型風力機。圖1給出了風力機的主要分主要依靠升力來工作的風力機稱為升力型風力機，水類及其代表機型。平軸的螺旋槳型風力機、垂直軸的達里厄型和直線翼型風力機都屬于這種類型。由于升力的作用，風輪的圓周速度可以達到風速的幾倍乃至十幾倍。升力型風力機多被用于發(fā)電。主要依靠阻力來工作的風力機稱為阻力型風力機，水平軸的美式多翼型風力機、垂直軸的薩渥紐斯型和渦輪型等風力機屬于阻力型風力機。該類風力機轉速不高，但輸出扭矩很大，所以常被用于提水、碾米和拉磨等動力。2垂直軸
4、風力機的特點升力型的達里厄風力機和直線翼垂直軸風力機是垂直軸風力機的代表，下面通過與水平軸螺旋槳式風力機進行比較，來說明垂直軸風力機的主要特點。2.1風能利用效率從理論上講，升力型垂直軸風力機與水平軸螺旋槳式風力機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力機借助了航空動力技術的科研成果，得到了快速的發(fā)展，技術趨于成熟。一般其風1.1水平軸風力機與垂直軸風力機能利用系數(shù)可達到0.4～0.5，葉片尖速比可以達到6～10。然風力機風輪轉軸與風向平行的風力機為水平軸風力而，垂直軸風
5、力機的研究起步較晚，研究理論和設計方法機，主要有螺旋槳型、美式多翼型、荷蘭型和風帆翼型等。還處于發(fā)展階段，據(jù)現(xiàn)有研究和實驗結果看，風能利用系風力機風輪轉軸與風向成直角（大多數(shù)與地面垂直）數(shù)在0.4左右，葉片尖速比可以達到4左右。收稿日期：2008-12-08。作者簡介：李巖（1972-），博士，副教授，國家自然科學基金項目主持人，主要從事風能研究和各種可再生能源的綜合利用與開發(fā)。E-mail：ly_neau@yahoo.com.cn·121·可再生能源2009，27（1）2.2風向影響與啟動性1929年，芬
6、蘭工程師S.J.Savonius發(fā)明了后來以其名垂直軸風力機可以接受任何方向的來風，不需要水平字命名的薩渥紐斯型風力機（如圖1中所示）。它具有結構軸風力機所必須具備的迎風轉向（偏航）機構。因此，垂直簡單，成本低，回轉力矩大，啟動性能好等優(yōu)點，但轉數(shù)和軸風力機的結構比水平軸風力機簡單，成本較低。效率較低。盡管如此，許多學者對這種風力機的研究卻沒阻力型垂直軸風力機中，薩渥紐斯型風力機的自啟動有間斷過。性能最好；達里厄風力機的啟動需要啟動電機來帶動，或馬達拉斯型風力機是美國的JuliusD.Madaras提出的者
7、與薩渥紐斯風力機組合使用，來解決啟動問題，這也是一種垂直軸風力發(fā)電裝置，其原理如圖2所示。在氣流中達里厄風力機最大的弱點。通過合理選擇葉片翼型和安裝旋轉的圓柱可以使該物體周圍的壓力發(fā)生變化而產生升角，直線翼垂直軸風力機可以獲得較好的自啟動性。水平力，這種現(xiàn)象被稱為馬格納斯效應。借助該效應產生的升軸螺旋槳式風力機只有在風輪正對來風的情況下可以自力可以帶動小車沿軌道運動，從而利用車輪的旋轉來驅啟動，側風時則需要偏航調整后才能啟動。動發(fā)電機發(fā)電。然而，由于軌道兩端需要有改變圓柱旋轉2.3風力機結構方向的機構而使機
8、構過于復雜、旋轉圓柱的過低圓周速由于沿著葉片翼展各處的圓周速度和相對于風速的度使其空氣動力特性十分微弱、大軌道負荷產生較大的迎角不同，水平軸螺旋槳式風力機的葉片需要進行扭轉和摩擦損失、地表風速低和發(fā)電損失大等原因，馬達拉斯的變截面，因此，水平軸風力機的葉片比垂直軸風力機的葉大規(guī)模發(fā)電構想最終未能成功。這種風力發(fā)電裝置至今片相對復雜，加工成本相對較高。達里厄風力機的葉片雖已無人問津。然是彎曲的，但葉片表面對翼弦是對
