垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)研究報(bào)告

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

2、輪下部甚至地面上，因而便于維護(hù)。③風(fēng)力發(fā)電機(jī)由于高度限制和周?chē)孛惨l(fā)的亂流，常常處于風(fēng)向和風(fēng)強(qiáng)變化劇烈的情況，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)有克服“對(duì)風(fēng)損失”和“疲勞損耗”上有水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)不可比的優(yōu)點(diǎn)，且理論風(fēng)能利用率可達(dá)40％以上．因此在考慮了較小的啟動(dòng)風(fēng)速和對(duì)風(fēng)力機(jī)影響較大的“對(duì)風(fēng)損失”之后，從而提高垂直軸風(fēng)輪的風(fēng)能實(shí)際利用率。④水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)倉(cāng)需360度旋轉(zhuǎn)，達(dá)到迎風(fēng)目的。這個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)包含有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，風(fēng)向檢測(cè)，角位移發(fā)送，角位移跟蹤等系統(tǒng)。垂直軸風(fēng)力機(jī)不要迎風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可以接受360度方位中任何方向來(lái)風(fēng)，主軸永遠(yuǎn)向設(shè)計(jì)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。⑤水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的翼片受到正面風(fēng)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(guò)程中，受慣性力和重力的綜合作用，慣性力的方向是隨時(shí)變化的，而重力的方向始終不變，這樣翼片所受的就是一個(gè)交變載荷，這就要求翼片有很高的的疲勞強(qiáng)度，因此大量事故都是翼片根部折斷。而垂直軸風(fēng)機(jī)的翼片主要承受拉應(yīng)力，不易折斷，壽命長(zhǎng)。⑥完美整理Word格式水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(dòng)噪音，導(dǎo)致噪聲污染。垂直軸風(fēng)力機(jī)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(dòng)噪音，無(wú)噪音帶來(lái)的好處是顯而易見(jiàn)的，以前因?yàn)樵胍魡?wèn)題不能

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

5、能達(dá)到0.4左右。如按0.4的風(fēng)能利用率來(lái)計(jì)算，風(fēng)機(jī)功率為1000W，則風(fēng)能為。根據(jù)上面公式可以求得，若滿載額定風(fēng)速為20m/s的話，S=0.5m2，顯然設(shè)定的額定風(fēng)速越低，S將越大。，S為掃風(fēng)的截面積，r是翼片距軸的距離也是風(fēng)輪的半徑，L為翼片的高。如要達(dá)到1000W的風(fēng)機(jī)功率，則掃風(fēng)截面積不能小于0.5m2，則若r取0.25m的話，L為1m。可以采用目前天津工廠頂部風(fēng)機(jī)形狀。風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)矩：2.3葉尖速比λ葉尖速比λ表示風(fēng)輪在不同風(fēng)速中的狀態(tài)，用葉片的圓周速度和風(fēng)速之比來(lái)衡量。式中：n－風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速，；ω－風(fēng)輪角速度，；R―風(fēng)輪半徑，m。尖速比決定了風(fēng)輪的功率，對(duì)于定槳距

6、風(fēng)輪，隨風(fēng)速的增加其轉(zhuǎn)速也增加。在這種情況下，輸出功率（同風(fēng)速的立方成正比）也增加。但是輸出功率增加并不意味著風(fēng)能利用率也增加，一般而言，減速比和風(fēng)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(fēng)速固定時(shí)，不同的轉(zhuǎn)速即對(duì)應(yīng)不同的葉尖轉(zhuǎn)速比，也即對(duì)應(yīng)不同的Cp值，也即對(duì)應(yīng)不同的輸出功率，這樣如果設(shè)定不同的風(fēng)速，就可以得到風(fēng)力機(jī)在不同風(fēng)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(fēng)輪轉(zhuǎn)速與輸出功率及風(fēng)速曲線圖從上圖可以看出在某一種風(fēng)速下，風(fēng)力機(jī)的輸出機(jī)械功率隨轉(zhuǎn)速的不同而變化，其中有一個(gè)最佳的轉(zhuǎn)速。在該轉(zhuǎn)

7、速下，風(fēng)力機(jī)輸出最大的機(jī)械功率。它與風(fēng)速的關(guān)系是最佳葉尖速比關(guān)系。在不同風(fēng)速下均有一個(gè)最佳的轉(zhuǎn)速使風(fēng)力機(jī)輸出最大機(jī)械功率。從而得到一條最大輸出機(jī)械功率曲線，處于這條曲線上的任何點(diǎn)，其轉(zhuǎn)速與風(fēng)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(fēng)輪功率達(dá)到峰值。一般垂直軸風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)翼片一般超過(guò)500W的垂直軸風(fēng)機(jī)，都采用H型翼片或Ф型翼片。圖3H型垂直軸風(fēng)機(jī)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(guò)時(shí)產(chǎn)生的壓力差使葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)的部件，具有