小型垂直轴风力发电机设计
100w小型垂直风力发电机参数
100w小型垂直风力发电机参数100w小型垂直风力发电机是一种利用风能转化为电能的设备。
它的参数包括额定功率为100瓦特、垂直轴、小型化设计等特点。
本文将从设计原理、结构特点、优点和应用领域等方面介绍100w小型垂直风力发电机。
一、设计原理100w小型垂直风力发电机采用垂直轴设计，其工作原理是利用风的动力将风能转化为机械能，再经过发电机转化为电能。
垂直轴设计使得发电机可以在风向变化较大的情况下仍能高效工作，提高了发电效率。
二、结构特点1. 叶轮设计：100w小型垂直风力发电机的叶轮采用了特殊的气动轮廓设计，利用空气动力学原理使得风能能够更充分地转化为机械能。
2. 发电机设计：该发电机采用高效的永磁同步发电机，具有高效率、低噪音和稳定性好等优点。
3. 控制系统：垂直风力发电机配备了先进的控制系统，可以实现风向自适应、风速自适应等功能，提高了发电机的整体性能。
三、优点1. 小型化设计：100w小型垂直风力发电机体积小巧，重量轻，便于安装和维护。
适用于各种场地，如居民楼顶、工业园区等。
2. 高效能转化：该发电机采用了先进的设计和材料，能够更高效地将风能转化为电能，提高了发电效率。
3. 低噪音：垂直风力发电机采用了低噪音设计，减少了对周围环境和人的影响，适用于城市和居民区等噪音敏感场所。
四、应用领域1. 居民用途：100w小型垂直风力发电机适用于居民楼顶、农村地区等，可以为家庭供电，满足一部分日常用电需求。
2. 农业用途：发电机可以用于农村地区的灌溉系统、农机设备等，为农民提供电力支持。
3. 工业用途：垂直风力发电机可以应用于工业园区、建筑工地等场所，为设备供电，减少对传统电网的依赖。
总结：100w小型垂直风力发电机是一种高效、小型化的风能利用设备。
其采用垂直轴设计，具有高效能转化、低噪音等优点。
适用于各种应用场所，如居民用途、农业用途和工业用途等。
随着对可再生能源需求的增加，100w小型垂直风力发电机将在未来得到更广泛的应用。
垂直轴风力发电机设计
毕业设计（说明书）2012 届题目垂直轴风力发电机设计专业机械设计制造及其自动化学生姓名╳╳╳学号指导教师╳╳╳论文字数完成日期湖州师范学院教务处印制原创性声明本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。
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论文作者签名：日期：指导老师签名：日期：垂直轴风力发电机设计摘要：本次毕业设计主要是完成垂直轴风力发电机设计。
风力发电现今发展飞速，其中小型发电机组以其设备简单、成本较低、风能利用率高、启动、制动性能好等优点，得到越来越多青睐。
本论文主要介绍了小型风力发电机的机械结构部分，从独立型风力发电机组的构成特点、运行特点、保护措施等各方面，介绍了实现机组无人值守全自动运行的设计思想和实施办法。
本设计利用机电一体化设计使整个系统组成简单，结构精巧，控制方便，性能可靠，应用前景广阔。
关键词：垂直轴，风力发电机，设计Vertical axis wind turbine designAbstract: The graduation project is mainly to complete the vertical axis wind turbine design. Wind power in rapid development, in which small generation units with its simple equipment, low cost, high wind energy utilization rate, starting, braking performance is good wait for an advantage, get more and more popular. This paper mainly introduces the small-scale wind turbine mechanical structure part, from the independent type of wind turbine characteristics, operation characteristics, protection measures and other aspects, introduced the implementation of unmanned automatic operation unit of the design idea and implementation method.This design is the use of mechanical and electrical integration design of the whole system with simple structure, compact structure, easy control, reliable performance, wide application prospect.Key words: Vertical axis，wind turbine，design目录第1章绪论 (8)第2章风力发电机部件结构设计 (11)2.1风力发电机介绍................................................................................................ 错误!未定义书签。
300W小型垂直轴风力发电机的设计
摘要为了解决日益严重的环境污染和能源危机的问题，开发了一种以风力的发动机。
关键词：风力发电机小型风力发电机风力垂直轴AbstractKey words：设计的300W小型垂直轴风力发电机，并设置了多种传感器，充分应用原发动机的电控系统，实现精确控制。
2．1 压力调节器压力调节器上装有压力传感器且与驾驶室内控制面板相连，这样在驾驶室内即可通过压力值了解风力的大小。
在压力调节器前分别安装有加温器和过滤器。
其中加温器是为了给风加热，以避免因风压力降低吸收热量而使压力调节器冻结。
过滤器是为了滤除气体中的杂质，以避免减压器阀口被堵塞。
风力压力调节器后连接电磁阀，当发动机出现故障或发动机熄火时，电磁阀自动切断风的供给。
2.2 气体流量阀气体流量阀可精确控制双风力工作状态下的风力流量。
其内有一小容积室，与风力喷射器、风压力传感器和温度传感器相连，2个传感器分别测出容积室中风的压力和温度。
中央控制器(ECU)将实测风压力与存储在ECU内的目标压力值相比较，根据二者的差值调整容积室的容积，保证确的风喷射量。
风以1O～80 Mpa的喷射压力喷入时进气道内，与空气充分混合后进入气缸。
风力喷射器的喷孔与空气的流向相反，使风与空气充分混合。
2.3 中央控制器ECU是YC6108双风力发动机的控制核心，它接受8个传感器的信息，通过计算分析处理后，向空气风力控制器及气体流量阀等主要执行器发出指令，控制双风力状态下的空气量以及风力的流量，进而保证发动机的性能。
ECU具有故障自诊断功能。
当控制系统出现问时，ECU 自动记录错误信息，并将错误代码在控制面板上显示出来。
它可自动记录风流量、空气流量风温度和压力、进气温度、进气压力等3O余个参数随时间变化的曲线，并进行分析。
2.4 空气风力控制器空气风力控制器安装在喷油泵的后端。
发动机在双风力工作状态时，ECU 按照其内设定的风力MAP，通过控制步进电机的行程从而控制喷油泵齿条的位移量来控制在双风力工作状态的空气风力。
小型垂直轴风力发电系统设计
小型垂直轴风力发电系统设计【引言】随着能源需求的增加和对可再生能源的认知，风力发电被广泛应用于各种规模的发电项目中。
而小型垂直轴风力发电系统由于其独特的设计特点，被认为是一种适用于城市和低风速地区的理想选择。
本文将设计一个小型垂直轴风力发电系统，以满足家庭或小型建筑物的基本能源需求。
【设计方案】1.机械部分设计：小型垂直轴风力发电系统主要包括垂直轴叶轮、轴承、发电机和塔架。
其中，垂直轴叶轮的设计应考虑到建筑物周围的风向和风速，以及叶轮的形状和大小对风能利用的影响。
轴承的选用应具备耐高速、低摩擦和长寿命等优点。
发电机应选用适合小型风力发电系统的低速稳定类型。
塔架的设计应考虑到高度、稳定性和安装便捷性。
2.控制系统设计：控制系统主要包括风速检测、转速调节和发电机控制。
风速检测可以采用风速传感器，通过实时监测风速来调节转速。
转速控制可以通过变频器进行调节。
发电机控制则需要实现电能的储存和输出。
3.电气系统设计：电气系统主要包括逆变器、电池组和电网连接。
逆变器将直流电转换为交流电，供给家庭或建筑物的用电设备。
电池组的设计可以通过并联并备份的方式来储存风能。
当风力不足或无法满足需求时，可以从电池组中获取电能。
电网连接则通过智能电网技术，将多余的电能输出到电网，从而实现电能的共享和交换。
【关键技术】1.垂直轴叶轮的优化设计：通过测试和模拟分析的方法，选择合适的叶片数目、形状和角度，以提高风能的利用效率。
2.风速检测和转速控制：采用先进的风速传感器和变频器进行风速检测和转速控制，以实现风能的最大化利用。
3.电池组的设计：选择合适的电池类型和配置方式，以实现电能的储存和输出，保证系统的稳定性。
【实施步骤】1.设计垂直轴叶轮：根据风速和建筑物周围环境的特点，设计合适的垂直轴叶轮形状和尺寸。
2.选择轴承和发电机：根据叶轮的重量和转速要求，选择适合的轴承和发电机。
3.设计塔架：根据叶轮的高度和稳定性需求，设计合适的塔架结构。
垂直轴小型风力发电机-论文
The design of small vertical axis wind generator
Abstract: With the development of science and technology, electric equipment becomes more and more important in family life. Electric energy consumption also grows day by day. Meanwhile, now the international environment problem is also more and more serious. It is a social hot spot, including clean energy. The fierce conflict prompted us to find new ways to acquire new energy. Through the untiring efforts of all countries, we already have made some good benefits. With small vertical axis wind generator power generator, it has the advantages of efficiency, low noise, low start torque, low cost, and is expected to spread to the families, to alleviate the energy crisis, to realize clean energy. This paper use achievements of the past as the reference, improving the structure of small vertical axis wind generator, changing the wind generator bad faults of motor maintenance inconvenient on the market. This design installed generator on the ground, and complete the set of equipment design, to do matting of the popularization of small vertical axis wind generators, and then to do relieve the energy crisis, to do realize clean energy a bit contribution. Keywords: Electric power, wind generator, vertical axis, Energy, Design
小型垂直轴风力发电系统设计方案
小型垂直轴风力发电系统设计方案第一章绪论1.1国外风力发电的发展现状及其趋势随着能源紧缺及化石燃料对环境污染日趋严重，开发新型能源成为各国经济发展的关键，目前可再生能源有太阳能、风能、地热能等。
风能发电是目前为止技术最为成熟，历史最为悠久的发电方式，是具有大规模发展潜力的可再生能源，有可能成为重要的替代能源。
自13世纪起，水平轴风车产业就成为了农村经济结构的主要部分，而利用风力发电的历史可以追溯到19世纪晚期，美国的Brush研制了第一台12kW的直流风力机。
Golding(1955)、Shepherd 和Divone(1994)记录了早期的风力机发展史。
1931年，联制造了一台100KW、直径30m的Balaclava(巴拉克拉法帽)风力机；19世纪50年代早期，英国制造了一台100KW、直径24m 的Andrea Enfield(安德鲁-恩菲)风力机。
1956年，丹麦建造了一台200KW、直径24m的Gedser(盖瑟)风力机，1963年法国电力工业试验了一台功率1.1MW、直径35m的风力机。
在德国，Hutter(胡特)于19世纪50年代和60年代建立了一些新型的风力机。
由于石油价格突然上涨，美国开始建造一系列示风力机组，如1975年的功率100KW、直径38m的Mod-0风力发电机组和1987年的功率2.5MW、直径97.5m的Mod-5B风力发电机组。
目前世界上最大的风力发电机是德国制造的E-126，高达120m，风轮直径126m，每个叶片长达61.4m，每片重18t，装机功率达到5MW[1]，如图1-1所示。
图1-1 Enercon的E-126型风力发电机我国风能资源丰富，根据第三次风能普查结果，我国技术可开发的陆地面积约为24×104km2。
考虑到风电场中风力发电机组的实际布置能力，按照5MW/km2计算，陆上技术可开发量为120×104MW。
目前我国风能资源开发利用的重点区域有自治区、省、省、省、省、新疆维吾尔自治区、省等，其中自治区技术可开发量约为50×104MW，居全国之首[2]如图1-2所示。
小型家用垂直轴风力发电系统的设计
清洁能源与新能源小型家用垂直轴风力发电系统的设计范正萍,王心尘,杜华夏,王亚军(厦门大学物理与机电工程学院物理系,厦门361005)摘 要:本文介绍了一种小型家用垂直轴风力发电系统的设计方案。
该系统针对传统萨窝纽斯形(Savonius)风机叶片的形状进行优化———扭曲叶片,对各项动力学参数进行模拟实验及计算。
结果表明,这种扭曲叶片型的Savonius风力机与汽车发动机相结合可以使风能利用效率得到更好的开发。
关键词:垂直轴;风力发电;叶片 中图分类号:TM614 文献标识码:A 文章编号:100527439(2007)0520279204An innovative Design of V ertical-axis Wind Turbines for H ome UseFAN Zheng2ping,WANG Xin2chen,DU H u a2xia,WANG Ya2jun(Physics Dept.,Xiamen University,Xiamen361005,China)Abstract:An innovative vertical-axis wind power generating system for home use has been proposed and tested.The emphasis is placed on optimizing the configuration of a traditional Savonius rotor(twisting the blades), simulating and experimenting.The computing results show that a Savonius rotor with twisted blades combined witha car-alternator can reach a better coefficient of performance.K eyw ords:Vertical axis,Wind power,Twisted blade,Savonius rotor 随着新能源产业的发展,作为家用的小型水平轴百瓦级风力发电机被越来越多的人们所接受。
垂直轴小型风力发电机设计
黑龙江科学HEILONGJIANG SCIENCE第11卷第20期2020年10月Vol. 11Oct. 2020垂直轴小型风力发电机设计杨永海蔦孟凡召2(1.山东中茂圣源实业有限公司，山东德州253500；2.山东华宇工学院机械工程学院，山东德州253034)摘要：为解决垂直轴小型风力发电机自启、电量存储等问题，分析了我国风力发电设备的特点及应用情况，设计了一种小型垂直轴 风力发电机结构，包括叶片、支撑架、变向器等结构件。
指出了小型垂直轴风力发电机调速系统、启动系统的设计思路，验证了设计结构的可行性。
关键词：垂直轴;小型;风力发电机;设计中图分类号：TM464；TM315 文献标志码：A 文章编号：1674 -7646(2020)20 -0097 -02Design of Vertical Axis Small Wind TurbineYang Yonghai 1, 6eng Fanzhao 2(1. Shandong Zhongmao Shengyuan Industrial Co. , Ltd. , Dezhou 253500, China ;2. School of 6echanicc1 Engineering , Shandong Huayu University of Technology , Dezhou 253034, China )Abstraci : In order to solve the problems of self-stari of verticcl axis small wind turbine and electric quantity , we analyzethe characteristicc and application of existing wind power generation equipment. On this basis , a small vvrticcl-axis windturbine is designed , including vvne , support frame and turning device. We point out the design thinking vertical axis small wind turbine speed ogulving system and start system , Key worbt : Vertical axis; SmaH ； Wind turbine ; Designo 引言风能是可再生能源,资源丰富,来源广,具有安全、 干净的特点［1］（为了缓解日益增长的能源问题和环境问题，世界各国的研究机构都在加速风力发电技术 研究，着力开发各种风力发电机等设备［2］（风力发电机根据其功率大小可以分为50 - 1 000 w 的微型风力发电机、1 ~10 kW 的小型风力发电机、10 ~100 kW 的 中型风力发电机和100 kW 以上的大型风力发电机组。
小型风力发电机总体结构的设计（有全套图纸）
摘要基于开发风能资源在改善能源结构中的重要意义，本论文对风力机的特性作了简要的介绍，且对风力机的各种参数和风力机类型作了必要的说明。
在此基础上，对风力发电机的原理和结构作了细致的分析。
首先，对风力发电机的总体机械结构进行了设计，并且设计了限速控制系统。
本课题设计的是一种新型的立式垂直轴小型风力发电机，由风机叶轮、立柱、横梁、变速机构、离合装置和发电机组成。
这种发电机有体积小、噪音小、使用寿命长、价格低的特点，适合在有风能资源地区的楼房顶部，供应家庭用电，例如照明：灯泡,节能灯；家用电器:电视机、收音机、电风扇、洗衣机、电冰箱。
其次，在老师的帮助下制作了限速控制的模型。
通过模型验证了小型垂直式风力发电机限速控制系统总体方案在实践中的效果，并且验证了程序是否正确，以及电路的设计是否合理。
最后，模型验证的结果表明我设计的限速控制系统方案可行，程序正确，电路设计合理。
为该类型风力发电机的设计和商品生产提供了理论依据。
关键词：风力发电；限速控制系统；小型风力发电机；小型垂直轴风力发电机。
AbstractExploiting wind energy resources is of great significance in improving energy structure.In the discourse，the characters of wind generator are introduced briefly，while parameters and types of wind generators are also narrated.Base on these，the theory and constitution of the wind generator are meticulously analyzed.Firstly，Has carried on the design to wind-driven generator's overall mechanism,And has designed the regulating control system.What I design is one kind of new vertical axis small wind-driven generator,by the air blower impeller,the column,the crossbeam,the gearshift mechanism,the engaging and disengaging gear and the generator is composed.This kind of generator has the volume to be small,the noise is small,the service life is long,the price low characteristic,suits in has the wind energy resources area building crown,the supply family uses electricity,For example illumination:The light bulb,conserves energy the lamp;Domestic electric appliances:Television,radio, electric fan,washer,electric refrigerator.Secondly，I have manufactured the regulating control model.Through model verification small perpendicular wind-driven generator regulating control system overall concept effect in reality,and has confirmed the procedure to be whether correct,as well as electric circuit's design to be whether reasonable.Finally，Model verification's result indicated I design the regulating control system plan is feasible,the procedure is correct,the circuit design is reasonable.It provides according as theory for qualitative design and commercial manufacture of this type of wind generator.Key words：Wind power generation；Regulating control system；Small wind-driven generator；Small vertical axis wind-driven generator.目录摘要 (Ⅰ)ABSTRACT (Ⅱ)第一章概述 (1)1.1风力发电机概况 (1)1.2风力发电机的研究现状 (1)1.2.1国外风力发电机的研制情况 (1)1.2.2国内风力发电机的研制情况 (2)1.3研究风力发电机的目的和意义 (4)1.4我国的风能资源及其分布 (5)第二章风力机理论 (8)2.1基本公式 (8)2.1.1风能利用系数 (8)2.1.2风压强 (8)2.1.3阻力式风力机的最大效率 (8)2.2工作风速与输出功率 (9)2.2.1风力发电机的输出效率 (9)2.2.2工作风速与输出功率 (9)2.2.3启动风速和额定风速的选定 (10)2.3风能利用与气象 (12)2.3.1风的观测对风能利用的意义 (12)2.3.2风能利用中需要的气象调查 (13)2.4风的观测 (13)第三章风力发电机方案和结构设计 (14)3.1小型垂直式风力发电机方案设计 (14)3.2风叶 (14)3.3行星齿轮加速器设计计算 (14)3.3.1设计要求 (15)3.3.2选加速器类型 (16)3.3.3确定行星轮数和齿数 (16))的选择 (16)3.3.4压力角(3.3.5齿宽系数的选择 (17)3.3.6模数选择 (17)3.3.7预设啮合角 (17)3.3.8太阳轮与行星轮之间的传动计算 (17)3.3.9行星轮与内齿轮之间的传动计算 (18)3.3.10行星排各零件转速及扭矩的计算 (18)3.3.11行星排上各零件受力分析及计算 (19)3.3.12行星齿轮传动的强度校核计算 (20)3.4电磁离合器设计计算 (24)3.4.1选型 (24)3.4.2牙嵌式电磁离合器的动作特性 (24)3.4.3离合器的计算转矩 (24)3.4.4离合器的外径 (24)3.4.5离合器牙间的压紧力 (24)3.4.6线圈槽高度 (24)3.4.7磁轭底部厚度 (25)3.4.8衔铁厚度 (25)第四章限速控制系统方案设计 (26)4.1设计限速控制系统的目的 (26)4.2限速控制系统方案分析 (26)4.3单片机 (26)4.4信号采集 (26)4.5电路 (26)4.6限速控制程序 (27)4.6.1定时器周期 (27)4.6.2程序流程图 (27)4.6.3限速控制程序 (28)第五章控制系统总体分析 (30)5.1实验和模型设计的目的 (30)5.2模型设计 (30)5.2.1设计技术指标 (30)5.2.2模型设计器件 (30)5.3电路板 (30)5.4限速控制程序装置 (31)5.5实验模型结果分析 (32)第六章结束语 (33)致谢 (34)参考文献 (35)第一章概述1.1风力发电机概况风能的利用有着悠久的历史。
300W小型垂直轴风力发电机的设计
摘要为了解决日益严重的环境污染和能源危机的问题，开发了一种以风力的发动机。
由于原材料价格不断上涨，小型风力发电机组生产成本，也不断提高，而购买风机的广大农牧民经济收入有限，因此企业销售价不能随着上涨，企业利润空间很小，无利可图，促使有的企业开始转产。
如原内蒙古商都牧机厂现在已开始生产并网型大型风力发电机组的塔架，大型电焊机、卷扳机已经到货，正准备投产。
有的配套件质量不稳定，性能差，特别是蓄电池，逆变控制器，影响整机发电系统的效率和可靠性。
尽管目前风光互补发电系统推广应用很快、需要量大，但由于太阳能电池组件价格太高（每WP30～50元）。
如果不是目前国家大量补贴，农牧民自购有较大困难，所以说太阳能电池组价格制约风光互补发电系统的发展。
本设计主要设计的是300W 小型垂直轴风力发电机。
关键词：风力发电机小型风力发电机风力垂直轴AbstractIn order to solve the increasingly serious environmental pollution and energy crisis, the development of a wind engine. As a result of rising raw material prices, small wind turbine production costs, is also rising, and the purchase of the majority of fans with limited income of farmers and herdsmen, so as the sales price can not rise, corporate profits is very small, unprofitable, to have Transferring the business started. Such as animal husbandry are the original factory in Inner Mongolia have already started to produce large-scale grid-based wind turbine's tower, a large welding machine, delivery volumes have been the trigger is ready for production. Matching the quality of some pieces of instability, poor performance, especially the battery, the inverter controller, the impact of the whole power system efficiency and reliability. Despite the current landscape to promote the application of hybrid generating system very quickly, the demand for large, but the solar cell component costs are too high (per WP30 ~ 50 million). If it is not currently a large number of national subsidies, farmers and herdsmen have a more difficult since the purchase, so that the price of solar battery power constraints scenery complementary systems. The design of the main design is 300W small vertical axis wind turbine.Key words：Wind turbines small wind turbines wind vertical axis第1章绪论随着中国对“三农”投入力度加大，经济持续快速发展，广大农、牧、渔民对改善生活环境，提高生活质量，改善农村地区的能源结构，解决生活用电的迫切要求，作为农村可再生能源主要支柱之一的小型风力发电行业得到长足的发展，不论是参与开发、研制、生产的单位，还是产品产量、国内外销售以及推广应用范围，与上年相比都有了新的提高，取得了显著的成效。
小型垂直轴风力发电系统设计方案
小型垂直轴风力发电系统设计方案第一章绪论1.1国外风力发电的发展现状及其趋势随着能源紧缺及化石燃料对环境污染日趋严重，开发新型能源成为各国经济发展的关键，目前可再生能源有太阳能、风能、地热能等。
风能发电是目前为止技术最为成熟，历史最为悠久的发电方式，是具有大规模发展潜力的可再生能源，有可能成为重要的替代能源。
自13世纪起，水平轴风车产业就成为了农村经济结构的主要部分，而利用风力发电的历史可以追溯到19世纪晚期，美国的Brush研制了第一台12kW的直流风力机。
Golding(1955)、Shepherd 和Divone(1994)记录了早期的风力机发展史。
1931年，联制造了一台100KW、直径30m的Balaclava(巴拉克拉法帽)风力机；19世纪50年代早期，英国制造了一台100KW、直径24m 的Andrea Enfield(安德鲁-恩菲)风力机。
1956年，丹麦建造了一台200KW、直径24m的Gedser(盖瑟)风力机，1963年法国电力工业试验了一台功率1.1MW、直径35m的风力机。
在德国，Hutter(胡特)于19世纪50年代和60年代建立了一些新型的风力机。
由于石油价格突然上涨，美国开始建造一系列示风力机组，如1975年的功率100KW、直径38m的Mod-0风力发电机组和1987年的功率2.5MW、直径97.5m的Mod-5B风力发电机组。
目前世界上最大的风力发电机是德国制造的E-126，高达120m，风轮直径126m，每个叶片长达61.4m，每片重18t，装机功率达到5MW[1]，如图1-1所示。
图1-1 Enercon的E-126型风力发电机我国风能资源丰富，根据第三次风能普查结果，我国技术可开发的陆地面积约为24×104km2。
考虑到风电场中风力发电机组的实际布置能力，按照5MW/km2计算，陆上技术可开发量为120×104MW。
目前我国风能资源开发利用的重点区域有自治区、省、省、省、省、新疆维吾尔自治区、省等，其中自治区技术可开发量约为50×104MW，居全国之首[2]如图1-2所示。
小型垂直轴风力发电系统的设计
适用经济型小型垂直轴风力发电系统的设计1．小型垂直轴风力发电系统的分类(1)桨叶式风力机桨叶式风力机是一种阻力型风力机，因它的叶片形状而得名。
这种风力机的关键集中在如何减少逆风方向叶片的阻力，对此有许多设计方案。
使用遮风板的，也有改变迎风角的，不过桨叶式风力机的效率很低，除了在日本局部地区曾经使用过外，实际上几乎没有制造和使用的实例。
一般来说，这种风力机归类为垂直轴型，但是也有把它设计成水平轴的。
(2)萨布纽斯式风力机萨布纽斯式风力机是20年代发明的垂直轴风力机，它以发明者萨布纽斯的名字命名(我国有时称它为S型风力机)。
这种风力机通常由两枚半圆筒形的叶片所构成，也有用三一四枚的。
这种风力机往往上下重叠多层。
效率最大不超过10％，能产生很大的扭矩。
在发展中国家有人用它来提水、发电等。
(3)达里厄型风力机达里厄风力机是一种新开发的垂直轴式风力机，以法国发明者达里厄的名字命名，下图为普通的Φ形达里厄风力机和特殊的Δ形达里厄风力机。
其叶片多为2—3枚。
该风力机回转时与风向无关，是升力型的。
它装置简单，成本也比较便宜，但起动性能差，因此也有人把这种风力机和一部萨布纽斯风力机组合在一起使用。
(4)旋转涡轮式风力机垂直轴升力型旋转涡轮式风力机，这种风力杉L垂直安装3—4枚对称翼形的叶片。
它有使叶片自动保持最佳攻角的机构。
因此结构复杂价格也较高，但它能改变桨距、起动性能好、能保持一定的转速，效率极高。
这种风机也有把同样的叶片固定安装的形式。
(5)弗来纳式风力机在气流中回转的圆筒或球，可以使该物体的周围的压力发生变化而产生升力。
这种现象叫马格努斯效应，利用这个效应的发电装置叫弗来纳式风力发电装置。
在大的圆形轨道上移动的小车上装上回转的圆筒，由风力驱动小车，用装在小车轴上的发电机发电。
这种装置，是1931年由美国的J·马达拉斯发明的，并实际制造了重15吨、高27米的巨大模型进行了实验。
这个实验的详细情况不清，但时间很短便中止了。
H型垂直轴风力发电机的结构设计
(3) 结构强度设计要比较不同运行工况荷载 组合 ,确定结构的最不利工况 ,结构必须能够满足 该工况下的安全性设计 。
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参考文献 :
[ 1 ] 严强 ,蒋超奇. 垂直轴风力发电机的发展趋势和应用[J ] . 上 海电力 ,2007 (2) .
(3) 刹车装置 。刹车装置是风力发电机必须 配备的安全控制机构 。停机控制使风力发电机在 需要进行维修 、发生不正常运转或预计发生破坏 性强风时 ,使风力发电机停止运转 。刹车装置由 刹车箍 、刹车蹄 、刹车带 、转轴 、摇臂 、弹簧 、刹车绳 等零件组成 。
(4) 控制器 。控制器通过发电机的输出为负
1 H型垂直轴风力发电机的结构特点
H 型垂直轴风力发电机主要由风轮装置 、发
电机 、刹车装置 、控制器和塔架等部件组成 ,如图
1 所示 。
(1) 风轮装置 。
风轮装置是把风能
转换为机械能的重
要部件 。风轮装置
的设计好坏 ,将直
接决定整个风力发
电机系统的成功与
否 。风轮装置主要
由 主 轴 组 件 、支 持
北京 :中国铁道出版社 ,2001. [ 9 ] 博弈创作室. A PDL 参数化有限元分析技术及其实用实例
[ M ] . 北京 :中国水利水电出版社 ,2004. 收稿日期 :2007209226
作者简介 :牛海峰 (19772) ,男 ,山西人 ,硕士研究生 ,工程 师 ,从事垂直轴风力发电机材料和结构 CA E 分析 ,0212 52360051 ;张 冬 (19792) ,男 ,安徽人 ,本科 ,工程师 ,从事 垂直轴风力发电机械设计及工艺研究 ,021252360051 。
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小型垂直轴风力发电系统设计[摘要]本文介绍了一种小型垂直轴风力发电系统的设计方案，本系统主要面向沿海高层建筑或边远地区用户。
经过查阅大量文献资料结合必要的理论计算，系统采用四片NACA0012型叶片构成H型达里厄风力机，利用永磁直驱同步发电机将机械能转化为电能，经过电力电子电路对蓄电池进行充电。
文中对主要支撑件和传动件进行了必要的结构校核，对所用的两个角接触球轴承进行了使用寿命校核。
最后以垂直轴风轮和永磁直驱发电机为主要对象，用solidworks软件建立三维模型，设计风力发电系统主要零部件，并简要介绍其控制电路、选择蓄电池型号。
[关键字] 垂直轴风力发电机达里厄 NACA0012翼型Design of the Vertical Axis Wind Turbine[Abstract]This is a design of a kind of vertical axis wind turbine which was used in removed rural area or highrise in seaside city based on related theories. By consulting reference sources and necessary mathematical operation,four NACA0012 air-foil blades were used as the compoments of the H-type Darrieus. The lead-acid bettery was charged by the electrical energy which was generated by a permanent magnet synchronous motor with the operation of power electronic circuits. In this article,some constructures such as the main suppoting parts and the angular contact ball bearings were vertified on the intensity and life. By using of the solidworks2006 software,every important part has a 3D model. We also design a control circuit and bettery breifly.[Keywords] Vertical axis Wind turbine Darrieus NACA0012 air-foil目录第一章绪论 (1)1.1 国内外风力发电的发展现状及其趋势 (1)1.2 小型垂直轴风力发电机发展概况 (3)第二章风力发电基本原理 (4)2.1 风特性 (4)2.1.1 风能量 (4)2.1.2 湍流特性 (5)2.2 风力发电系统结构框架 (5)第三章小型垂直轴风力发电的总体设计 (6)3.1 风力机的种类及选择 (6)3.2 垂直轴风力机空气动力学 (8)3.2.1 风能利用率 (9)3.2.2 Cp-λ功率特性曲线 (10)3.2.3 贝茨极限 (10)3.2.4 叶尖速比 (11)3.2.5 风力机的功率及扭矩计算 (11)3.3 叶片选型 (12)3.3.1 叶片实度 (13)3.3.2 叶片形状及材料 (14)第四章电气设备及传动设计 (16)4.1 基本原理 (16)4.1.1 法拉第电磁感应原理 (16)4.1.2 相位角及功率因数 (16)4.2 转化装置 (17)4.2.1 直驱式永磁同步发电机 (17)4.2.2 电气系统电路设计 (17)4.3 传动系统结构设计及计算 (18)4.3.1 传动轴的设计 (18)4.3.2 轴承的计算及选型 (20)第五章刹车装置及其他部件设计 (25)5.1 刹车装置 (25)5.1.1 刹车装置原理 (25)5.1.2 刹车结构受力计算 (27)5.2 塔架的设计 (28)5.2.1 支撑件受力分析 (28)5.2.2 拉索的受力计算 (30)5.3 蓄电池和选型 (31)5.3.1 蓄电池的种类及工作基本原理 (31)5.3.2 蓄电池选型 (32)5.4 箱体的设计 (32)5.4.1 箱体的外形设计 (32)5.4.2 箱体的防锈与密封 (33)结论 (34)致谢语 (35)参考文献 (36)附录 (37)引言当前火力发电仍然是主要的发电方式，其高污染高能耗正一步步吞噬着地球脆弱的生态环境，地球急需一种环保高效的可再生能源来替代火力发电。
风力发电不像火力发电那样需要大量的煤炭、水力发电那样需要建造巨大的水库，也不像核电那样需要消耗铀，它不需要燃料就可以源源不断地产生能源，建好之后除了日常的维护费用外几乎不需要其他费用支持。
风力发电的用法很多，既可以并网使用也可以离网使用，可以同太阳能一起使用，也可以单独构成大型风力发电厂。
风力机的种类千奇百怪，设计思路五花八门，充分发挥了人类丰富的想象力和创造力，按轴的方向分有水平轴风力机、垂直轴风力机，按驱动方式分有升力型和阻力型等等。
虽然目前世界各地的大部分风场所用的风力机为水平轴的，但由于垂直轴风力机，尤其提到达里厄型风力机，有着优越的空气动力性能，提高了效率，并且很大程度降低了造价，所以近年来广泛受到各国研究人员的关注。
垂直轴风力机的旋转半径可以小至一两米，也可以大到数十米，发电风速范围比较广。
第一章绪论1.1国内外风力发电的发展现状及其趋势随着能源紧缺及化石燃料对环境污染日趋严重，开发新型能源成为各国经济发展的关键，目前可再生能源有太阳能、风能、地热能等。
风能发电是目前为止技术最为成熟，历史最为悠久的发电方式，是具有大规模发展潜力的可再生能源，有可能成为重要的替代能源。
自13世纪起，水平轴风车产业就成为了农村经济结构的主要部分，而利用风力发电的历史可以追溯到19世纪晚期，美国的Brush研制了第一台12kW的直流风力机。
Golding(1955)、Shepherd 和Divone(1994)记录了早期的风力机发展史。
1931年，苏联制造了一台100KW、直径30m的Balaclava(巴拉克拉法帽)风力机；19世纪50年代早期，英国制造了一台100KW、直径24m 的Andrea Enfield(安德鲁-恩菲)风力机。
1956年，丹麦建造了一台200KW、直径24m的Gedser(盖瑟)风力机，1963年法国电力工业试验了一台功率1.1MW、直径35m的风力机。
在德国，Hutter(胡特)于19世纪50年代和60年代建立了一些新型的风力机。
由于石油价格突然上涨，美国开始建造一系列示范风力机组，如1975年的功率100KW、直径38m的Mod-0风力发电机组和1987年的功率2.5MW、直径97.5m的Mod-5B风力发电机组。
目前世界上最大的风力发电机是德国制造的E-126，高达120m，风轮直径126m，每个叶片长达61.4m，每片重18t，装机功率达到5MW[1]，如图1-1所示。
图1-1 Enercon的E-126型风力发电机我国风能资源丰富，根据第三次风能普查结果，我国技术可开发的陆地面积约为24×104km2。
考虑到风电场中风力发电机组的实际布置能力，按照5MW/km2计算，陆上技术可开发量为120×104MW。
目前我国风能资源开发利用的重点区域有内蒙古自治区、辽宁省、河北省、吉林省、甘肃省、新疆维吾尔自治区、江苏省等，其中内蒙古自治区技术可开发量约为50×104MW，居全国之首[2]如图1-2所示。
图1-2 全年平均风能密度分布在国家可再生能源发展规划和风电装备国产化等相关政策的支持下，我过风电产业得到了快速发展，2009年中国（不含台湾省）新增风电装机10129台，容量13803.2MW，年同比增长124%；累计风电装机21581台，容量25805.3MW，年同比增长114%。
台湾省当年新增风电装机37台，容量77.9MW；累计装机227台，容量436.05MW[3]，如图1-3所示。
图1-3历年我国装机储量1.2小型垂直轴风力发电机发展概况垂直轴风力机（Vertical Axis Wind Turbine或VAWT）的风轮轴与风向垂直，风轮的转动与风向无关，但是由于其启动风速较高且功率不稳定，其发展并不像水平轴风力机那么迅速。
随着计算科学的飞速发展，垂直轴风力机的优异空气动力性能（尤其是达里厄风力机）渐渐为世人所认识，近年来广泛受到各国研究人员的关注。
国外较大的风力发电公司有加拿大的Cleanfiled Energy公司，其主导产品是一种额定功率为3.5kW的升力型叶轮风力发电机，整套系统由玻璃钢纤维和钢材组成，约重181.4kg，叶轮高3m，轮辐直径2.5m。
2006年，中国垂直风力发电机实验基地在内蒙古化德县启动运行，目前50kW小样机组已投入运行开始发电，如图1-4所示。
2007年，西峡瑞发水电设备公司和哈尔滨发电设备研究中心联合开发设计的1.5MW垂直轴永磁风力发电机研制成功，并在张家口风电场安装运行。
图1-4 德化县50kW垂直轴风力机第二章 风力发电基本原理2.1 风特性2.1.1 风能量空气的流动现象称为风，风是由于不同地方的空气受热不均匀，从一个地方向另一个地方运动的空气分子产生的，风的能量就是空气分子的动能，如图2-1所示。
图2-1 空气流的动能风功率计算公式为/P W t =m V ρ=V S L =⨯联立以上各式得312P Sv ρ= （2.1）从式（2.1）容易看出风速对风能的影响是最大的，因此在沿海地区设计风力机时必须要考虑强台风对设备的影响。
2.1.2 湍流特性湍流指的是短时间内的风速波动，随着海拔、气候、地形等变化。
影响湍流的因素很多，产生湍流的主要原因有：1.由地形差异引起的气流与地表的摩擦。
2.由于空气密度差异和气温变化的热效应空气垂直运动。
湍流往往是有这两种原因相互作用形成的。
湍流无法用简单的数学公式完整的表达出来，其复杂程度超出了人类现有的认识能力。
虽然它的活动遵循一定的定律，但是人类想要用这些定律来描述湍流过程是相当困难的，因此只能通过统计学来大致描述湍流。
湍流风速变化基本上服从高斯函数，风速变动相对于风速均值服从正态分布,湍流强度I 是用来描述湍流总体水平的，计算公式如下[4]：/I U σ= （2.2）式中I 为湍流强度；σ为脉动风速的均方根；2σ为脉动风速动能；U 为10min 平均风速。