垂直轴式风力机课件
阻力型垂直轴风力机资料
屏障平板式风力机（垂直轴阻力式风力机之一）一个垂直于风向的平板会受到一个与风向相同的力，我们称这个力为阻力。
屏障平板式风力机就是利用风的阻力做功的风力机。
这是一个屏障平板式风力机的叶片转子（叶轮），在转轴上分布着六个平板叶片。
当风吹向风叶转子时，转子并不会旋转，因为风在转子两侧的阻力相同。
如果在轴的一侧装上挡风的屏障。
在挡风屏障一侧的风将绕屏障外面通过，不对叶片产生推力；而另一侧接受风力，叶片转子就会旋转。
叶片转子的轴垂直于地面安装，结构简单，维护方便。
当风向变化时，为了保证屏障总在转子旋转逆风一面，屏障是可绕轴旋转的，在屏障后侧装有尾舵。
安有尾舵的屏障可保证在任何风向下叶片转子都朝一个方向旋转。
风叶片可以是平板，也可以是别的形状，这个屏障式风力机的叶片是弧面的。
屏障平板式风力机对风的利用效率不高，在叶尖速比λ值为0.2至0.6时出力最大。
由于结构简单，增速箱与发电机可安装在地面，方便安装维护，适合在小型风电应用，。
平板摆转式风力机（垂直轴阻力式风力机之二）一个垂直于风向的平板会受到一个与风向相同的力，我们称这个力为阻力。
平板摆转式风力机是利用风的阻力做功的风力机。
这是平板摆转式风力机的叶片，在叶片一边有轴把叶片装在转子支架上，可以旋转，在支架上有挡杆限止叶片的转动角度。
在转子支架上安装六个可转动的叶片。
当风吹向风叶转子时，在上侧的叶片顺风摆动，对风不产生阻力；在下侧的叶片在风力作用下，转向挡杆限定的位置，并继续受到风力的作用，于是风叶转子就旋转起来。
叶片转子的轴垂直于地面安装，由于风叶转子结构的对称性，各个方向的风力均可推动它旋转。
平板摆转式风力机由于叶片的摆转增加了机械磨损；对挡杆的冲击产生噪声，也易造成叶片与挡杆的损坏。
如果把叶片的轴设在叶片中部一侧的位置，可减缓叶片的摆速以减小对挡杆的冲击。
还有把叶片轴水平安装的（叶片轴与风机轴垂直呈辐射状），这里就不再介绍了。
平板摆转式风力机在较低风速时也能旋转，能较好的利用风的阻力，在叶尖速比λ值为0.2至0.6时出力最大，增速箱与发电机可安装在地面，方便安装维护，但机械磨损与噪声是最大的缺点。
垂直轴风力发电机
萨渥纽斯型
总结词
萨渥纽斯型垂直轴风力发电机是一种高效的风力发电机，其 设计独特，能够捕获更多的风能，适合在高风速环境下运行 。
详细描述
萨渥纽斯型垂直轴风力发电机采用类似于空气动力学翼型的 结构，能够有效地将风能转化为机械能。这种类型的发电机 通常适用于风速较高的地区，因为它能够以更高的转速产生 更多的电力。
水平轴风力发电机
设计相对复杂，需要较高的塔架支撑 ，但发电效率较高。
性能与效率比较
垂直轴风力发电机
在低风速下具有较高的发电效率，适 用于风力资源较为分散的地区。
水平轴风力发电机
在高风速下发电效率更高，适用于风 力资源丰富的地区。
THANKS
谢谢您的观看
总结词
霍尔茨曼型垂直轴风力发电机是一种具有独特设计风格的风力发电机，其外观美观，适合作为景观装 置使用。
详细描述
霍尔茨曼型垂直轴风力发电机采用类似于艺术装置的结构设计，外观美观，能够与周围环境相融合。 这种类型的发电机通常适用于城市、公园等需要景观装置的场所，不仅能够提供电力，还能够美化环 境。
03
许多国家和地区出台政策 支持可再生能源的发展， 为垂直轴风力发化
未来垂直轴风力发电机将更加智 能化和自动化，提高发电效率和
可靠性。
海上风电
随着海上风电技术的成熟，垂直轴 风力发电机在海上风电领域的应用 将逐渐增多。
融合多种能源
垂直轴风力发电机将与其他可再生 能源技术相结合，形成多能互补的 能源系统，提高能源利用效率和稳 定性。
02
发电机产生的电能通过电缆传输 到电网或直接供给用户使用。
历史与发展
起源
垂直轴风力发电机的研究始于20 世纪初，但直到近年来才得到广
垂直轴风力发电原理介绍38页PPT
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
风力发电基础第四章
28
– 涡方法
• Wilson提出的Vortex Sheet模型
29
• Strickland等人提出的V-DART模型
30
• D.vandenberghe和E.Dick于1987年提出另一种自由 涡模型
• 2001年，阿根廷的Ponta和Jacovkis提出了FEVDTM 模型
– 垂直轴风电机组的缺点
• 风能利用率低 • 起动风速高 • 机组品种少，产品质量差 • 增速结构复杂
14
4.2垂直轴风力发电机原理分析
• 垂直轴风力机的工作原理
– 阻力型风力机的工作原理
• 风产生的驱动力F
15
– 升力型风力机的工作原理
16
• Darrieus Φ型风轮典型结构
17
• 上、下叶片连接及部分轴承装配
FloWind 17 m
241
7 524
26.1
商用
FloWind 19 m
315
10 962
34.8
商用
Magdalen 24 m
478
14 961
31.3
研究
Indal 6400
495
17 770
35.9
商用
Sandia 34 m
955
72 198
75.6
商用
Eole
4000
300 000
75
样机
34
– 高径比
• 风轮高度与直径的比值 • 小高径比的低速力矩较高，整个驱动部分的成本大
幅提高，同时叶片重力产生的应力也会增加 • 大高径比对风轮强度、材料与支撑固定系统的要求
4.2垂直轴风力发电机原理
风力发电原理
34
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主编及制作：刘赟第四章ຫໍສະໝຸດ 垂直轴风力发电机组风力发电原理
35
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主编及制作：刘赟
第四章 垂直轴风力发电机组
风力发电原理
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主编及制作：刘赟
第四章 垂直轴风力发电机组
风力发电原理
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主编及制作：刘赟
风力发电原理
1
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主编及制作：刘赟
第四章 垂直轴风力发电机组
4.2 升力型垂直轴风力机 主要指法国的科学家达里厄发明的达里厄式风轮。风轮 由固定的数枚叶片组成，绕垂直轴旋转。
达里厄风力发电机组可分为直叶片和弯叶片两种，叶片
的翼形剖面多为对称翼形，其中以H型和Φ型风力机组最为
典型。
风力发电原理
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主编及制作：刘赟
达里厄风力机的自启动
叶片摆动
风力发电原理
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主编及制作：刘赟
第四章 垂直轴风力发电机组
达里厄风力机的自启动
叶片摆动
风力发电原理
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主编及制作：刘赟
第四章 垂直轴风力发电机组
升力型垂直轴风力机的调速
风力发电原理
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主编及制作：刘赟
第四章 垂直轴风力发电机组
垂直轴风力发电机组同水平轴机组一样，也主要由风力机、 齿轮箱、发电机等组成。
第四章 垂直轴风力发电机组
达里厄风力机的自启动
叶片摆动
风力发电原理
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主编及制作：刘赟
第四章 垂直轴风力发电机组
风力发电原理
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主编及制作：刘赟
第四章 垂直轴风力发电机组
第6章垂直轴风力发电机组
1.阻力型风力机
杯式风速计是最简单的阻力型垂直轴风力机。L afond风力机是受到离心式风扇和水利机械中的 涡轮启发设计而成的一种阻力推进型的垂直轴 风力机，它是由法国工程师Lafond发明的。
2.升力型风力机
图6-2 升力型垂直轴风力机
6.1.3 垂直轴风力机的主要特点
1.基本结构特征 2.优点 3.缺点
6.2.1 阻力型垂直轴风力机
图6-4 S型风力机外形
6.2.1 阻力型垂直轴风力机
0605.TIF
6.2.2 升力型垂直轴风力机
1.工作原理 2.基于叶素理论的功率特性
1.工作原理
图6-6 升力型风力机工作原理
2.基于叶素理论的功率特性
图6-7 气动力分析图Fra bibliotek6.3 水平轴与垂直轴风力机的对比
1.基本结构特征
图6-3 垂直轴风力发电机组
2.优点
1)寿命长，易维护安装。 2)利于环保。 3)无需偏航对风。 4)叶片制造工艺简单。 5)运行条件宽松。
1)风能利用率。 2)起动风速。 3)增速结构。
3.缺点
6.2 垂直轴风力机基本原理
6.2.1 阻力型垂直轴风力机 6.2.2 升力型垂直轴风力机
第6章 垂直轴风力发电机组
6.1 垂直轴风力发电机组及其发展概况 6.2 垂直轴风力机基本原理 6.3 水平轴与垂直轴风力机的对比
6.1 垂直轴风力发电机组及其发展概况
6.1.1 6.1.2 6.1.3
垂直轴风力发电机组的发展概况 垂直轴风力机的类型 垂直轴风力机的主要特点
6.1 垂直轴风力发电机组及其发展概况
图6-1 垂直轴风力机
3力机技术讲座(二)粗力型垂直轴风力机
‰＝音ＣＤ－ｏ．１４８ＣＤ
（１１）
由此可见．与升力型风力机的最大风能利用系数 ５９．３％相比，单纯的阻力型风力机在理论上的最大风能利 用系数不超过１５％。然而，应该指出的是，一般的阻力型风 力机在实际工作的时候也会产生一些升力，所以其最大风 能系数有时也可以超过１５％。 ２典型的阻力型垂直轴风力机
人类最早使用的风力机就是阻力型垂直轴风力机。目 前．阻力型垂直轴风力机的种类主要有萨渥纽斯型、涡轮 型、风杯型、平板型和马达拉斯型等。其中。萨渥纽斯型和 涡轮型是阻力型垂直轴风力机的典型代表。根据这些基本 型的工作原理和形状．可以派生出许多形状不同、功能各 异的阻力型垂直轴风力机。目前，国外的一些风力发电设 备公司推出了多种阻力型垂直轴风力发电系统。
第２７卷第２期 ２００９年４月
可再生能源
Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ
Ｖ０１．２７ Ｎｏ．２ Ａｐｔ．２００９
ｌ 阻力型风力机工作原理 １．１升力与阻力
如图１所示．在流体中的物体所受到的力Ｆ可以分解
续表１
为一个垂直于来流的升力分量Ｌ和一个平行于来流的阻 力分量Ｄ。不同形状，不同大小物体的升力与阻力是不同
图８三段型萨湿纽斯风力机
多段型萨渥纽斯风力机段数的增加会提高成本．增大 摩擦和连接损失．致使多段型萨渥纽斯风力机的最大风能 利用系数低于基本型。因此．在实际应用中采用两段型结 构较多（２段风轮的夹角为９００）。另外，如果继续增加段教， 相邻风轮之间的夹角运渐减小．最终风轮会变成２个螺旋 型叶片，图３（ｂ）所示的风力机就是这种类型。该种风力机 具有良好的起动性和平稳的输出特性。除此之外．还可以 通过增加叶片个数．改变叶片形状和相对位置．安装辅助 装置等对萨渥纽斯风力机进行结构变形来改善其性能．以 达到设计目标。
垂直轴风力发电机
垂直轴风力发电机在风向改变的时候无需对风，在这点上相对于水平轴风力发电机是一大优势，它不仅使结构设计简化，而且也减少了风轮对风时的陀螺力。
垂直轴风力发电机（vertical axis wind turbine VAWT）从分类来说，主要分为阻力型和升力型。
阻力型垂直轴风力发电机主要是利用空气流过叶片产生的阻力作为驱动力的，而升力型则是利用空气流过叶片产生的升力作为驱动力的。
由于叶片在旋转过程中，随着转速的增加阻力急剧减小，而升力反而会增大，所以升力型的垂直轴风力发电机的效率要比阻力型的高很多。
1.阻力型风力发电机的工作原理阻力型垂直轴风力发电机风轮的转轴周围，有一对或者若干个凹凸曲面的叶片，当它们处于不同方位时，相对于它的来风方向所受的推力F是不同的。
风力作用于上述物体上的空气动力差别也很大。
作用力F可表示为：F=1/2?ρ?S·V??C其中ρ——空气密度，一般取1.25（kg/m?）S——风轮迎风面积V——来流风速C——空气动力系数以半球为例，当风吹到半球凹面一侧，c值为1.33，当风吹到半球凸面一侧时，c值为0.34。
对于柱面，当风吹向凹面和凸面时，系数c分别为2.3和1.2。
由于组成风轮的叶片不对称性和空气阻力的差异，风对风轮的作用就形成了绕转轴的驱动力偶，整个风轮随即转动。
2.升力型垂直轴风力发电机原理在下面图中列举了从0度到315度八个位置的叶片，风从左边进入，浅蓝色的矢量v是风速、绿色的矢量u是叶片圆周运动的线速度反向（即无风时叶片感受到的气流速度）、蓝色的矢量w是叶片感受到的合成气流速度（即相对风速）、紫色的矢量L是叶片受到的升力。
我们分析一下叶片在这八个角度的受力情况，在90度与270度的位置，相对风速不产生升力，在其它六个位置上叶片受到的升力均能在运动方向产生转矩力，这也是达里厄风力机能在风力下旋转的道理。
实际上情况要复杂得多，前面分析图是理想状态，是在理想的叶尖速比与没有叶片的阻力时的状态。
垂直轴风力机技术讲座_一_垂直轴风力机及其发展概况
垂直轴风力机技术讲座_一_垂直轴风力机及其发展概况尊敬的各位听众，大家好！今天我将向大家介绍垂直轴风力机及其发展概况。
垂直轴风力机，简称VAWT（Vertical Axis Wind Turbine），是一种将风能转化为机械能或电能的设备。
与传统的水平轴风力机不同，垂直轴风力机的主轴垂直于地面，叶轮沿垂直方向旋转。
垂直轴风力机由叶轮、主轴、发电机和塔架等部件组成。
首先，垂直轴风力机的叶片在风向和风速变化时的性能更稳定。
由于叶片自身负载均匀，无论风向如何变化，其始终能够稳定地保持高效发电。
其次，垂直轴风力机具有较高的风能利用率。
传统的水平轴风力机需要依靠风向变化来调整叶片角度，而垂直轴风力机不受风向限制，其整体结构可以更好地捕捉风能。
再次，垂直轴风力机在运行时产生的噪音较低。
由于配置了垂直叶轮，风通过叶轮时的噪音相对较小，对人类和周围环境的影响较小。
最后，垂直轴风力机由于不受风向和风速限制，所以可以在复杂地形上进行安装。
相比之下，水平轴风力机需要被放置在开阔的地带，而垂直轴风力机可以在城市建筑物等狭小空间内部署。
最早的垂直轴风力机出现在公元前200年的古希腊，由亚历山大港的希罗制造。
希罗的垂直轴风力机被称为"风车"，被用来为城市供水。
在20世纪50年代和60年代，垂直轴风力机开始进入大规模商业化阶段。
在此期间，Himmelfarb、Stan Ovshinsky等人发明了新型的垂直轴风力机，并将其用于农村、工业和通信领域。
进入21世纪，垂直轴风力机技术得到了进一步的发展和改进。
新型的材料、设计和制造工艺使得垂直轴风力机的效率和可靠性大大提高。
同时，垂直轴风力机在城市环境中的应用也逐渐增多，被用于绿色建筑、城市综合能源系统等项目中。
值得注意的是，虽然垂直轴风力机具有一些独特的优点，但与大型水平轴风力机相比，其发电量相对较低。
由于叶轮悬挂在机械结构上，因此容易受到自身负载的限制。
总结起来，垂直轴风力机是一种具有许多优点的风能利用设备。
3力机技术讲座(三)升力型垂直轴风力机
第２７卷第３期２００９年６月可再生能源ＲｅｎｅｗａｂｌｅＥｎｅｒｇｙＲｅｓｏｕｒｃｅｓＶ０１．２７Ｎｏ．３Ｊｕｎ．２００９ｌ升力型垂直轴风力机概述近３０年来．螺旋桨式水平轴风力机发展迅速．已成为大型商业风力发电的主流。
与此同时，以这里厄风力机为代表的升力型垂直轴风力机也受到一些风电发达国家的关注。
虽然垂直轴风力机没有像水平轴风力机那样快速发展，但也取得了一定的进展。
近年来，越来越多的风电厂商将达里厄风力机和直线翼垂直轴风力机应用到离网型中小容量风电领域．研制出了多种既有较高效率又有独特外形的新型升力型垂直轴风力机，获得了一定的市场份额。
本讲以典型的这里厄风力机和直线翼垂直轴风力机为例．介绍升力型垂直轴风力机的基本特征和结构特点。
下一讲将介绍它们的空气动力特性及分析理论。
２典型的升力型垂直轴风力机２．１达里厄风力机典型的达里厄风力机的基本组成：风轮（包括叶片、中央支柱及连接部件等）、制动装置、发电装置、控制系统和支架、拉索和基础等辅助装置（图１）。
各组成部分的成本占整个风力机成本的比例如表１所示。
目前，大多数的迭里厄风力机的客量为几百千瓦级．单位容量成本已经降到图１达里厄风力机示意图表ｌ达里厄风力机各组成部分成本比例风力机组成部分成本比例／％叶片１５叶片支撑部件（中央支柱、轴承、拉索、连接件等）２５发电装置２０控制系统２０基础及辅助装置２０低于１０００美元／ｋＷ。
这主要得益于叶片气动性能的改善和加工技术的提高。
使叶片的成本大为降低。
达里厄风力机的叶片一般为２￣３枚．叶片断面采用空气动力特性良好的翼型．多为ＮＡＣＡ系列和ＳＡＮＤ系列等。
经过多年的研究和实践，叶片的形状大致采用以下几种曲线：Ｔｒｏｐｏｓｋｉｅｎ曲线、抛物线、悬链曲线和圣地亚型曲线等。
其中．Ｔｒｏｐｏｓｋｉｅｎ曲线又分为忽略重力的理想Ｔｒｏ—ｐｏｓｂｅｎ曲线（Ｇ＝Ｏ）和考虑重力的修正Ｔｒｏｐｏｓｋｉｅｎ曲线（Ｇ≠Ｏ）。
对于容量相对较小的这里厄风力机，与叶片产生的离心力相比其叶片的重力可以忽略。
垂直轴风力发电机
风电行业
新兴市场的风电发展迅速，在国家政策支持和能源供应紧张的背景下，中国的风电特别是风电设备制造业也 迅速崛起，已经成为全球风电最为活跃的场所。2006年全球风电资金中9%投向了中国，总额达16.2亿欧元（约 162.7亿元人民币）。2007年，中国风电装机容量已排名世界第五。截止到2010年，中国风电装机容量已达MW， 跃居世界首位。
达里厄式风轮是法国G.J.M达里厄于19世纪30年代发明的。在20世纪70年代，加拿大国家科学研究院对此进 行了大量的研究，是水平轴风力发电机的主要竞争者。达里厄式风轮是一种升力装置，弯曲叶片的剖面是翼型， 它的启动力矩低，但尖速比可以很高，对于给定的风轮重量和成本，有较高的功率输出。世界上有多种达里厄式 风力发电机，如Φ型，Δ型，Y型和H型等。这些风轮可以设计成单叶片，双叶片，三叶片或者多叶片。
中国巨大的风电市场以及廉价的劳动力成本，吸引了大量国外风电巨头纷纷在中国设厂，或采取与国内企业 合资的方式，生产的产品都被贴上了中国制造的标签。中国制造的风电设备产品占据越来越大的市场份额，风机 产品正在经历一个由全球制造向中国制造的转变。
现状
2002年，中国率先开始了新型垂直轴风力发电机的研究，由部队通讯部牵头，上海某公司为研发主体，西安 军电、西安交大、同济大学、复旦大学等高校的多位专家配合，在短短的一年时间里就生产出了首台新型垂直轴 风力发电机。并在不到5年的时间里将功率扩展至200W～100KW，处于世界领先地位。世界上其他国家也都进行了 新型垂直轴风力发电机的研制，日本在2002年初开始研究，2003年初产品投放市场，功率在0.5～30KW之间。美 国、英国、德国、奥地利、韩国等国家也都在2006年已生产出样机，准备投入规模化生产，功率都在10KW以 内。
风力发电技术讲义PPT课件
03
风力发电机组与设备
风力发电机组的主要类型与特点
水平轴风力发电机组
利用水平轴将风能转化为机械旋 转动力，根据风向调节转子叶片 角度，具有较高的风能利用率。
垂直轴风力发电机组
利用垂直轴将风能转化为机械 旋转动力，无需调节转子叶片 角度，适用于低风速地区。
大型风力发电机组
适用于风能资源丰富的地区， 具有高发电量、低成本等优点 ，但建设和安装周期较长。
预防性检修
根据机组运行状态和历史数据，预测 潜在的故障，提前进行检修，避免故 障发生。
风力发电场的运营模式与产业链
01
02
03
运营模式
介绍风力发电场的运营模 式，包括独立运营、合作 运营、租赁运营等。
产业链
分析风力发电产业链的各 个环节，包括设备制造、 风电场建设、运营维护、 电力输送等。
商业模式
风力发电技术的未来发展趋势
技术创新
未来风力发电技术的发展将继续依赖于技术创新，包括新材料、新工艺、智能控制等方面的研究与应 用。这些技术将进一步提高风能利用率和发电效率。
海上风电
海上风电是未来风能发展的重要方向。随着海上风电技术的成熟和成本的降低，海上风电将成为全球 能源供应的重要来源之一。同时，海上风电的建设也将促进海洋工程、船舶制造等相关产业的发展。
风力发电与其他可再生能源的协同发 展有助于提高可再生能源的总体占比， 加速能源结构的转型和优化。
感谢您的观看
THANKS
包括维护、管理、保险等方面 的费用。
投资回报期
评估风电场的投资回报期，判 断投资是否具有经济可行性。
05
风力发电的运行与维护
风力发电机组的运行管理
风力发电机组的启动与关闭
风力发电机PPT课件
励磁调节器
蓄电池组
2024/1/12
图3-18硅整流自励式交流同步发电机电路原理图
第30页/共119页
（4）电容自励式异步发电机
电容自励式异步发电机是在异步发电机定子绕组的输出端接上电
容，以产生超前于电压的容性电流建立磁场，从而建立电压。其电路
示意图如下图所示。
A B
2024/1/12
第34页/共119页
2024/1/12
第35页/共119页
2024/1/12
双馈异步发电机工作原理：
异步发电机中定、转子电流产生的旋转磁场始终是相对静止的，当
发电机转速变化而频率不变时，发电机转子的转速和定、转子电流的频
率关系可表示为：
f1
p n 60
f2
式中
f1——定子电流的频率（Hz），f1=pn1/60，n1 为同步转速；
风力等级与风速的关系： N 0.1 0.824N 1.505
式中 VN——N级风的平均风速(m/s)； N——风的级数。
2024/1/12
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4、风能
（1） 风能密度，空气在一秒钟内以速度ν流过单位面积产生的动
能。
E 0.5 3
表达式为：
（2） 风能，空气在一秒钟时间内以速度ν流过面积为S截面的动能。
SSW S
SSE
2024/1/12
第9页/共119页
2、风速
由于风时有时无、时大时小，每一瞬时的速度都不相同，所以 风速是指一段时间内的平均值，即平均风速。
3、风力
风力等级是根据风对地面或海面物体影响而引起的各种现象， 按风力的强度等级来估计风力的大小。国际上采用的为蒲福风级， 从静风到飓风共分为13个等级。
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在CT1 = 3CT2的特殊情形下：
uopt
8 52/6
6
当CT2 = 0时
uopt / 3
学习交流PPT
13
• 阻力差型风力机的还有S型风轮，它是由芬兰工程 师西吉尔特·萨冯尼斯（Sigurt Savonius）于1924年 发明的。
a）
b）
图3-20 S型风轮
图3-21 S型风轮叶型的几何特性
学习交流PPT
18
我们取315度时的情况分析一下有阻力的情况，图 中黑色的矢量D为叶片受到的阻力，棕色的矢量F 是升力L与阻力D的合成力，该力在叶片前进方向 的分力M才是实际的转矩力，显然此时的转矩力明 显小于理想状况。
而且在180度 与270度附近 的角度内， 升力与阻力 的合成力产 生的是反向 转矩力
4 27
CT
若平板叶片的阻力系数CT =1.3，则它可能达 到的最大功率系数CP,max=5.2/27，与一般水平 轴风力机叶片的功率系数相比，明显偏低 。
学习交流PPT
7
阻力型风力机叶片阻力 实际上是不断变化的， 它并不总处于最佳值。 旋转中叶片平面相对于 风速有个与旋转角度有 关的投影面，角度为 0º～90º时，投影面积由 0增加到叶片面积F，做 功阻力也由0增为最大； 其后，做功阻力下降， 至180º时阻力降为0；
风轮的扫掠面积S
Sh(2de)hD
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• S型风轮主要由中心轴线相互错开的两个半圆 柱形叶片组成（见图3-20）。顺风而动的凹面叶 片与凸面迎风的叶片间形成做功气流的通道，在 两叶片的引导下，气流发生转折，转折气流对凸 面迎风的叶片产生了与风向相反对作用力，从而 减少了该逆风叶片消耗的功。
图3-16 屏障式平板叶片风力机
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2.阻力差型风力机
• 若垂直轴风力机的叶片在顺风与逆风方向时形状 不同，则气流在两方向上作用于叶片的阻力就有 悬殊差别，因而能使风轮顺利转动。由于这种阻 力差型风力机本身是中心对称的，因而无需调向 装置，结构也非常简单。
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• 最简单的阻力差型风力机就是风杯式风速表
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图3-24 360º范围内达里厄风轮单个 叶片力矩系数的变化
图3-25 转动360º内三叶片达里厄 风轮力矩系数的变化
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垂直轴式风力机
垂直轴风力机特点：
①无对风装置
②能量传递转换装置在地面
③便于维护保养，降低了制造和运行费用
④受边界层影响，地面风速较低，输入风能大打 折扣
⑤每叶片运行中力的大小不断发生周期性变化
⑥升力型垂直轴风力机不易启动
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• 垂直轴风力机可分为阻力型和升力型两类。
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• 典型升力型垂直轴 风力机，法国航空 工程师达里厄 （Darrieus）在 1931年发明了升 力型垂直轴风力机， 后人习惯把升力型 垂直轴风力机统称 为达里厄风力机 （D式风力机）。
平板所受阻力为
T2CTF(1)2
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• 平板获得的相应功率P为 P2CTF(1 )2
功率系数CP为
CPP P0 2CTF2(113F)2CT(11)21
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• dCP /d（υ' / υ1）=0时，CP取得极大值。此时υ' / υ1=1/3，并且最大的CP值为
CP,max
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1. 阻力型风力机
• υ1 —来流风速 • T —阻力 • F —阻力平板面积 • υ‘ —阻力平板运动速度 • CT —阻力系数
平板吸收功率为
图3-14 平板叶片的受力状况
P = T υ'
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当υ' = 0，气流对平板不做功；υ' = υ1，平板
的运行速度与风速相同，平板对气流没有阻 力，风依然没有做功。所以，在υ' / υ1= 0～1 之间，必定有一确定的υ'，使平板获得功率 最大。
图3-15 CT =1.2阻力型叶片CP值与变速比的关系
180º～360º时，旋转中 的平板则要克服风的压 力做负功了。
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• 为了减小叶片在 逆风时所受的压 力，可在逆风叶 片前设置可动屏 障。屏障依靠尾 舵始终保持封堵 逆风叶片进风的 位置（见图316）。尾舵可绕 风力机轴旋转， 调向是自动进行 的。这类风力机 在叶尖速比λ值为 0.2～0.6时，产生 最大出力。
• 设叶片中心在风速中运动的线速度为u
• 则顺风驱动阻力为：
T1 12CT1F(u)2
逆风驱动阻力为：
T2 12CT2F(u)2
CT1、CT2分别为杯形叶片顺风凹面、逆风凸面的阻
力系数。半球形风杯CT1可达1.33，而其CT2的值仅
为0.34；当杯体为半圆柱形时，CT1、CT2的值分别
为2.3和1.2。
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3.升力型垂直轴风力机学习交流PPT Nhomakorabea16
达里厄风轮叶片翼型的气流速度与动力特性
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• 对叶片翼型处于不同位置时其速度三角形的分析 表明：在360º圆周的绝大部分区域，叶片所受的 空气动力都将产生一个驱动转矩；只有分别在90º 和270º附近时叶素翼型的对称面与风向平行或接 近平行，气流相对速度很小，而阻力与升力的比 值大，此时转矩接近于零，甚至成为刹车转矩。
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• 假定CT1、CT2为常数，得功率P
P1 2F [C T1(u)2C T2(u)2]u
功率系数CP
CP
2F[CT1(u)2 CT2(u)2]u 3F
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• 由dCP/du = 0得最大功率系数对应的切向速度为
u o p t 2 (C T 1 C T 2)4 3 ( (C C T T 1 1 C C T T 2 2 ) )2 3 (C T 1 C T 2)2
两半圆形叶型的偏心距e（见图3-21）决定了该夹
道内空气流通截面的大小。e值过大，气流短路，不
能全部流过做负功叶片的凹面，降低了其抵消部分负
功的能力；e值太小，因边界层效应，气流受到阻滞，
也将使风轮的功率系数减小。圆形叶型的直径d影响
着流经叶片空气的流线形状，若d太小，气流的急速
转折将造成旋涡、脱离，引起有效功的损失。