垂直轴式风力机课件

学习交流PPT
11
• 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
2
学习交流PPT
12
• 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
学习交流PPT
19
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
学习交流PPT
20
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。
学习交流PPT
8
• 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。
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
风轮的扫掠面积S
Sh(2de)hD
学习交流PPT
14
• 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。
平板所受阻力为
T2CTF(1)2
学习交流PPT
5
• 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
学习交流PPT
6
• 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
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；
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。
• 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
wenku.baidu.com
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。
学习交流PPT
15
3.升力型垂直轴风力机
学习交流PPT
16
达里厄风轮叶片翼型的气流速度与动力特性
学习交流PPT
17
• 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。
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
3
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'
学习交流PPT
4
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。
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
学习交流PPT
1
• 垂直轴风力机可分为阻力型和升力型两类。
学习交流PPT
2
• 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）。
图3-16 屏障式平板叶片风力机
学习交流PPT
9
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。
学习交流PPT
10
• 最简单的阻力差型风力机就是风杯式风速表