4.1垂直轴风力发电机分类及原理解析

第四章
垂直轴风力发电机组
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， 在阻力型风力机中 效率算高的，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。机械磨 损与噪声是平板摆 转式风力机的缺点 ，但随着材料与结 构的改进，可在中 小型风力机中得到 应用。
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屏障平板式风力机对风的利用效率不高，在叶尖速比为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。
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平板摆转式风力机
如图是平板摆转式风力机的叶片，在叶片一边有轴，把6个叶片装在风轮 支架上，叶片可绕叶片轴旋转，在风轮支架上有挡杆限止叶片的转动角度。风 轮支架中心是风轮轴。
某风力机的性能曲线
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一、分类
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§4.1垂直轴风力机的类型
阻力型
按照空气动力学 工作原理分为
升力型 1、阻力型垂直轴风力机 阻力型风力机是由于风力机的叶片在迎风方向形状 不对称，引起空气阻力不同，从而产生一个绕中心轴的 力矩，使风轮转动。杯式风速计是最简单的阻力型垂直 轴风力机。
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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。
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风杯式风力机
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S型的Savonius风力机 S型风力机是阻力型风力机中的经典型式，当风吹向 叶轮时，由于叶片迎风面形状不同，有F1> F2，产生力矩M， 驱动风轮做逆时针方向旋转(俯视情况下)。
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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 轮就旋转起来。
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S 型 风 力 机 外 形
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阻力型风力机的风能利用系数 较低，故很少用于发电。转速决定 了输出功率的大小，风轮只有在最 佳转速下才能获得最佳风力机输出 功率，如图所示，给出了某阻力型 风轮的功率输出与叶尖速比的关系 曲线。图中可以看出，叶尖速比为 0.4时，输出功率最大；叶尖速比 0.3~0.4为高效运行区域。
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风杯式风力机
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利用叶片在顺风和逆风时受风面形状不同而产生不 同的阻力系数，来驱动风轮旋转的风力机。
1 T1 SVC 2
逆风阻力：其中ρ——空气密度 S——风轮迎风面积 V——来流风速 C——空气动力系数
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；而另一侧接受风的推力，叶片转子就会旋转。
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屏障平板式风力机
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屏障平板式风力机
当风向变化时，为了保证屏障总在转子逆风一面，屏障必须是可绕轴旋转 的。在屏障后侧装上尾舵。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。
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屏障平板式风力机
如图是屏障平板式风力机的叶片转子（风轮），在转轴上分布着六个平 板叶片，风轮转轴与地面垂直。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
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屏障平板式风力机