4.1垂直轴风力发电机分类及原理解析
垂直轴发电机原理
垂直轴发电机原理
垂直轴发电机是一种将风能转化为电能的装置，其原理是利用风的动力来旋转发电机转子，从而产生电能。
相较于传统的水平轴风力发电机，垂直轴发电机具有许多独特的优势，如更少的维护需求、更高的效率和更好的稳定性。
首先，让我们深入了解垂直轴发电机的原理。
当风吹向垂直轴发电机的叶片时，风力将叶片推转，使得转子旋转。
这种旋转运动进一步驱动发电机中的磁场和线圈，从而产生电流。
与水平轴发电机不同，垂直轴发电机无需调整角度以捕捉最佳风能，因为它们在任何风向条件下都能够工作。
垂直轴发电机的独特之处在于其高效性和稳定性。
由于垂直轴发电机在风向变化时能够快速响应，因此它们能够更好地捕获风能，从而提高发电效率。
此外，垂直轴发电机具有自我保护机制，可以在风速过高时自动停机，以避免过度磨损和潜在的机械故障。
垂直轴发电机的应用场景广泛。
由于其高效性和稳定性，它们在风能丰富的地区如山区和海岛等地被广泛应用。
此外，垂直轴发电机还具有体积小、结构紧凑的优点，因此它们适用于各种规模的项目，从家庭供电到大型风电场都可以应用垂直轴发电机。
总的来说，垂直轴发电机是一种高效、稳定且可靠的发电方式，能够有效地将风能转化为电能。
随着技术的不断发展和完善，相信垂直轴发电机在未来会发挥越来越重要的作用，为人类提供更清洁、可持续的能源解决方案。
垂直轴风力发电机
垂直轴风力发电机垂直轴风力发电机是一种利用风能产生电能的装置。
相比于传统的水平轴风力发电机，它在结构上有所不同，能够应对风速变化较大的情况。
本文将从垂直轴风力发电机的原理、特点及应用领域等方面进行探讨。
垂直轴风力发电机利用风能产生动力，并将其转化为电能。
它的主要组成部分包括风轮、轴承、发电机和塔架。
当风吹过风轮时，风轮受到风力的作用而旋转，通过传动装置将其转动的动力传递给发电机。
发电机将机械能转化为电能，并通过输电线路将其传输出去。
垂直轴风力发电机具有一些独特的特点。
首先，它的风轮安装在垂直的轴线上，可以接收来自任何方向的风。
这使得垂直轴风力发电机在面对风向变化较大的地区时具有一定的优势。
其次，垂直轴风力发电机的结构相对简单，不需要跟踪风向，维护成本较低。
此外，垂直轴风力发电机的噪音和振动较低，对环境的影响较小。
垂直轴风力发电机的应用领域非常广泛。
首先，它可以被用于城市居民区、工业区和农村地区等各种地方。
由于垂直轴风力发电机的噪音和振动较低，可以减少对居民生活的干扰。
其次，垂直轴风力发电机可以用于海上风电场的建设。
相比于水平轴风力发电机，垂直轴风力发电机在海上的稳定性更强，能够应对较大的海浪和风力。
此外，垂直轴风力发电机还可以用于偏远地区的电力供应，解决电力短缺问题。
尽管垂直轴风力发电机在特定的应用场景中表现出色，但它也存在一些挑战需要克服。
首先，相比于水平轴风力发电机，垂直轴风力发电机的效率较低。
由于受到来自各个方向的风力，风能的利用效率相对较低。
其次，垂直轴风力发电机的装置相对较大，需要占用较大的空间。
这限制了它在城市区域的应用，需要更多的土地资源。
为了克服这些挑战，研究者们正在不断改进垂直轴风力发电机的技术。
他们致力于提高垂直轴风力发电机的风能利用效率，减小其装置的体积。
一些创新的设计和材料正在被应用于垂直轴风力发电机中，以提高其性能和可靠性。
总结起来，垂直轴风力发电机作为一种利用风能产生电能的装置，在特定的应用场景中具有一定的优势。
垂直轴风力发电机
垂直轴风力发电机1. 简介垂直轴风力发电机是一种利用风能转化为电能的装置。
相比于传统的水平轴风力发电机，垂直轴风力发电机具有更高的稳定性和适应性，因此在一些特定的环境中更为适用。
本文将介绍垂直轴风力发电机的工作原理、结构特点以及其在可再生能源领域的应用。
2. 工作原理垂直轴风力发电机的工作原理基于风能与叶片之间的相互作用。
当风经过发电机的叶片时，叶片会受到风力的作用而转动。
叶片的转动通过轴传递给发电机，发电机则将机械能转化为电能。
垂直轴风力发电机与水平轴风力发电机不同的是，其叶片布置在一个垂直的轴上。
相比于水平轴风力发电机，垂直轴风力发电机具有以下几个优势： - 不受风向限制：垂直轴风力发电机可以利用从任意方向吹来的风，而不需要朝向风向。
- 高稳定性：由于叶片布置在垂直轴上，垂直轴风力发电机在转动时不受风力方向的影响，稳定性更高。
- 适应性强：垂直轴风力发电机对风速和风向的变化能力更强，适应性更好。
3. 结构特点垂直轴风力发电机的结构特点如下：3.1 叶片设计垂直轴风力发电机的叶片由多个独立的薄片组成，这样可以提高风力的吸收效率。
叶片通常呈弯曲形状，以增加风力对叶片的作用面积。
同时，叶片的材料选择也非常重要，常见的材料包括纤维复合材料、铝合金等。
3.2 主轴和轴承系统主轴是垂直轴风力发电机的关键组成部分，承载着转动的叶片和发电机部件。
主轴一般采用高强度的金属材料，以确保结构的强度和稳定性。
轴承系统负责支撑和减少主轴的摩擦，常见的轴承类型包括滚动轴承和滑动轴承。
3.3 发电机部件垂直轴风力发电机的发电机部件主要由发电机和控制系统组成。
发电机将转动的机械能转化为电能，通常采用的是三相异步发电机。
控制系统负责监测和调节发电机运行状态，包括风速、电压等参数的监测和调节。
4. 应用领域垂直轴风力发电机在可再生能源领域有广泛的应用，以下是几个常见的应用领域：4.1 农村和偏远地区垂直轴风力发电机适应性强，可以利用不稳定的风力资源。
垂直风力机原理
垂直风力机原理
垂直轴风力发电机的工作原理是利用风能来使风轮旋转，从而带动发电机转动，最终将风能转化为电能。
当风吹过风轮时，风能的作用力使风轮旋转，旋转的动力通过传动系统传递到发电机中，从而带动发电机转动。
发电机将机械能转化为电能，通过电缆输送到电网中，为人们提供清洁、可再生的电力能源。
垂直轴风力发电机主要由倾斜轴、碟片叶片、偏心轴机构、齿轮传动、直流交流发电机组成。
风筒，倾斜轴，是发电机的主要组件，用于将风送入发电机腔内，它的位置偏转起重要作用，是决定发电机的转动情况的重要因素。
碟片叶片由多个平行面构成，设置在倾斜轴的两端，它负责吸收风力，使风能转为机械能。
偏心轴用于连接碟片叶片和齿轮，它实现风力传动到传动机构，从而不断推动齿轮转动，转动减速器，最后提供驱动力给直流两相异步式发电机，实现电能的输出。
垂直轴风力发电机有多种类型，其中利用平板和杯子做成的风轮属于纯阻力装置；S型风车具有部分升力，但主要还是阻力装置。
这些装置有较大的启动力矩，但尖速比低，在风轮尺寸、重量和成本一定的情况下，提供的功率输出低。
以上内容仅供参考，可以阅读垂直轴风力发电机的构造和原理以获取更多专业信息。
风力发电机分类及特点分析
齿轮箱
DFIG
电网
转子侧 变换器
网侧 变换器
双馈式变速恒频风力发电系统结构框图
电气工程与自动化学院
第三章 风力发电
3）运动部件少，由磨损等引起的 故障率很低，可靠性高。
4）采用全功率逆变器联网，并网、 解列方便。
5）采用全功率逆变器输出功率完 全可控，如果是永磁发电机则 可独立于电网运行。
缺点是： 由于直驱型风力发电机组 没有齿轮箱，低速风轮直接 与发电机相连接，各种有害 冲击载荷也全部由发电机系 统承受，对发电机要求很高。 同时，为了提高发电效率， 发电机的极数非常大，通常 在100极左右，发电机的结构 变得非常复杂，体积庞大， 需要进行整机吊装维护。
风力发电机分类及特点
李少龙
第三章 风力发电
课件
2020/3/3
了解风力发电机的分类 双馈式和直驱式风力发电机介绍
电气工程与自动化学院
第三章
课件
按照风轮形式分类
风力发电
2020/3/3
（1）垂直轴风力发电机组
垂直轴风轮按形成转矩的机理分为阻力型和升力型。 阻力型的气动力效率远小于升力型，故当今大型并网型垂 直轴风力机的风轮全部为升力型。
直驱式风力发电系统大多都使用永磁同步发电机发电，无需励磁 控制，电机运行速度范围宽、电机功率密度高、体积小。随着永磁 材料价格的持续下降、永磁材料性能的提高以及新的永磁材料的出 现，在大、中、小功率、高可靠性、宽变速范围的发电系统中应用 的越来越广泛。
垂直轴风力机
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。
垂直轴风力发电机的分类尽管风力发电机多种多样，但归纳起来可分为两类：①水平轴风力发电机，风轮的旋转轴与风向平行；②垂直轴风力发电机，风轮的旋转轴垂直于地面或者气流方向。
利用阻力旋转的垂直轴风力发电机有几种类型，其中有利用平板和被子做成的风轮，这是一种纯阻力装置；S型风车，具有部分升力，但主要还是阻力装置。
这些装置有较大的启动力矩，但尖速比低，在风轮尺寸、重量和成本一定的情况下，提供的功率输出低。
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，现在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。
现在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。
其他形式的垂直轴风力发电机有马格努斯效应风轮，他由自旋的圆柱体组成，当它在气流中工作时，产生的移动力是由于马格努斯效应引起的，其大小与风速成正比。
有的垂直轴风轮使用管道或者漩涡发生器塔，通过套管或者扩压器使水平气流变成垂直气流，以增加速度，偶写还利用太阳能或者燃烧某种燃料，是水平气流变成垂直方向的气流。
垂直轴风力发电机发展垂直轴风力发电机——使风电建筑一体化成为可能风力发电和太阳能发电一样，最初是为了解决应急电源和边远地区供电而开发出来的产品，因而在最初发展并不是很快。
到了上个世纪二、三十年代，全球经济危机带来的能源紧张，让世界各国的专家想到了以风力发电作为补充能源的可行性。
第二次世界大战后，各国纷纷进行研究，由于当时的技术水平较差，启动风速要求较高，发电噪音也很大，所以只能将风力发电机放在人迹罕至的地方或风力较大的地方。
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
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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
垂直轴风力发电机基础清单
垂直轴风力发电机基础清单垂直轴风力发电机基础清单作为一种新兴的可再生能源，风力发电越来越受到全球范围内的关注和重视。
与传统的水平轴风力发电机相比，垂直轴风力发电机因其独特的结构和工作原理而备受瞩目。
本文将深入探讨垂直轴风力发电机，并提供一份基础清单，旨在帮助读者全面了解、理解和应用这一创新技术。
一、垂直轴风力发电机的基本概念1.1 垂直轴风力发电机是什么？垂直轴风力发电机（Vertical Axis Wind Turbine，简称VAWT）是一种通过风能转换为电能的装置。
与传统的水平轴风力发电机不同，VAWT的主要特点是其旋转轴线垂直于地面，而非平行于地面。
1.2 垂直轴风力发电机的工作原理VAWT利用风能驱动叶片旋转，通过转动的动力传递系统将机械能转化为电能。
其工作原理与水力发电机类似，但替代了水流，使用了风能作为输入。
二、垂直轴风力发电机的优势和应用领域2.1 垂直轴风力发电机的优势（1）适应性强：相比于水平轴风力发电机，VAWT在风向和风速的变化中表现更为稳定，适应性更强。
（2）低空中阻力小：VAWT的叶片在低空中布局，可以更好地利用近地风资源，减小了建筑物和地形对风能利用的干扰。
（3）直立式结构：垂直轴风力发电机具有直立式结构，便于安装、维护和检修。
2.2 垂直轴风力发电机的应用领域（1）城市环境：由于VAWT的适应性强和低空中阻力小的特点，它可以在城市环境中进行广泛应用，如楼宇、公共设施等。
（2）离网电力供应：VAWT可以作为离网电力供应的可行解决方案，将风能转化为电能，满足偏远地区的电力需求。
三、垂直轴风力发电机基础清单在进行垂直轴风力发电机项目时，以下基础清单是必不可少的：3.1 地勘和环境评估：在选择竖轴风力发电机安装位置前，必须进行地质勘察和环境评估，以确保地质条件和环境环境适合风力发电设备的安装。
3.2 设备选择和采购：根据项目需求和场地条件，选择合适的垂直轴风力发电机设备，并与供应商协商采购事宜。
垂直轴风力发电原理介绍
垂直轴风力发电原理介绍
垂直轴风力发电机的基本结构包括发电机和转子。
发电机通常被安装在转子的顶部，可以直接将旋转的机械能转化为电能。
转子由若干个垂直放置的叶片构成，可随风的方向变化而旋转。
当风吹过转子，叶片受到气流的冲击和推动，从而导致转子旋转。
转子的旋转驱动发电机转子产生电能。
1.引导风向：
垂直轴风力发电机的叶片结构和形状可以引导风流向叶片，从而增加风能的捕获效率。
由于叶片的垂直放置，风吹来时叶片不需要改变朝向，可以直接接受气流的冲击。
这种结构使得垂直轴风力发电机对于风向的依赖性较低，可以在各种风向下都能工作。
2.提高容量因子：
容量因子是风力发电机组实际发电量与理论发电量之比。
垂直轴风力发电机通过改变叶片的数量和形状，可以提高容量因子，从而提高发电效率。
与水平轴风力发电机相比，垂直轴风力发电机的叶片分布更加均匀，可以将风能更充分地转化为电能。
这使得垂直轴风力发电机在低风速和高风速条件下的表现更好，可以发电更稳定、连续。
此外
1.抗风能力强：
2.变速范围广：
总而言之，垂直轴风力发电机通过改变叶片结构和形状，可以提高风能的捕获效率和发电效率。
其独特的结构和工作原理，使其适用于各种风
向和风速条件下的发电场景。
随着技术的不断进步和应用的推广，垂直轴风力发电有望成为未来可持续发展能源的重要组成部分。
垂直轴式风力机课件
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
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。
图3-16 屏障式平板叶片风力机
风力发电基础第四章
28
– 涡方法
• Wilson提出的Vortex Sheet模型
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• 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
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• 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
垂直轴风力发电机研究报告分解
垂直轴风力发电机研究报告分解垂直轴风力发电机是一种利用风能将其转化为机械能，然后再将其转化为电能的装置。
相比于水平轴风力发电机，垂直轴风力发电机具有更多的优点，如结构简单、可以从任意方向的风得到驱动、不受风速的限制等。
本文将对垂直轴风力发电机的研究进行详细的分解。
首先是垂直轴风力发电机的结构。
垂直轴风力发电机由垂直轴和叶片组成。
垂直轴可以是直立的，也可以是倾斜的。
叶片则安装在垂直轴上，可以是直杆式叶片或者是罗茨式叶片。
直杆式叶片通常是扇形或者是直线型的，而罗茨式叶片则是一种有多个层级的螺旋形叶片。
这些叶片的设计可以使得垂直轴风力发电机在各种风向和风速下都能高效地工作。
其次是垂直轴风力发电机的工作原理。
当风吹过叶片时，叶片会受到风的作用力，并随之转动。
转动的叶片通过传动装置驱动发电机，将机械能转化为电能。
传动装置可以是齿轮传动、皮带传动或者链条传动等。
发电机通常是直流发电机或者交流发电机。
然后是垂直轴风力发电机的优点。
相比于水平轴风力发电机，垂直轴风力发电机具有以下优点。
首先，垂直轴风力发电机可以从任意方向的风得到驱动，不像水平轴风力发电机需要面对风的方向限制。
其次，垂直轴风力发电机的结构较为简单，制造成本低。
再次，垂直轴风力发电机不受风速的限制，能够在低风速条件下产生电能。
最后，垂直轴风力发电机的噪音较小，对环境污染也较少。
最后是垂直轴风力发电机的应用前景。
垂直轴风力发电机可以广泛应用于城市、农村、山区等地的电力供应。
由于其结构简单，不受风速的限制，并且可以从任意方向的风得到驱动，垂直轴风力发电机具有较大的应用潜力。
同时，由于其对环境的污染较少，垂直轴风力发电机也是可持续发展的能源解决方案之一总之，垂直轴风力发电机作为一种利用风能产生电能的装置，在结构、工作原理、优点和应用前景等方面具有独特的特点。
未来的研究可以进一步改善垂直轴风力发电机的效率，提高其经济性和可靠性，以促进可再生能源产业的发展。
垂直轴风力发电机
垂直轴风力发电机引言垂直轴风力发电机（Vertical Axis Wind Turbine，以下简称VAWT）是一种基于垂直轴旋转的装置，利用风能将其转化为电能的发电设备。
相较于传统的水平轴风力发电机，VAWT 具有一些独特的特点和优势。
本文将介绍垂直轴风力发电机的原理、构造、工作方式以及应用领域。
原理垂直轴风力发电机的原理基于风能转换为机械能，再转换为电能的过程。
当风经过风力发电机的叶片时，风能会转化为旋转动力。
垂直轴风力发电机使用的是垂直方向上旋转的叶片，而不是水平方向上旋转的叶片。
这种设计使得垂直轴风力发电机可以更好地适应风向的变化，并且在低风速下也能发电。
构造一台典型的垂直轴风力发电机由以下主要部件组成： 1. 轴承：支撑垂直轴的旋转部件。
2. 叶片：用来捕捉风能并转化为旋转力的组件。
3. 发电机：将机械能转化为电能的核心部件。
4. 塔架：支撑整个风力发电机系统的结构。
5. 控制系统：用于监测和控制风力发电机的运行状态。
工作方式垂直轴风力发电机的工作方式相对简单。
当风流经过垂直轴上的叶片时，叶片会转动，将风能转化为旋转力。
旋转的轴通过轴承连接到发电机，发电机则将机械能转化为电能。
电能可直接供给附近的电网，或者储存于蓄电池中供以后使用。
控制系统会监测垂直轴风力发电机的运行状态，并根据需要进行调整和优化。
优势相较于水平轴风力发电机，垂直轴风力发电机具有以下优势： 1. 适应性更强：垂直轴风力发电机不受风向变化的限制，可以从360度方向上的风捕捉能量。
2. 更高的效率：垂直轴风力发电机可以在低风速环境下开始工作，并且在高风速环境下不会受到太大损坏。
3. 更低的噪音：由于其设计方式的不同，垂直轴风力发电机产生的噪音相对较低。
4. 更小的空间需求：垂直轴风力发电机的设计使其可以安装在有限的空间内，方便在城市或者高楼大厦等地区使用。
应用领域垂直轴风力发电机在以下领域有着广泛的应用： 1. 城市环境：由于其较小的空间需求和较低的噪音输出，垂直轴风力发电机适合在城市环境中使用，例如在屋顶或高楼大厦上安装。
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。
风力发电机组风力机分类、基本基本原理、运行特性、国内外大型风力发电机组总体介绍
垂直轴风力机
萨
瓦
平板型 护罩型
里
杯子式
欧
多叶萨瓦里欧斯型
斯
式
垂直轴风力机
自
涡
△—达里厄 φ—达里厄
旋
轮
式
式
垂直轴风力机
萨瓦里欧斯/ φ—达里厄型
分裂式
萨瓦里欧斯式
美格劳斯型
翼 型
式
垂直轴风力机
导
光
风
照
式
式
3
变桨距调节
NEGMicon 丹麦
NEG-Micon 72
2.0
72
同步转速 12/18
主动失速调节
金风62/1200 风力发电机组介绍
生产厂家：新疆金风科技股份有限公司
技术参数
• 额定功率 ：1200kW
• 叶轮直径 ：62m
• 额定风速 ：12m/s
• 切入风速： 3m/s
• 切出风速（10分钟均值）：25m/s
• 驱动:4个电力驱动行星齿轮变速器
• 防护:电缆扭绞传感器，近程传感器
塔架
• 型号:塔筒式／桁架式
• 轴毂高度:56m／65rn／74m (根据具体要
求变动)
• 防腐保护:环氧树脂／PU涂层 • 组装:利用起重机
功率曲线图
印度SUZLON
REpower 1.5MW风力发电机 （公司名称：REpower Systems AG）
偏航系统
• 偏航控制：主动式偏航
• 偏航驱动：2台驱动电机 • 偏航刹车：液压圆盘刹车
塔架
• 类型：圆锥式管状钢塔
风力发电机的分类
风力发电机的分类风力发电机是一种利用风能转化为电能的设备。
根据不同的特点和结构，风力发电机可以分为多种不同类型。
1. 垂直轴风力发电机垂直轴风力发电机是一种将转子轴垂直于地面的发电机。
它的转子通常由多个垂直安装的叶片组成，可以在任何风向下捕捉风能。
这种发电机的优点是结构简单，不受风向限制，适合于城市等空间有限的地方使用。
然而，由于叶片在运转过程中会相互遮挡，效率相对较低。
2. 水平轴风力发电机水平轴风力发电机是一种将转子轴水平安装的发电机。
它的转子通常由三个或更多水平安装的叶片组成，可以根据风向调整转子的角度。
这种发电机的优点是效率较高，适合在大型风电场使用。
然而，由于叶片需要根据风向调整角度，所以在风向变化频繁的地区使用效果较差。
3. 细长型风力发电机细长型风力发电机是一种外形细长的风力发电机。
它通常由一个细长的塔和一个顶部安装的转子组成。
这种发电机的优点是能够在低风速下产生较高的功率，适合在山区或低风速地区使用。
然而，由于塔的高度较高，安装和维护较为困难。
4. 低速风力发电机低速风力发电机是一种在低风速下也能产生较高功率的发电机。
它通常采用较大的转子和较低的转速，以提高发电效率。
这种发电机的优点是适合在低风速地区使用，但由于转子较大，所以需要较大的空间进行安装。
5. 高速风力发电机高速风力发电机是一种在高风速下能够产生较高功率的发电机。
它通常采用较小的转子和较高的转速，以提高发电效率。
这种发电机的优点是适合在高风速地区使用，但由于转子较小，所以需要较小的空间进行安装。
6. 海上风力发电机海上风力发电机是一种安装在海上的风力发电机。
由于海上风速较高且稳定，海上风力发电机具有较高的发电效率。
然而，由于安装和维护难度较大，成本较高。
总结起来，风力发电机可以根据结构和特点的不同分为垂直轴风力发电机、水平轴风力发电机、细长型风力发电机、低速风力发电机、高速风力发电机和海上风力发电机等多种类型。
每种类型都有其适用的场景和优缺点，我们可以根据具体需求选择合适的风力发电机类型来提高发电效率。
垂直轴风力发电机
垂直轴风力发电机垂直轴风力发电机是一种新型的风力发电设备，它具有独特的结构和工作原理，能够在各种环境条件下高效地利用风能来产生电能。
本文将从垂直轴风力发电机的起源和发展历程入手，深入介绍其原理、优势和应用前景。
同时，还将对其未来发展进行展望，探讨其在可再生能源领域的重要性和潜力。
垂直轴风力发电机最早可以追溯到公元9世纪的波斯帝国，当时的研究者通过观察旋转的水车，发现可以将风能转化为机械能用于生产和生活。
随着科技的进步和能源需求的增加，人们对风力发电的研究也越来越深入。
垂直轴风力发电机与传统的水平轴风力发电机相比，其主要优势在于其轮胎不受风向限制。
传统的水平轴风力发电机需要面对风源的方向才能发电，而这对于安装位置的选择提出了较高的要求。
而垂直轴风力发电机可以在风向变化的情况下仍然高效地工作，这为其在城市等复杂环境中的应用提供了更多可能。
垂直轴风力发电机的工作原理比较简单。
它由一个垂直的轴和多个竖直排列的桨叶组成。
当风通过桨叶时，桨叶会受到风的压力而旋转。
通过连接轴和电机，转动的轴会带动电机产生电能。
由于桨叶的排列是垂直的，风在各个方向都能够对桨叶施加力量，因此可以在不同风向下都能够高效地发电。
垂直轴风力发电机的优势不仅体现在其不受风向限制上，它还具有以下几个方面的特点。
首先，垂直轴风力发电机在启动时需要的起动风速较低，这意味着它可以在低风速环境下发电，而传统的水平轴风力发电机则需要较高的起动风速。
其次，由于结构的特殊性，垂直轴风力发电机在噪音和振动方面更加低，这减少了对周围环境和人体的干扰。
此外，垂直轴风力发电机的维护成本较低，易于安装和维修，这降低了使用和运营的成本。
垂直轴风力发电机在实际应用中有着广泛的前景和潜力。
尤其是在城市和居民区等空间受限的地方，垂直轴风力发电机能够更好地适应需求。
例如，可以在屋顶、大楼和大型工业设施等地方安装垂直轴风力发电机来发电，以满足部分电能需求。
同时，垂直轴风力发电机也可以结合太阳能发电等其他可再生能源，形成混合发电系统，提高能源利用效率。
第六章 垂直轴风力发电机组 《风力发电原理》课件
通过对叶素积分可得作用在风轮上的推力Fa以及 扭矩M为：
Fa
Bl
2
H H
2 0
1 2
w2
Cn
sin
Ct
cos
d
dz
M Bl
2
H H
2 0
1 2
Ct w2rd dz
风力机的功率 ：
P M Bl
2
H H
2 0
1 2
Ct w2rd dz
由Ct的特性可知，叶片在0度时，气动力所产生的扭 矩主要为正转矩，在180度时，会出现负转矩，而且风力机 的正转矩主要由处于0-180度位置的叶片提供。
2）利于环保 水平轴风轮的尖速比一般在5~10, 垂直轴风轮的尖速比一般在1.5~2, 这样的低转速产生的气动噪声很小。 垂直轴风力发电机的低噪音和 美观外形等多种优点是水平轴风力发电机难以比拟的。阻力型风轮的 尖速比远小于水平轴风轮，这样的低转速产生的气动噪音很小，甚至 可以达到静音的效果。
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3.垂直轴风力机的特点
u 2
u
阻力型风力机受力模型 5
1.垂直轴风力机的类型
取风速减少率 v u 可得 ：
v
Cp
P E
1 2
ACd v u2
1 Av3
u
Cd
v
u2ห้องสมุดไป่ตู้
v3
u
Cd 2
1
2
其中E为输入风能，令 dCp 0 即：
d
Cd 2 3 0
解得：
0 2
/
3
0 表明叶片没有做功，所以：
Cp max
(a)Φ型
(b) H型
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1.垂直轴风力机的类型
4.1垂直轴风力发电机分类及原理
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风力发电原理 主编及制作：刘赟
第四章 垂直轴风力发电机组
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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风力发电原理 主编及制作：刘赟
第四章 垂直轴风力发电机组
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。
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风力发电原理 主编及制作：刘赟
第四章 垂直轴风力发电机组
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。
第四章 垂直轴风力发电机组
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风力发电原理 主编及制作：刘赟
第四章 垂直轴风力发电机组
§4.1垂直轴风力机的类型
一、分类 按照空气动力学 工作原理分为 阻力型
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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风力发电原理 主编及制作：刘赟
第四章 垂直轴风力发电机组
风杯式风力机
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风力发电原理 主编及制作：刘赟
第四章 垂直轴风力发电机组
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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风力发电原理 主编及制作：刘赟
第四章
垂直轴风力发电机组
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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第四章
垂直轴风力发电机组
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。
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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第四章
垂直轴风力发电机组
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。
某风力机的性能曲线
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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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第四章
垂直轴风力发电机组
屏障平板式风力机
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第四章
垂直轴风力发电机组
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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第四章
垂直轴风力发电机组
风杯式风力机
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第四章
垂直轴风力发电机组
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
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第四章
垂直轴风力发电机组
风杯式风力机
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垂直轴风力发电机组
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)。
S 型 风 力 机 外 形
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第四章
垂直轴风力发电机组
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第四章
垂直轴风力发电机组
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。
第四章
垂直轴风力发电机组
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第四章
一、分类
垂直轴风力发电机组
§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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第四章
垂直轴风力发电机组
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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第四章
垂直轴风力发电机组
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第四章
垂直轴风力发电机组
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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第四章
垂直轴风力发电机组
屏障平板式风力机