第6章垂直轴风力发电机组
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。
垂直轴风力发电机组的优点及其发展前景
垂直轴风力发电机组的优点及其发展前景发布时间：2023-02-01T06:12:45.886Z 来源：《城镇建设》2022年9月18期作者：邵昌盛[导读] 相对于垂直轴风电机组邵昌盛南方海洋科学与工程广东省实验室（湛江）摘要：相对于垂直轴风电机组，垂直轴风电机组在叶片设计方法、安全性、环境保护等方面有较大的优势；发电效率，经济效益，结构；在维修等领域，它的优势很大，影响垂直轴风电机组发展的主要原因有技术和经济两个方面，随着我国风电行业的不断发展，我国风电行业面临着巨大的发展机遇。
关键词：垂直轴风力发电机组；优点；影响因素；发展前景引言风车的转动轴线与地表或来向的风车叫做垂直轴风轮机。
其特点是：转动轴线与地表相垂直，且与风方向相平行。
我国风电厂采用的大型风电机组，主要是因为受某些技术和经济因素的影响。
在我国风能发展的背景下，垂直轴型风电场的研究与利用越来越受关注，已逐渐成为风能设备生产与应用的重要课题。
一、与水平轴风力发电机组相比，垂直轴风力发电机组具有系列优点（一）支撑叶片设计的方法相对科学当前，支持垂直轴风机的桨叶结构的研究多采用了叶素动力学模型，而 Glauert法和 Wilson法是其最常用的方法。
但是，叶素原理忽视了各个叶素之间的相互影响，采用有关原理来进行桨叶的设计时，忽视了对叶形的影响，从而使其不够精确；尽管该方法不会对风机的外形进行优化，但其对风机的风能利用率有很大的影响。
同时，由于各个叶片的相互干涉和整体的流动比较错综复杂，仅凭叶素分析法难以得到准确的计算。
由于计算流体力学（CFD）技术的迅速发展，现有 CFD技术已可以对具有较大形状的复杂流动进行数值仿真，包括：叶片的冲击和强度、气流分离、表面压力分布等；涡流的产生和传播、力的大小和力的改变，都能用电脑进行计算和图像的呈现。
采用 CFD法对垂直轴风电机组的叶片进行了计算，其计算结果与叶素原理相比具有很大的优越性，从 CFD工艺的实践来看，采用 Darrieus型 H型风车，其叶片各剖面均是一样的；该方法可以将其简单地压缩成一个平面的模型，从而大大减少了计算的网格量。
垂直轴风力发电机组的说明书
垂直轴风力发电机组的说明书一、产品介绍垂直轴风力发电机组是一种利用风能转化为电能的设备，由主要结构框架、发电机、控制系统、转子等组成。
本设备可广泛应用于城市建设、酒店、医院、学校、工厂等多种场合，产生清洁能源，降低用户的能源消耗成本。
二、主要特点1. 垂直轴风力发电机组采用新型永磁同步发电机，具有高效率、低损耗、低噪音、长寿命等特点。
2. 设备采用独特的风轮和减震设计，可减小噪音，提高稳定性。
3. 外壳材质选用优质钢材，表面经过镀锌和喷漆处理，具有优良的抗腐蚀性和美观性。
4. 顶部安装风力发电机组，并通过防盗装置进行牢固固定。
5. 集成式控制系统方便快捷，具有过流、过压、欠压、过载等多种保护功能。
三、安装及使用1. 设备采用模块化设计，安装前应根据产品说明手册进行组装。
安装时应选择坚固、平稳的支撑平台并进行固定。
2. 选用适当的电缆，安装时应先拉好电缆并接好插头，再进行设备的调试工作。
3. 控制器面板上的指示灯可以指示设备的运行状态，如果出现任何故障应及时联系专业技术人员进行排查。
4. 设备应定期进行检修和维护，保持设备清洁、干燥、无漏电现象，并注意防雷、防雨、防摆动。
5. 风力发电机组不宜安装在高层建筑或者高山等特殊场合，以免影响周围环境和设备的正常工作。
四、注意事项1. 安装前应仔细阅读产品说明书，按照要求进行组装和安装，确保设备的正常运行。
2. 设备的电缆和电源插头应保持干燥清洁，防止电气设备的漏电现象。
3. 设备运行时不得将手、头等身体部位靠近设备，以免发生意外事故。
4. 设备长期存放时应注意环境温度、干燥度等因素，防止机器老化和受潮受损。
5. 设备的维护保养应由专业技术人员进行，任何非专业人员擅自拆卸、修改等行为均会导致严重后果。
五、结语垂直轴风力发电机组是一种绿色、环保的新型能源设备，能够为用户节约能源成本，减少污染排放。
我们将以质量为保证、技术为先导、服务为宗旨，竭诚为广大用户提供满意的产品和服务。
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
垂直轴风力发电机组的设计与性能研究
垂直轴风力发电机组的设计与性能研究随着科技的不断发展和环保意识的提高，可再生能源逐渐受到人们的青睐。
风力发电机作为空气能转化成电能的重要装置之一，也在不断的研究和发展。
垂直轴风力发电机组在这个领域扮演着异军突起的角色，其独特的结构和性能优势吸引了国内外众多专家的目光。
一. 垂直轴风力发电机组的设计垂直轴风力发电机组是指风力发电设备中转子轴线竖直，叶片旋转面垂直于地面。
相对于传统的水平轴风力发电机，垂直轴风力发电机拥有更为广阔的应用领域。
其特点主要表现在以下几个方面：1.适应性强垂直轴风力发电机组可以被用于各种地形、各种气候条件下的风能资源利用，产生的振动和噪声较小，适合于城市和农村领域中的小型风电场。
2.高效性能垂直轴风力发电机组因为其结构上的特殊性，使得其在低风速条件下依然能够产生电能，相对于其他风力发电机而言，它的发电效率更高、更稳定。
3.运转安全垂直轴风力发电机组的机组不受方向和大小限制，转矩、重心、惯性力的平衡性也很好，可以在运转条件下减小结构疲劳损伤，从而提高设备的可靠性和使用寿命。
垂直轴风力发电机组的设计包含多个方面，其中重点考虑齿轮减速器、磨损与摩擦、自动转向等问题。
同时，风机的轴承材料、测量模型、风场起伏、大气压力等因素都将直接或间接影响垂轴风机的效率和性能。
二. 垂直轴风力发电机组的性能研究为了更好地发挥垂直轴风力发电机组的性能优势，优化其运行效率，研究者们也对其性能进行了深入探究，主要包括以下研究方向：1. 研究风机的动态特性风机在运行时，会出现转速的波动、能量的损失以及噪声的产生等问题，因此需要研究风机的动态特性。
刘维庆教授团队。
研究了垂直轴风力发电机的动态仿真模型，通过数理模型和实验对其动态特性进行了评估和分析，为进一步优化风机的控制提供了基础。
2. 研究风机的叶片设计近年来，研究者们也在着力改进机组的叶片设计。
研究表明，对于垂直轴风力发电机，叶片的设计对于功率密度和发电效率有着重要影响。
风力发电原理——绪论2
能量
能量是物质运动的一种度量，也是物质存在的一 种形态，一般指其具有的做功能力。 目前，通常认为有以下六种能量形式： 1 E 机械能：动能： E = 2 mV 重力势能： P = mgh E 弹性势能： K = 1 KX 2 表面能：ES = σ S 2 T 热能：Eq = m∫T CdT 电能：Ee = UI 以及化学能、辐射能、核能。
分布地区 东南沿海、山东半岛和辽东半岛、三北北部区、松花江下游区 东南沿海内陆和渤海沿海、三北南部区、青藏高原区 两广沿海区、大小兴安岭地区、中部地区 云贵川和南岭山地区、雅鲁藏布江和昌都区、塔里木盆地西部区
14
1.2.3 风电发展概况
世界风电装机容量发展（2001年-2010年） 250000 装机容量 / MW 200000 150000 100000 50000 0 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 24322 31181 39295 47693 59024 74122 93930 120903 159213 203500
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表1-7 IEC有关风电机组的部分标准
标准号 IEC 61400-1 IEC 61400-2 IEC 61400-3 IEC61400-11 IEC 61400-12 IEC 61400-13 IEC 61400-14 IEC61400-21 IEC 61400-23 IEC 61400-24 标准名 风力发电系统-1:设计要求 风力发电系统-2:小型风轮机的安全要求 风力发电系统-3:海上风电机组设计要求 风力发电机组 第11部分：噪声测量技术 风力发电系统-12:风轮机动力性能试验 风力发电系统-13：机械负载的测量 风力发电机组 第14部分：声功率级和音质 风力发电机组 第21部分：电能质量测量和评估方 法 风力发电系统-23：风轮叶片的全尺寸比例结构试 验 风力发电系统-24:避雷装置 发布时间 2005-1 1996-1 2009 001-4 2002-7 29
垂直轴风力发电机
垂直轴风力发电机增加概述及概述图片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。
目录垂直轴风力发电机的分类垂直轴风力发电机发展风力发电设备行业的发展新型垂直轴风力发电机（H型）一、技术原理二、功率特性三、结构附：现有垂直轴风力发电电源比较：垂直轴风力发电机的特点现状垂直轴风力发电机的分类垂直轴风力发电机发展风力发电设备行业的发展新型垂直轴风力发电机（H型）一、技术原理二、功率特性三、结构附：现有垂直轴风力发电电源比较：垂直轴风力发电机的特点现状展开编辑本段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
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。
垂直轴风力发电机组应力与效率分析
垂直轴风力发电机组应力与效率分析作者：佚名转贴自：中国电力设备管理网点击数：更新时间：2007-6-20[摘要]本文主要介绍了双型垂直轴风力发电机组的结构与性能，根据实地试验数据，分析应力和风机的效率，提出了完善系统的参数、提高风力发电机组对风能充分利用率的方案。
[关键词]风能利用系数，垂直轴，风力发电一、引言：火力发电虽然是我国发电产业的主要形式，但是火力发电能源消耗大、污染严重，不符合国家倡导的节约社会和能源可持续发展的战略，所以风力发电越来越受到人们的重视和青睐。
我国近年来大力发展风力发电，使之成为我国电力工业的一个方面军，不仅是能源开发的需要，也是环境保护的需要。
风力发电对环境的正面影响是不言而喻的，它不仅可以保护我们人类赖以生存的大气环境、减少污染，也可以保护我们的土地免受过度开发的灾难，最可贵的是风电环境的负面影响非常有限，这可以使人类与自然界友好相处，在地球上真正实现可持续发展的目标。
风力发电包括机械结构和实时监控两部分，在50kW风力发电系统中，其叶轮最大直径9米，叶轮高度19.2米。
叶轮自重4.2吨。
在1.5MW风力发电系统中，叶轮最大直径 58米,叶轮高度将达到116米，叶轮自重120吨。
由于装卸困难，维修成本高，一旦损坏，整个风力发电系统将瘫痪，所以对整个轮轴和叶片的受力分析和监控显得尤为重要。
以50KW双型垂直轴风力发电机组的风轮垂直轴为中心旋转，捕捉的风能通过垂直的主轴传到地面的齿轮箱和发电机组。
与水平轴风机相比，垂直轴风机在制造、安装、维护和抗疲劳性能方面都有较大优势。
这台风机现在安装在内蒙古乌兰察布市化德县内，这种垂直轴风力发电机组在国内是第一例，现在正处于研发阶段，并没有投入大批量生产。
本文以此为基础，主要针对垂直轴风力发电系统，通过采集的测试数据，分析它的性能和效率。
现存的风力发电系统大都是水平轴的，其受到风力风向的限制，虽然在迎风方向，水平轴的效率要高于垂直轴，但是，风向发生变化后，水平轴风机的效率将会降低。
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。
垂直轴风力发电机组
垂直轴风力发电机组随着人们环保意识的提高，可再生能源逐渐成为能源领域的重要产业。
其中，风能作为一种无污染的可再生能源，备受人们的关注。
而垂直轴风力发电机组作为风能发电的一种形式，也逐渐受到人们的重视。
一、垂直轴风力发电机组的优点相比于传统的水平轴风力发电机组，垂直轴风力发电机组有着独特的优点。
1.适应性强垂直轴风力发电机组可以适应复杂的气象环境，包括湿润、干旱、高寒等极端环境，可满足不同地区的发电需求。
2.节省空间传统的水平轴风力发电机组需要更大的空间才能利用风能，而垂直轴风力发电机组可以更好地利用有限的空间资源，尤其适用于城市等空间有限的区域。
3.高效率垂直轴风力发电机组的效率相对较高，适用于低风速环境，能在较小的空间内实现高效的发电。
4.可靠性高垂直轴风力发电机组的传动系统简单，相对比较稳定，维修、保养难度较低，可靠性较高。
二、垂直轴风力发电机组的需求和应用垂直轴风力发电机组的需求有着广泛的应用，从小型住宅到大型商业、工业和公用设施等环境都有发展空间。
1.航空产业垂直轴风力发电机组可以为机场和飞机场等航空产业提供电力，促进航空产业的可持续发展。
2.城市化随着城市化的不断发展，城市空间日益受到限制，垂直轴风力发电机组带来的一种新兴的城市风景也随之出现。
3.工业在工业领域，垂直轴风力发电机组可以应用于汽车制造、工厂等领域，为工业活动提供可靠的电力支持。
4.农业在农业领域，垂直轴风力发电机组可以为农业用地、养殖场、温室等提供电力，推动现代农业的发展。
三、垂直轴风力发电机组的发展趋势垂直轴风力发电机组在不断推进着其应用领域的拓展。
未来，它将继续发展壮大，并成为大型风力发电领域的主流之一。
1.技术创新垂直轴风力发电机组技术不断创新，从基本结构、材料性能、控制系统等方面不断加强和优化技术，使其更加先进、智能化。
2.高效节能在能源危机和环境保护意识日益增强的今天，垂直轴风力发电机组将更多地应用于高效节能的领域，为我们创造更加清洁、可持续的能源。
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。
13
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
8
1.垂直轴风力机的类型
垂直轴风力发电机组的优点及其发展前景
1引言风轮的旋转轴垂直于地面或者来流方向的风力发电机组称为垂直轴风力发电机组。
其主要的特征是旋转轴垂直于地面，风轮旋转平面与风向平行。
由于一定的经济与技术原因，目前国内风电场所使用的大型风力发电机组中，绝大部分是水平轴风力发电机组。
随着风能开发力度的不断加大，垂直轴风力发电机组相关技术研发及其应用正日益受到重视，成为风电装备制造领域和风电开发应用的重点课题。
2与水平轴风力发电机组相比，垂直轴风力发电机组具有系列优点2.1支撑叶片设计的方法相对科学目前，支撑水平轴风力发电机组叶片设计的主要是动量-叶素理论，Glauert 法和Wilson 法是其常用的方法。
但由于叶素理论忽略了各叶素间的流动干扰，在应用相关理论设计叶片时，忽略了翼型的阻力,导致计算结果不准确，虽然这种简化对于叶片外形设计影响较小，但对风轮风能利用率的影响却比较大。
同时，由于风轮各叶片之间的干扰非常强烈，整个气流较复杂，如果只依靠叶素理论，很难获得精确的结果。
随着计算流体动力学（CFD ）的技术快速发展，目前的CFD 技术完全能够在计算机上模拟复杂外形下的复杂流动，如叶片的激波运动和强度、流动的分离、表面压力分布、涡的生成与传播、受力大小以及力的变化等，都可以通过计算机运算并形象地在屏幕上显示出来。
运用CFD 方法设计垂直轴风力发电机组的叶片，其精度远比叶素理论高得多；同时，在CFD 技术的实际应用方面，对Darrieus 式H 风轮，叶片的每个截面都相同，这样就可以简化为二维模型，使计算网格数大大下降。
2.2安全性较高①安全性。
根据空气动力学及工作原理，垂直轴风力发电机组可分为阻力型和升力型两类。
阻力型主要是利用空气流过叶片时所产生的阻力作为驱动力，而升力型则是利用空气流过叶片时所产生的升力作为驱动力。
垂直轴风力发电机组的叶片有Φ式、H 式、S 式、平板摆转式、风杯式等，相比于水平轴风力发电机组的三叶片，垂直轴风力发电机组的叶片有良好的气动外形，轻便灵活、安全稳定，主要受力点集中于轮毂，因此，叶片不容易脱落、断裂和飞出。
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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
6.1.1 垂直轴风力发电机组的发展概况
早在公元1219年，我国就有了关于垂直轴风力 机的文献记载。公元1300年，波斯也记载了具 有多枚翼板的垂直轴风力机。这些垂直轴风力 机都是阻力型机组，多数被用来提水，碾米或 助航等。
6.1.2 垂直轴风力机的类型
1.阻力型风力机 2.升力型风力机