风力机的种类及特征：水平轴风力机

垂直轴风力发电机和水平轴风力发电机风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。

其蕴藏量巨大，全球风能资源总量约为2.74×109兆瓦，其中可利用的风能为2×107兆瓦。

中国风能储量很大、分布面广，开发利用潜力巨大。

中国风力装机容量达到1000万千瓦的速度令人惊叹。

如果中国能够利用其土地上大约30亿千瓦的风能的话，将能够满足几乎所有中国当前的电力需求，短时期内这是不可能的，不过中国有可能将2020年风电总装机目标由3000万千瓦调高至1亿千瓦。

在国际效率标准下运行的话，这能够满足5%的中国电力需求，并且使中国成为世界最大的风能发电国，只要中国采取更进取而有理智的方针，就能最大限度地利用其国家的风能。

当然风能的利用离不开风力发电机，风力发电机的品质和价格成为了人们关注的焦点。

当前风力发电机有两种形式：1 水平轴风力发电机（大、中、小型）；2 垂直轴风力发电机（大、中、小型）。

水平轴风力发电机技术发展的比较快，在世界各地人们已经很早就认识了，大型的水平轴风力发电机已经可以做到3-5兆瓦，一般由国有大型企业研发生产，应用技术也趋于成熟。

小型的水平轴风力发电机一般是一些小型民营企业生产，对研发生产的技术要求比较低，其技术水平也是参差不齐。

小型水平轴风力发电机的额定转速一般在500-800r/min，转速高，产生的噪音大，启动风速一般在3-5m/s，由于转速高，噪音大，故障频繁，容易发生危险，不适宜在有人居住或经过的地方安装。

垂直轴风力发电机技术发展的较慢一些，因为垂直轴风力发电机对研发生产的技术要求比较高，尤其是对叶片和发电机的要求。

近几年垂直轴风力发电机的技术发展很快，尤其小型的垂直轴风力发电机已经很成熟。

小型的垂直轴风力发电机的额定转速一般在60-200r/min，转速低，产生的噪音很小（可以忽略不计），启动风速一般在1.6-4m/s。

由于转速的降低，大大提高了风机的稳定性，没有噪音，启动风速低等优点，使其更适合在人们居住的地方安装，提高了风力发电机的使用范围。

风电场主要设备介绍及其基本理论1 风力发电机的类型风力发电机多种多样，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。

1.1水平轴风力发电机水平轴风力发电机可分为升力型和阻力型两类。

升力型风力发电机旋转速度快，阻力型旋转速度慢。

对于风力发电，多采用升力型水平轴风力发电机。

大多数水平轴风力发电机具有对风装置，能随风向改变而转动。

对于小型风力发电机，这种对风装置采用尾舵，而对于大型的风力发电机，则利用风向传感元件以及伺服电机组成的传动机构。

风力机的风轮在塔架前面的称为上风向风力机，风轮在塔架后面的则称为下风向风机。

水平轴风力发电机的式样很多，有的具有反转叶片的风轮，有的在一个塔架上安装多个风轮，以便在输出功率一定的条件下减少塔架的成本，还有的水平轴风力发电机在风轮周围产生漩涡，集中气流，增加气流速度。

1.2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，它不仅结构设计简化，而且也减少了风轮对风时的陀螺力。

利用阻力旋转的垂直轴风力发电机有几种类型，其中有纯阻力装置的风轮；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，它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。

风力机结构概述风力机是把风的动能转换成机械能的机械设备。

风力机通常由风轮、对风装置、调速限速机构、传动装置、做功装置、储能装置、塔架及附属部件组成。

风轮是风力机最重要的部件，它是风力机区别于其他动力机的主要标志。

其作用是捕捉和吸收风能，并将风能转变成机械能，由风轮轴将能量送给传动装置。

风轮一般由叶片和轮毂组成，一般有2～3个叶片，是捕获风能的关键设备。

一、叶片叶片也称为桨叶，是将风能转换为动能的部件，风力带动风车叶片旋转，再通过齿轮箱将旋转的速度提升，来促使发电机发电。

风力发电机通常有2片或3片叶片，叶尖速度50～70m/s，具有这样的叶尖速度，3叶片叶轮通常能够提供最佳效率，然而2叶片叶轮仅降低2%～3%的效率。

对于外形很均匀的叶片，叶片少的叶轮转速快些，这样会导致叶尖噪声和腐蚀等问题。

3叶片叶轮上的受力更平衡，轮毂可以简单些。

叶片的翼型设计、结构型式会直接影响机组的性能和功率。

风力机叶片的剖面形状称为风力机翼型，它对风力机性能有很大的影响。

目前风力机叶片有NACA44系列、NACA63-2系列、NRELS系列、FFA W系列和DU系列等。

叶片材料的强度和刚度是决定风力发电机组性能优劣的关键。

目前的叶片品种有木制叶片及布蒙皮叶片、钢梁玻璃纤维蒙皮叶片、铝合金等弦长挤压成型叶片、玻璃钢复合叶片和碳纤维复合叶片等5种，目前的主要构成材料是玻璃纤维增强聚酯或碳纤维增强聚酯，为多格的梁/壳体结构。

大型叶片主要采用的是玻璃钢复合材料，这种材料制作的叶片具有以下特点：（1）可根据风力机叶片的受力特点设计强度与刚度。

风力机叶片主要是纵向受力，即气动弯曲力和离心力，气动弯曲载荷比离心力大得多，由剪切与扭转产生的剪应力不大。

利用纤维受力为主的受力理论，可把主要纤维安排在叶片的纵向，这样就可把叶片设计得比铝叶片更轻，减轻叶片的重量，重量的减轻反过来可降低叶片的离心力及重力引起的交变载荷。

（2）容易成型，易于达到最大气动效率的翼型。

o根据风力发电机旋转轴的区别，风力发电机可以分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。

1、水平轴风力发电机：旋转轴与叶片垂直，一般与地面平行，旋转轴处于水平的风力发电机。

2、垂直轴风力发电机：旋转轴与叶片平行，一般与地面吹垂直，旋转轴处于垂直的风力发电机。

垂直轴风力发电机目前占市场主流的是水平轴风力发电机，平时说的风力发电机通常也是指水平轴风力发电机。

目前水平轴风力发电机的功率最大已经做到了5wm左右。

垂直轴风力发电机虽然最早被人类利用，但是用来发电还是近10多年的事。

与传统的水平轴风力发电机相比，垂直轴风力发电机具有不用对风向，转速低，无噪音等优点，但同时也存在起动风速高，结构复杂等缺点，这都制约了垂直轴风力发电机的应用。

根据定桨矩失速型风机和变速恒频变桨矩风机的特点,国内目前装机的电机一般分为二类:1、异步型（1）笼型异步发电机；功率为600/125kW750kW 800kW 1250180kW定子向电网输送不同功率的50Hz交流电;（2）绕线式双馈异步发电机；功率为1500kW定子向电网输送50Hz交流电，转子由变频器控制，向电网间接输送有功或无功功率。

2、同步型（1）永磁同步发电机；功率为750kW 1200kW 1500kW 由永磁体产生磁场,定子输出经全功率整流逆变后向电网输送50Hz交流电。

（2）电励磁同步发电机；由外接到转子上的直流电流产生磁场,定子输出经全功率整流逆变后向电网输送50Hz交流电。

∙风力发电机的图解o一、风力发电机分解图1.风机总成2.叶片3.轮毂般4.前罩5.螺栓6.平垫圈7.防松螺母8.螺母9.弹簧垫10.法兰11.螺栓12.防松螺母13.避雷针14.减震器二、风力发电机应用系统结构图∙风力发电机的特点o1、高效率2、微风启动3、长寿命4、免维护5、防锈6、防腐蚀6、防潮7、防水8、防风沙风力发电机的原理o风力发电机的工作原理就是通过叶轮将风能转变为机械转距(风轮转动惯量),通过主轴传动链,经过齿轮箱增速到异步发电机的转速后,通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网.如果超过发电机同步转速,转子也处于发电状态,通过变流器向电网馈电.最简单的风力发电机可由叶轮和发电机两部分构成,立在一定高度的塔干上,这是小型离网风机. 最初的风力发电机发出的电能随风变化时有时无,电压和频率不稳定,没有实际应用价值.为了解决这些问题,现代风机增加了齿轮箱、偏航系统、液压系统、刹车系统和控制系统等.齿轮箱可以将很低的风轮转速(1500千瓦的风机通常为12-22转/分)变为很高的发电机转速(发电机同步转速通常为1500转/分).同时也使得发电机易于控制,实现稳定的频率和电压输出.偏航系统可以使风轮扫掠面积总是垂直于主风向.要知道,1500千瓦的风机机舱总重50多吨,叶轮30吨,使这样一个系统随时对准主风向也有相当的技术难度.风机是有许多转动部件的,机舱在水平面旋转,随时偏航对准风向;风轮沿水平轴旋转,以便产生动力扭距.对变桨矩风机,组成风轮的叶片要围绕根部的中心轴旋转,以便适应不同的风况而变桨距.在停机时,叶片要顺桨,以便形成阻尼刹车.早期采用液压系统用于调节叶片桨矩(同时作为阻尼、停机、刹车等状态下使用),现在电变距系统逐步取代液压变距.就1500千瓦风机而言,一般在4米/秒左右的风速自动启动,在13米/秒左右发出额定功率.然后,随着风速的增加,一直控制在额定功率附近发电,直到风速达到25米/秒时自动停机.现代风机的设计极限风速为60-70米/秒,也就是说在这么大的风速下风机也不会立即破坏.理论上的12级飓风,其风速范围也仅为32.7-36.9米/秒.风机的控制系统要根据风速、风向对系统加以控制,在稳定的电压和频率下运行,自动地并网和脱网;同时*齿轮箱、发电机的运行温度,液压系统的油压,对出现的任何异常进行报警,必要时自动停机,属于无人值守独立发电系统单元.∙风力发电机的维修o风机叶片的维修维护在保证风机叶片20年使用寿命中将起到至关重要的作用。

风力机特性概述李志（西藏自然科学博物馆，西藏拉萨850000）摘要：风能作为一种发展比较快，而且开发利用风能进行发电已经规模化，在很多国家都利用风力进行发电，因此风力发电已经得到了很多研究人员的关注。

风力机是将风能转化为电能的机械。

目前，垂直轴风力机和水平轴风力机是风力发电行业的主要研究方向，风力机技术具有很多优点，风能利用率高，垂直风力机和水平风力机互补优劣，垂直风力机系统结构稳定，水平风力机的结构紧凑。

文章对垂直风力机和水平风力机进行了比较综合的概述，对风力机的空气动力学性能研究和叶片进行详尽的分析。

关键词：垂直风力机水平风力机空气动力学性能风轮叶片性能优化化石能源的不断损耗和其不可再生的特点已经对人类的未来可持续发展战略产生了不可估量的影响。

现在，很多发达国家和我国都对能源资源的利用实施有效的规划，都在向可再生能源领域进军。

我国在2005年颁布《中国可再生能源法》中明确规定了国内的可再生能源资源的重要战略地位，为国内的可再生能源的发展提供有效并且具有强有力的法律保障。

在许多国家，由于风力资源十分丰富，所以得到了充分的发展研究和开发利用。

对风能资源的利用主要表现在风力发电方面，到2008年底的时候，全球的风电机组的总装机容量早就超过了1×108kW。

而在我国对风能的利用即风电机组总装机容量只达到了1200万kW。

在2009年底时，全球的风力发电机装机总量达到了3.75万兆瓦。

全球风电平均每年都增加7×107kW，风电技术在电力市场中十分受欢迎［1］。

风力发电事业在新能源和可再生能源在世界范围内得到了密切的关注，同时，也得到了最快的发展。

风能不像其他可再生能源一样需要比较尖端的科研技术水平，风能其利用起来也比较方便简单。

我国的风能资源极其丰富，对风能的规模化发展必将成为我国不可缺少的一部分。

风力机，也就是风力发电机组，是一种能够将风能有效的转化成为电能的机电装置。

风电设备若要作为公共电网的电源进行使用，采用的是并网发电的工作方式，这是对风能规模化利用的一个例子。

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。

水平轴风力机和垂直轴风力机的特点风能这东西，简直是大自然的“免费午餐”。

我们身边那些转个不停的风力机，有的是水平轴的，有的是垂直轴的。

今天就来聊聊这两种风力机的特点，看看它们各自的“长处”和“短处”。

1. 水平轴风力机1.1 外形特点水平轴风力机，听这个名字就知道，它的叶片是水平放置的，就像我们常见的风车一样，转啊转，特别好认。

它的结构简单，像个“大风车”，大多数人一眼就能认出来。

要是你在乡间小路上看到那种高高的塔架上，扭动着长长的叶片，绝对会让人忍不住多看几眼。

每当风吹过，哐当哐当的声音就像是在唱歌一样，瞬间让人心情大好。

1.2 性能优点说到优点，水平轴风力机可真是“风光无限”。

首先，它们的效率高得让人咋舌，在风速合适的时候，发电能力杠杠的。

那种风力机通常在开阔的地方建，能充分利用风的力量。

其次，维护起来也不算麻烦，只要不小心摔倒，基本上就能一直“工作”下去。

可惜的是，太高的塔身在大风天可就不是那么“安全”了，有时候还得考虑风速问题，否则一不小心就“出事”了。

2. 垂直轴风力机2.1 外形特点再来说说垂直轴风力机。

这家伙的造型就有点与众不同，跟水平轴的风力机完全不一样。

它的叶片是竖着的，像个“涡轮”，乍一看有点像一个巨大的搅拌机，特别有科技感。

最棒的是，它不需要专门迎着风转动，风从任何方向来，它都能“照单全收”，真是让人刮目相看。

想象一下，某个阳光明媚的下午，在阳台上看着这家伙转悠，感觉简直太享受了！2.2 性能优点垂直轴风力机的优势也不容小觑。

它的设计更为稳固，所以在极端天气条件下，表现得更加出色。

咱们说，风再大也不怕，基本上不会有“翻车”的风险。

而且，由于它的中心重力低，更容易在城市环境中使用，放在楼顶上都行，给城市增添了一点“科技范”。

不过，效率上可能略逊一筹，尤其是在大风条件下，发电能力可能没有水平轴的强劲。

3. 小结说到最后，其实水平轴和垂直轴风力机各有千秋，没什么绝对的好与坏。

你可以把它们看成是两个“好伙伴”，一个擅长在开阔地带展现实力，另一个则在城市中灵活应对，都是为了那份“风能”而努力拼搏。

.1,风力发电机按叶片分类。

按照风力发电机主轴的方向分类可分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。

水平轴风力发电机：旋转轴与叶片垂直，一般与地面平行，旋转轴处于水平的风力发（1）水平轴风力发电机相对于垂直轴发电机的优点；叶片旋转空间大，转速高。

适合于大型风电机。

力发电厂。

水平轴风力发电机组的发展历史较长，已经完全达到工业化生产，结构简单，效率比垂直轴风力发电机组高。

到目前为止，用于发电的风力发电机都为水平轴，还没有商业化的垂直轴的风力发电机组。

垂直轴风力发电机：旋转轴与叶片平行，一般与地面吹垂直，旋转轴处于垂直的风力2）（发电机。

垂直轴风力发电机相对于水平轴发电机的优点在于；发电效率高，对风的转向没有要求，垂直轴与水平式12-14级台风），启动风速小维修保养简单。

叶片转动空间小，抗风能力强（可抗的风力发电机对比，有两大优势：一、同等风速条件下垂直轴发电效率比水平式的要高，特别是低风速地区；二、在高风速地区，垂直轴风力发电机要比水平式的更加安全稳定；另外，国内外大量的案例证明，水平式的风力发电机在城市地区经常不转动，在北方、西北等高风速地区又经常容易出现风机折断、脱落等问题，伤及路上行人与车辆等危险事故。

按照桨叶数量分类可分为“单叶片”﹑“双叶片”﹑“三叶片”和“多叶片”型风机。

这是由于若采用偶数片形状对称的扇叶，不易调凡属轴流风扇的叶片数目往往是奇数设计。

整平衡。

还很容易使系统发生共振，倘叶片材质又无法抵抗振动产生的疲劳，将会使叶片或心轴因此设计多为轴心不对称的奇数片扇叶设计。

对于轴心不对称的奇数片扇叶，这一原发生断裂。

则普遍应用于大型风机以及包括部分直升机螺旋桨在内的各种扇叶设计中。

包括家庭使用的电风，这样的叶片流量大，噪声低，符合流体力学个叶片的，叶片形状是鸟翼型（设计术语）扇都是3原理。

所以绝大多数风扇都是三片叶的。

三片叶有较好的动平衡，不易产生振荡，减少轴承的磨损。

降低维修成本。

按照风机接受风的方向分类，则有“上风向型”――叶轮正面迎着风向和“下风向型”――叶轮背顺着风向，两种类型。

水平轴风力发电机的特点
嘿，朋友们！今天咱就来聊聊水平轴风力发电机的那些事儿！
你想想看啊，那水平轴风力发电机就像一个不知疲倦的大力士，一直在那呼呼地转着！比如说在广阔的草原上，一台台水平轴风力发电机迎风而立（例子：我上次去草原玩，就看到好多这样的风力发电机，那场面可壮观了），它那长长的叶片慢悠悠地转动着，就像是在和大自然跳着一场慢悠悠的舞蹈。

它的第一个特点就是高效啊！为啥这么说呢？就好比一辆跑车，动力十足，能快速地转化风能为电能。

只要有风，它就能稳稳地工作，给我们带来源源不断的电力（就像家里的电灯泡，多亏了它才能亮堂堂的呀）。

而且啊，它还很稳定呢！不是那种三天打鱼两天晒网的家伙。

不管是小风还是大风，它都能应付自如（就好像一个经验丰富的老船长，不管风浪大小都能稳稳掌舵）。

它还特别耐用呢！可不是那种娇滴滴的玩意儿。

经过各种恶劣天气的洗礼，依然坚强地矗立在那里（就跟咱身边那个特别靠谱的朋友似的，啥时候找他都没问题）。

咱再来说说它的适应性，那可是杠杠的！不管是在海边，还是在山里，都能看到它的身影（去海边度假的时候能看到它，去爬山的时候也能看到它）。

这水平轴风力发电机可真是无处不在，为我们的生活默默地贡献着力量。

总之啊，水平轴风力发电机就是我们生活中的好帮手，有了它，我们的用电就更有保障啦！它真的超厉害的，大家说是不是呀！。

风力机的类型与结构从能量转换的角度看,风力发电机组由两大部分组成。

其一是风力机,它的功能是将风能转换为机械能；其二是发电机,它的功能是将机械能转换为电能。

1.风力机的类型风力机的种类和式样很多,难以一一尽述。

但由于风力机将风能转变为机械能的主要部件是受风力作用而旋转的风轮,因此,风力机依风轮的结构及其在气流中的位置大体上可分为两大类：一类为水平轴风力机,一类为垂直轴风力机。

1.1水平轴风力机水平轴风力机的风轮围绕一个水平轴旋转,工作时,风轮的旋转平面与风向垂直,如图121所示。

风轮上的叶片是径向安置的,与旋转轴相垂直,并与风轮的旋转平面成一角度φ(安装角)。

风轮叶片数目的多少,视风力机的用途而定。

用于风力发电的风力机一般叶片数取1~4(大多为2片或3片),而用于风力提水的风力机一般取叶片数12~24。

叶片数多的风力机通常称为低速风力机,它在低速运行时,有较高的风能利用系数和较大的转矩。

它的起动力矩大,起动风速低,因而适用于提水。

叶片数少的风力机通常称为高速风力机,它在高速运行时有较高的风能利用系数,但起动风速较高。

由于其叶片数很少,在输出同样功率的条件下比低速风轮要轻得多,因此适用于发电。

水平轴风力机随风轮与塔架相对位置的不同而有上风向与下风向之分。

风轮在塔架的前面迎风旋转,叫做上风向风力机。

风轮安装在塔架的下风位置的,则称为下风向风力机。

上风向风力机必须有某种调向装置来保持风轮迎风。

而下风向风力机则能够自动对准风向,从而免除了调向装置。

但对于下风向风力机,由于一部分空气通过塔架后再吹向风轮,这样,塔架就干扰了流过叶片的气流而形成所谓塔影效应,使性能有所降低。

1.2垂直轴风力机垂直轴风力机的风轮围绕一个垂直轴旋转,如图122所示。

其主要优点是可以接受来自任何方向的风,因而当风向改变时,无需对风。

由于不需要调向装置,使它们的结构设计简化。

垂直轴风力机的另一个优点是齿轮箱和发电机可以安装在地面上,这对于一个往往需要在一片呼啸的大风中为一台离地面几十米高的水平轴风力机进行维修服务的人员来说,无疑是一个值得高度评价的特点。