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阻力型垂直轴风力发电机概述早在1300多年前，中国就已经出现一种古老的垂直轴风车，它利用风力来灌溉，如下图所示，它是由8个风帆组成的风轮。
而在1000年前，波斯也建造了垂直轴的风车来带动他们磨谷的石磨。
水平轴风力发电机最早出现在欧洲，要比垂直轴风力发电机晚很多年，所以垂直轴风力发电机可以称为所有风力发电机的先驱。
而垂直轴风力发电机根据驱动力的不同又可以分为升力型和阻力型垂直轴风力发电机，本文主要介绍阻力型垂直轴风力发电机。
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。
阻力型风力发电机的种类及其性能1.杯式风速计是最简单的阻力型风力发电机。
fond风轮这是受到离心式风扇和水力机械中的banki涡轮启示而设计成的一种阻力推进型垂直轴风力发电机，它的名称是根据它的发明者——法国的lafond的名字而得名的。
这种叶片形状的凹面及凸面在受到风力作用后，空气阻力系数差别很大，加上叶片在风里运转时，先使气流吹向一侧，然后运动着的叶片又使气流流向另一侧，这样就产生了一个附加驱动力矩，故这种风轮有较大的启动力矩，它在风速2.5M/s时就能正常起动运转，但是效率较低，能量输出大概是同样迎风面积的水平轴风力发电机的一半。
3.savonius（萨沃尼斯）式风轮（简称“s”轮）这种风力发电机是在1924年由芬兰工程师savonius发明的，并于1929年获得专利。
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。
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。
垂直轴阻力型风力发电机研究分析报告目录1.风力发电机综述2.发电机拆装3.三维建模4.动态模拟5.出现的问题及分析一．风力发电机综述现存的风力发电机尽管种类多样，但归纳起来可分为两类：水平轴风力发电机——风轮的旋转轴与风向平行和垂直轴风力发电机——风轮的旋转轴垂直于地面或者气流方向。
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向的陀螺力。
本次研究的垂直轴风力发电机，类似于现存的垂直轴H型风力发电机。
他们的相同之处在于：1.都采用了空气洞力学原理，针对垂直轴旋转的风洞模拟，叶片选用了飞机翼形形状，在风轮旋转时，它不会受到因变形而改变效率。
2.它用垂直直线连接叶片的连杆组成的风轮，由风轮带动发电机发电送往控制器进行控制，输送负载所用的电能。
而不同之处在于 1.旋转轴上的叶片在围绕旋转轴公转时也可以自转，在叶片位置固定架和叶片角度调整器的作用下确保位于旋转轴一侧的叶片在旋转过程中和风向保持垂直，而另一侧叶片和风向保持平行，减少了阻力，保证了最大限度地利用风能。
2.该轮叶的创新型半转机构设计，主要功能是提高轮叶转速，使风力发电机的效率和输出功率大为提高。
二． 风力发电机的拆装将零件整理并归类用Proe/E 零件测绘 Proe/E 创建零件库 Proe/E 装配观察叶片轴上的小型减速器并拆卸观察并拆卸三个叶片轴拆掉主轴顶端的电机及蜗杆蜗轮观察主轴上的齿轮及塔架内的蜗杆和轴承的位置并拆卸将主轴与塔架分离风力发电机的拆卸将风力发电机移至工作台拆卸 拆卸三个叶片轴的上下支持翼旋转发电机使其自由旋转完成综合实验报告 安装风轮轴上的下支持翼将风轮轴对齐并正确安装主轴与塔架整合主轴上的齿轮及塔架内的蜗杆和轴承正确放置组装安装主轴顶端的电机及蜗杆蜗轮风力发电机的组装将各类零件归整至工作台组合风轮轴的上支持翼三．风力发电机的三维建模1.零件类（1）轴类零件主轴塔架下支持翼上支持翼减速机输入轴减速机输出轴塔架传动轴塔架输出轴(2).盘类零件塔架端盖1 主轴端盖塔架端盖2 减速机侧端盖减速机下端盖叶片轴连接端盖（3）.紧固类零件内六角圆柱端螺钉m8 内六角圆柱端螺钉m6 (4).齿轮塔架传动轮主轴传动轮1主轴传动轮2（5）.轴承类零件深沟球轴承推力球轴承（6）.其它类零件叶片电机及传动装置油封密封圈键挡环2.轴系装配3.三维模型四．风力发电机的动态模拟五．实验过程出现的问题及分析1.如何利用半转机构实现叶片的半转2.如何保证叶片的位置是最合适的3.如何实现它的功率和效率4.如何实现功率的稳定输出。
风力机空气动力学基础知识风能曾是蒸汽机发明之前最重要的动力，数千年前就有了帆船用于交通运输，后来有了风车用来磨面与抽水等。
近年来，由于传统能源逐渐枯竭、对环境污染严重，风能作为清洁的新能源得到人们的重视。
为方便风力机技术知识的学习，下面介绍一些风力机空气动力学的基础知识。
升力与阻力风就是流动的空气，一块薄平板放在流动的空气中会受到气流对它的作用力，我们把这个力分解为阻力与升力。
图1中F是平板受到的作用力，FD为阻力，FL为升力。
阻力与气流方向平行，升力与气流方向垂直。
图1-升力与阻力示意图我们先分析一下平板与气流方向垂直时的情况，见图2，此时平板受到的阻力最大，升力为零。
当平板静止时，阻力虽大但并未对平板做功；当平板在阻力作用下运动，气流才对平板做功；如果平板运动速度方向与气流相同，气流相对平板速度为零，则阻力为零，气流也没有对平板做功。
一般说来受阻力运动的平板当速度是气流速度的20%至50%时能获得较大的功率，阻力型风力机就是利用叶片受的阻力工作的。
图2-阻力的形成当平板与气流方向平行时，平板受到的作用力为零（阻力与升力都为零）。
当平板与气流方向有夹角时（见图3），气流遇到平板的向风面会转向斜下方，从而给平板一个压力，气流绕过平板上方时在平板的下风面会形成低压区，平板两面的压差就产生了侧向作用力F，该力可分解为阻力FD与升力FL。
图3-升力与阻力的形成平板与气流方向的夹角称为攻角，当攻角较小时，平板受到的阻力FD较小；此时平板受到的作用力主要是升力FL，见图4。
图4-小攻角时升力大阻力小飞机、风筝能够升到空中就是依靠升力，升力型风力机就是靠叶片受到的升力工作的。
翼型翼型本是来自航空动力学的名词，是机翼剖面的形状，翼型均为流线型，风力机的叶片都是采用机翼或类似机翼的翼型，图5是翼型的几何参数图图5-翼型的几何参数与翼型上表面和下表面距离相等的曲线称为中弧线，翼型通过以下参数来描述：（1）前缘、后缘翼型中弧线的最前点称为翼型的前缘，最后点称为翼型的后缘。
风力发电机组的分类及各自特点风力发电机组主要由两大部分组成：风力机部分――它将风能转换为机械能；发电机部分――它将机械能转换为电能。
根据风机这两大部分采用的不同结构类型、以及它们分别采用的技术方案的不同特征，再加上它们的不同组合，风力发电机组可以有多种多样的分类。
(1) 如依风机旋转主轴的方向（即主轴与地面相对位置）分类，可分为：“水平轴式风机”――转动轴与地面平行，叶轮需随风向变化而调整位置；“垂直轴式风机”――转动轴与地面垂直，设计较简单，叶轮不必随风向改变而调整方向。
(2) 按照桨叶受力方式可分成“升力型风机”或“阻力型风机”。
(3) 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；叶片的数目由很多因素决定，其中包括空气动力效率、复杂度、成本、噪音、美学要求等等。
大型风力发电机可由1、2 或者3 片叶片构成。
叶片较少的风力发电机通常需要更高的转速以提取风中的能量，因此噪音比较大。
而如果叶片太多，它们之间会相互作用而降低系统效率。
目前 3 叶片风电机是主流。
从美学角度上看，3 叶片的风电机看上去较为平衡和美观。
(4) 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（即在塔架的前面迎风旋转）和“下风向型”――叶轮背顺着风向，两种类型。
上风向风机一般需要有某种调向装置来保持叶轮迎风。
而下风向风机则能够自动对准风向, 从而免除了调向装置。
但对于下风向风机, 由于一部分空气通过塔架后再吹向叶轮, 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。
(5) 按照功率传递的机械连接方式的不同，可分为“有齿轮箱型风机”和无齿轮箱的“直驱型风机”。
有齿轮箱型风机的桨叶通过齿轮箱及其高速轴及万能弹性联轴节将转矩传递到发电机的传动轴,联轴节具有很好的吸收阻尼和震动的特性，可吸收适量的径向、轴向和一定角度的偏移，并且联轴器可阻止机械装置的过载。
而直驱型风机则另辟蹊径，配合采用了多项先进技术，桨叶的转矩可以不通过齿轮箱增速而直接传递到发电机的传动轴，使风机发出的电能同样能并网输出。
屏障平板式风力机（垂直轴阻力式风力机之一）
一个垂直于风向的平板会受到一个与风向相同的力，我们称这个力为阻力。
屏障平板式风力机就是利用风的阻力做功的风力机。
这是一个屏障平板式风力机的叶片转子（叶轮），在转轴上分布着六个平板叶片。
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。
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；而另一侧接受风力，叶片转子就会旋转。
叶片转子的轴垂直于地面安装，结构简单，维护方便。
当风向变化时，为了保证屏障总在转子旋转逆风一面，屏障是可绕轴旋转的，在屏障后侧装有尾舵。
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。
风叶片可以是平板，也可以是别的形状，这个屏障式风力机的叶片是弧面的。
屏障平板式风力机对风的利用效率不高，在叶尖速比λ值为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，。
平板摆转式风力机（垂直轴阻力式风力机之二）
一个垂直于风向的平板会受到一个与风向相同的力，我们称这个力为阻力。
平板摆转式风力机是利用风的阻力做功的风力机。
这是平板摆转式风力机的叶片，在叶片一边有轴
把叶片装在转子支架上，可以旋转，在支架上有挡杆限止叶片的转动角度。
在转子支架上安装六个可转动的叶片。
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，于是风叶转子就旋转起来。
叶片转子的轴垂直于地面安装，由于风叶转子结构的对称性，各个方向的风力均可推动它旋转。
平板摆转式风力机由于叶片的摆转增加了机械磨损；对挡杆的冲击产生噪声，也易造成叶片与挡杆的损坏。
如果把叶片的轴设在叶片中部一侧的位置，可减缓叶片的摆速以减小对挡杆的冲击。
还有把叶片轴水平安装的（叶片轴与风机轴垂直呈辐射状），这里就不再介绍了。
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，但机械磨损与噪声是最大的缺点。
风杯式阻力差风力机（垂直轴阻力差风力机之一）
两个半球面的碗状杯，一个凸面向风，另一个凹面向风，显然在相同风力下后者对风的阻力比前者大。
本小节介绍利用风的阻力差做功的风力机——风杯式阻力差风力机。
这是一个风杯式风力机转子，两个半球面杯对称安装在转轴两侧，球面方向相反。
当垂直方向有风时，凹面向风的球面受到的风阻力要比凸面向风的球面大，两侧的阻力差将使风力机转子转动。
为提高风力机效率，使转动平稳，风力机转子至少有三个风杯，这是装有四个风杯的转子。
当风吹向风杯转子时，转子就因阻力差而旋转。
二个半球面风杯在正面风向时的阻力差一般为3至4倍。
风杯式风力机转子的轴垂直于地面安装，可接受任何方向的水平风力。
为接收更多的风力，风杯要大又要简单结实，可做成是弧面的风杯，如图中右面的风力机，不过阻力差一般为2倍左右。
多个半球面组成多层结构也是好办法，如图中左面的风力机就由多个锥形风杯构成。
风杯式风力机对风的利用效率较低，但结构最简单，无对风装置，适合在小型风电应用，增速箱与发电机可安装在地面，方便安装维护。
S式阻力差风力机（垂直轴阻力差风力机之二）
两个半圆柱面的叶片，一个凸面向风，另一个凹面向风，显然在相同风力下后者对风的阻力比前者大。
本小节介绍利用风的阻力差做功的风力机——Ｓ式阻力差风力机。
这是一个Ｓ式风力机转子（叶轮），两个半圆柱面叶片对称安装在转轴两侧，柱面朝向相反，呈Ｓ形排列。
当垂直方向有风时，凹面向风的半圆柱面受到的风阻力要比凸面向风的半圆柱面大，两侧的阻力差将使风力机转子转动。
这是一台Ｓ式风力机，其转子的轴垂直于地面安装。
由于结构在水平方向对称，任何方向的水平风力均可推动它旋转。
当风向与两半圆柱面直径方向夹角很小时，静止的叶轮不能起动，为防止这个死角，也为转动平稳，Ｓ式风力机转子一般由上下两组叶片阻成，在水平方向相互垂直安装。
风叶也可以是螺旋状，同样可防死角，旋转平稳，也很美观。
Ｓ式风力机对风的利用效率不高，但转矩较大，且结构简单，无对风装置，性价比较高，适合在小型风电应用，增速箱与发电机可安装在地面，方便安装维护。
S式阻力差风力机之二（垂直轴阻力差风力机之三）
本小节介绍Ｓ式阻力差风力机的另两种结构。
这个Ｓ式风力机转子（叶轮）两个半圆柱面叶片对称安装在转轴两侧，柱面朝向相反，两个半圆柱面叶片部分交错。
半圆柱面叶片直径为d，交错距离为e。
当风吹向叶轮时由于阻力差会旋转，而且凹面部分气流会通过交错的空隙进入凸面背后，转折的气流能抵消部分凸面的阻力，可提高风机的效率。
空隙e过大也会降低效率，当e/d=0.17左右时效果较好。
这是一台交错叶片Ｓ式风力机，由于交错空隙e较小，主轴不通过叶轮中心，考虑薄叶片强度不够，通过外框架来支撑叶轮。
另一种类似Ｓ式风力机的是塞内加尔式风力机，它的叶轮由三个半圆柱面叶片与三块平板构成。
塞内加尔式风力机的启动力矩较大，能较好的利用风能。
上述两种风力机的性能较普通Ｓ式风力机有所提高，但结构要复杂些，适合在小型风电应用。
阻力型风力机图片
转载一些网上的阻力型风力机图片，大部分为国外图片，供大家参考。
