垂直轴式风力机课件

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。

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。

垂直轴风力机技术讲座_一_垂直轴风力机及其发展概况尊敬的各位听众，大家好！今天我将向大家介绍垂直轴风力机及其发展概况。

垂直轴风力机，简称VAWT（Vertical Axis Wind Turbine），是一种将风能转化为机械能或电能的设备。

与传统的水平轴风力机不同，垂直轴风力机的主轴垂直于地面，叶轮沿垂直方向旋转。

垂直轴风力机由叶轮、主轴、发电机和塔架等部件组成。

首先，垂直轴风力机的叶片在风向和风速变化时的性能更稳定。

由于叶片自身负载均匀，无论风向如何变化，其始终能够稳定地保持高效发电。

其次，垂直轴风力机具有较高的风能利用率。

传统的水平轴风力机需要依靠风向变化来调整叶片角度，而垂直轴风力机不受风向限制，其整体结构可以更好地捕捉风能。

再次，垂直轴风力机在运行时产生的噪音较低。

由于配置了垂直叶轮，风通过叶轮时的噪音相对较小，对人类和周围环境的影响较小。

最后，垂直轴风力机由于不受风向和风速限制，所以可以在复杂地形上进行安装。

相比之下，水平轴风力机需要被放置在开阔的地带，而垂直轴风力机可以在城市建筑物等狭小空间内部署。

最早的垂直轴风力机出现在公元前200年的古希腊，由亚历山大港的希罗制造。

希罗的垂直轴风力机被称为"风车"，被用来为城市供水。

在20世纪50年代和60年代，垂直轴风力机开始进入大规模商业化阶段。

在此期间，Himmelfarb、Stan Ovshinsky等人发明了新型的垂直轴风力机，并将其用于农村、工业和通信领域。

进入21世纪，垂直轴风力机技术得到了进一步的发展和改进。

新型的材料、设计和制造工艺使得垂直轴风力机的效率和可靠性大大提高。

同时，垂直轴风力机在城市环境中的应用也逐渐增多，被用于绿色建筑、城市综合能源系统等项目中。

值得注意的是，虽然垂直轴风力机具有一些独特的优点，但与大型水平轴风力机相比，其发电量相对较低。

由于叶轮悬挂在机械结构上，因此容易受到自身负载的限制。

总结起来，垂直轴风力机是一种具有许多优点的风能利用设备。

第２７卷第３期２００９年６月可再生能源ＲｅｎｅｗａｂｌｅＥｎｅｒｇｙＲｅｓｏｕｒｃｅｓＶ０１．２７Ｎｏ．３Ｊｕｎ．２００９ｌ升力型垂直轴风力机概述近３０年来．螺旋桨式水平轴风力机发展迅速．已成为大型商业风力发电的主流。

与此同时，以这里厄风力机为代表的升力型垂直轴风力机也受到一些风电发达国家的关注。

虽然垂直轴风力机没有像水平轴风力机那样快速发展，但也取得了一定的进展。

近年来，越来越多的风电厂商将达里厄风力机和直线翼垂直轴风力机应用到离网型中小容量风电领域．研制出了多种既有较高效率又有独特外形的新型升力型垂直轴风力机，获得了一定的市场份额。

本讲以典型的这里厄风力机和直线翼垂直轴风力机为例．介绍升力型垂直轴风力机的基本特征和结构特点。

下一讲将介绍它们的空气动力特性及分析理论。

２典型的升力型垂直轴风力机２．１达里厄风力机典型的达里厄风力机的基本组成：风轮（包括叶片、中央支柱及连接部件等）、制动装置、发电装置、控制系统和支架、拉索和基础等辅助装置（图１）。

各组成部分的成本占整个风力机成本的比例如表１所示。

目前，大多数的迭里厄风力机的客量为几百千瓦级．单位容量成本已经降到图１达里厄风力机示意图表ｌ达里厄风力机各组成部分成本比例风力机组成部分成本比例／％叶片１５叶片支撑部件（中央支柱、轴承、拉索、连接件等）２５发电装置２０控制系统２０基础及辅助装置２０低于１０００美元／ｋＷ。

这主要得益于叶片气动性能的改善和加工技术的提高。

使叶片的成本大为降低。

达里厄风力机的叶片一般为２￣３枚．叶片断面采用空气动力特性良好的翼型．多为ＮＡＣＡ系列和ＳＡＮＤ系列等。

经过多年的研究和实践，叶片的形状大致采用以下几种曲线：Ｔｒｏｐｏｓｋｉｅｎ曲线、抛物线、悬链曲线和圣地亚型曲线等。

其中．Ｔｒｏｐｏｓｋｉｅｎ曲线又分为忽略重力的理想Ｔｒｏ—ｐｏｓｂｅｎ曲线（Ｇ＝Ｏ）和考虑重力的修正Ｔｒｏｐｏｓｋｉｅｎ曲线（Ｇ≠Ｏ）。

对于容量相对较小的这里厄风力机，与叶片产生的离心力相比其叶片的重力可以忽略。