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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。
垂直轴风力发电机组动态特性研究垂直轴风力发电机是一种可再生能源发电技术，具有结构简单、抗风性能强等优点。
近年来，随着对可再生能源需求的增加，垂直轴风力发电机的应用得到了广泛关注。
然而，其动态特性研究却是目前研究的一个热点和难点。
一、垂直轴风力发电机的动态特性垂直轴风力发电机的动态特性是指其在运行状态下的运动规律和动态响应特性。
这些特性包括旋转速度、转矩、振动等。
在实际应用中，人们需要对其动态特性进行研究和掌握，以便更好地控制其运行和提高其发电效率。
二、影响垂直轴风力发电机动态特性的因素垂直轴风力发电机的动态特性受多种因素的影响，其中最主要的因素包括风速、风向、行星齿轮传动等。
风速是垂直轴风力发电机的旋转速度的决定因素，风速越大，旋转速度越快。
同时，风速和风向还会对垂直轴风力发电机的转矩产生影响，影响其发电效率。
行星齿轮传动是垂直轴风力发电机常用的传动方式，其不仅能够提高垂直轴风力发电机的传动效率，同时还能改善其动态特性。
三、垂直轴风力发电机动态特性研究的方法针对垂直轴风力发电机动态特性研究的需求，科学家们提出了多种研究方法。
其中，计算机仿真是一种常用的方法。
通过建立垂直轴风力发电机的数学模型，模拟其运行过程，从而分析其动态特性。
此外，实验研究也是研究垂直轴风力发电机动态特性的重要手段。
通过实验，可以直接观察到垂直轴风力发电机的运动状态和动态响应特性，进一步研究其特性以及模型的准确性。
四、垂直轴风力发电机动态特性研究的意义研究垂直轴风力发电机动态特性的意义在于，更好地掌握和控制垂直轴风力发电机的运行状态，提高其发电效率，增强可再生能源发电的可靠性。
另外，对垂直轴风力发电机动态特性的深入研究也有助于推动其技术发展，为人类提供更加可靠和清洁的能源。
五、未来的研究方向随着垂直轴风力发电技术的不断发展，研究垂直轴风力发电机动态特性的热度也在不断升温。
未来，我们需要进一步探究其动态特性的机理和规律，提高其动态响应速度和准确度，优化其设计和结构，从而推动其在可再生能源领域的广泛应用。
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。
兆瓦级垂直轴风力发电机组仿生塔架性能分析垂直轴风力发电机组是一种利用风能进行发电的设备，其与传统的水平轴风力发电机组相比具有更高的风能利用率、更低的噪音和更高的可靠性。
垂直轴风力发电机组的塔架是支撑整个设备的关键组成部分，对其进行仿生性能分析有助于更好地理解和改进垂直轴风力发电机组的工作性能。
首先，对垂直轴风力发电机组的塔架进行力学分析。
塔架的主要作用是承受风载荷，保持发电机组的稳定工作。
通过对塔架的设计和结构进行仿生分析，可以确定塔架在不同工况下的受力情况，并进行合理的优化设计。
例如，可以通过仿生分析确定塔架的截面形状和尺寸，使其在不同风速下具有更好的抗风性能，减小塔架的振动和变形。
其次，进行气动性能分析。
垂直轴风力发电机组的塔架需要承受来自风的作用力，并将其传递给发电机组。
通过仿生分析可以确定塔架的气动性能，包括风向和风速对塔架的影响、各个部分的压力分布等。
这可以为优化塔架的设计提供参考，例如通过调整塔架的形状和尺寸，减小风力对塔架的作用力，进而提高整个风力发电机组的效率。
再次，进行结构强度分析。
塔架作为垂直轴风力发电机组的支撑结构，需要具备足够的强度和刚度以承受风力和发电机组的重量。
通过仿生分析可以确定塔架的结构强度和刚度，并评估其在不同工况下的安全性能。
这可以为塔架的结构设计提供依据，例如通过采用更好的材料和结构形式，提高塔架的强度和刚度，从而保证整个风力发电机组的安全可靠运行。
最后，进行降噪性能分析。
垂直轴风力发电机组相比水平轴风力发电机组具有更低的噪音水平，这在城市和居民区的应用中具有重要意义。
通过仿生分析可以确定塔架的噪音特性，包括其对风噪音的遮挡效果、垂直轴风力发电机组的旋转运动对塔架的噪音影响等。
这可以为优化塔架的设计提供指导，例如通过改变塔架的形状和材料，减小塔架对发电机组噪音的传递，进一步降低垂直轴风力发电机组的噪音水平。
综上所述，兆瓦级垂直轴风力发电机组的塔架性能分析是评估其工作性能的关键环节。
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。
垂直轴风力发电案例是一种利用风能转化为电能的发电技术，其核心部分是风力发电机。
垂直轴风力发电机的设计理念与传统水平轴风机不同，它们专注于在所有风向条件下都能捕捉风能，并具有更强的抗台风能力。
以下是一个具体的垂直轴风力发电案例。
这个案例设定在位于我国西部的一个风力资源丰富的地区，这里的风速大、风向多变，对风力发电设备的要求极高。
在这个案例中，我们将介绍一个由当地企业研发并制造的垂直轴风力发电机组。
这个垂直轴风力发电机组的设计独特，由多个小型涡轮机组成，可以同时捕捉各种方向的风。
每台涡轮机都由一个轻量级、高强度的碳纤维材料制成的垂直轴驱动，这种设计可以更好地抵抗强风的影响。
同时，该机组还采用了先进的控制技术，能够在风速变化时调整涡轮机的旋转速度，以实现最佳的风能转换效率。
在安装方面，该机组被安装在预先设计好的支架上，这些支架经过精确的计算和测量，能够最大限度地利用风能。
同时，为了确保安全，该机组还配备了自动故障诊断和紧急停止功能，一旦出现异常情况，能够立即停止发电机组，防止事故发生。
在实际运行中，该垂直轴风力发电机组运行稳定，效率高，能够满足当地电网的电力需求。
同时，该机组还具有噪音小、无污染的优点，对环境的影响很小。
此外，该机组的维护成本低，只需定期检查和维护即可，大大降低了运营成本。
总的来说，这个垂直轴风力发电机组在当地取得了巨大的成功，不仅满足了当地的电力需求，还为当地创造了就业机会，推动了当地经济的发展。
它的成功经验表明，垂直轴风力发电机组在风能资源丰富的地区具有广阔的应用前景。
然而，随着技术的发展和市场的变化，我们还需要进一步研究和改进垂直轴风力发电机组，以适应不同的环境和需求。
垂直轴风力发电机研究报告（二）引言概述：本文是关于垂直轴风力发电机的研究报告的第二部分。
通过对垂直轴风力发电机的深入研究，我们探讨了该技术在可再生能源领域的应用前景。
本报告将分为五个大点来详细介绍垂直轴风力发电机的工作原理、设计优势、市场潜力、环境影响以及未来发展方向。
I. 垂直轴风力发电机的工作原理1. 简要介绍垂直轴风力发电机的结构和组成部件2. 解释垂直轴风力发电机的工作原理和能量转换机制3. 讨论垂直轴风力发电机与传统水平轴风力发电机之间的不同之处II. 垂直轴风力发电机的设计优势1. 分析垂直轴风力发电机的优越空气动力学特性2. 探讨垂直轴风力发电机在复杂气候条件下的性能表现3. 讨论垂直轴风力发电机的设计灵活性和适应性III. 垂直轴风力发电机的市场潜力1. 评估垂直轴风力发电机在不同地理条件下的潜在市场规模2. 分析垂直轴风力发电机的成本效益和经济可行性3. 探讨垂直轴风力发电机在城市和乡村地区的适用性IV. 垂直轴风力发电机的环境影响1. 评估垂直轴风力发电机对飞鸟、蝙蝠等野生生物的影响2. 分析垂直轴风力发电机对地质环境和景观的影响3. 探讨垂直轴风力发电机在可持续发展中的重要性和可能的环境挑战V. 垂直轴风力发电机的未来发展方向1. 研究垂直轴风力发电机在智能电网中的应用潜力2. 探讨垂直轴风力发电机与其他可再生能源技术的结合3. 分析垂直轴风力发电机的材料和技术创新趋势总结：通过对垂直轴风力发电机的研究，本报告强调了其在可再生能源领域的重要作用。
垂直轴风力发电机具有独特的结构设计和工作原理，可以在多种环境下实现可靠的能源转换。
尽管存在一些环境和经济方面的挑战，但垂直轴风力发电机的市场潜力仍然非常巨大。
未来的研究和发展应聚焦于进一步提高效率、减少成本并解决环境影响问题，以推动垂直轴风力发电机技术的进一步成熟和广泛应用。
垂直轴风力发电机的性能分析与优化设计近年来，由于能源危机的威胁和对环境保护意识的增强，可再生能源的研究和利用引起了广泛关注。
而其中，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，其开发利用的研究也日益受到重视。
而在众多风力发电机中，垂直轴风力发电机由于其结构独特性能优越而备受瞩目。
本文将对垂直轴风力发电机的性能分析与优化设计进行探讨。
首先，垂直轴风力发电机的性能分析是对其发电效率、功率输出等关键性能参数进行考察与评估。
在分析性能时，需要研究气流在叶轮上的流动特性、转动力矩等因素。
例如，气流进入垂直轴风力发电机后，通过叶轮的流动形成旋涡，而这种旋涡流动将产生一个转动力矩，推动风力发电机进行转动并生成电能。
因此，需要对叶轮的设计和形状进行优化，以提高转动力矩和效率。
其次，优化设计是针对垂直轴风力发电机存在的问题和不足，通过改进设计方案和结构等方式来提高其性能和效率。
例如，垂直轴风力发电机在垂直轴方向上具有较强的适应性，可以根据风向的改变自动调整转向，提高风能的利用率。
然而，在传统垂直轴风力发电机中，由于叶轮的设计不合理，使得发电机的功率输出不稳定。
因此，优化设计可以针对叶轮的形状、材料以及叶片的布置方式等进行调整，以提高发电机的功率输出和工作稳定性。
此外，垂直轴风力发电机的性能也受到环境因素的影响，并且在不同的环境条件下性能表现可能会有所不同。
因此，在性能分析和优化设计中，需要考虑风速、温度、湿度等因素对垂直轴风力发电机性能的影响，并且进行相应的修正和调整。
例如，根据不同地区的风速特点，可以选择不同材料和设计方案，以适应不同的风能资源，从而提高发电机的发电能力和利用效率。
此外，垂直轴风力发电机作为一种新兴的可再生能源装置，其还存在一些待解决的问题和挑战。
首先，垂直轴风力发电机在低风速条件下的发电效率相对较低，因此需要在设计中加入启动装置或增大发电机面积以提高其启动能力。
其次，垂直轴风力发电机在一些特殊环境下，如恶劣天气条件下，容易受到损坏，因此需要加强设计的结构强度和稳定性。
第11期··1风力发电机主轴1.1主轴形式分类风力发电机是一种将风能转换成机械能、电能或热能的能量转换装置。
风机的造型，既要考虑到结构和重量的需要，也要考虑到视觉的要求。
按照风轮主轴的不同可分为水平轴风机和垂直轴风机。
能量驱动链（即风轮、主轴、增速箱、发电机）呈水平方向的，称为水平轴风机(图1)；能量驱动链成垂直方向的，则称为垂直轴风机(图2)。
水平轴风机是目前国内外最常见、技术最成熟并占据主流市场的一种风力发电机。
其风轮叶片数一般为2～3叶，叶片形状一般为翼形，该风轮启动力矩较大，风能利用系数高。
为使扫风面随时对风，需装有调向装置。
垂直轴风机的叶轮转动与风向无关，因此不需要像水平轴风机那样采用迎风装置。
垂直轴风机通常可分为2种类型：一类是利用空气动力的阻力做功，典型的结构是S 型风机，它由2个轴线错开的半圆柱形组成，其优点是起转矩较大，缺点是由于围绕着风轮产生不对称气流，从而对它产生侧向推力。
对于较大型的风机，由于受偏转与极限应力的限制，采用这种结构形式是比较困难的。
另一类是利用翼型的升力做功，最典型的是达里厄（Darrieus ）型风机。
这种风机有Φ型、H 型、Y 型和菱形等多种形式，基本上分为直叶片和弯叶片2种，以H 型、Φ型风机为典型。
H 型风机结构简单，但结构的离心力使叶片在其连接点处产生严重的弯曲应力，且直叶片需要较多横杆或拉索支撑，由此产生了气动阻力，降低了效率。
而Φ型风机的弯叶片只承受张力，不承受离心力，由此使弯曲应力减至最小。
由于材料所承受的张力比弯曲应力要强，因此，对于相同的总强度，Φ型叶片比较轻，且可以比直叶片以更高的速度运行。
1.2水平轴与垂直轴风机的比较1.2.1风能利用率以前一直用叶素理论计算垂直轴风机的风能利用率，得出了利用率不如水平轴的结论。
但通过国内学者的数值模拟来看，垂直轴风机的风能利用率不比水平轴的低；国外相关科研机构经过试验也表明垂直轴风机的风能利用率在40%以上。
垂直轴风力发电机研究报告垂直轴风力发电机研究报告简介•垂直轴风力发电机是一种新型的风力发电设备•它与传统的水平轴风力发电机相比具有独特的优势•本报告旨在对垂直轴风力发电机进行深入研究和分析研究背景•随着能源问题的日益严重，风力发电得到了越来越多的关注•传统的水平轴风力发电机存在一些局限性，如对风向的敏感度较高•垂直轴风力发电机在这一背景下应运而生，吸引了研究者的目光研究目的•了解垂直轴风力发电机的工作原理和结构特点•探讨垂直轴风力发电机的优缺点以及应用前景•分析垂直轴风力发电机技术的发展趋势研究方法•文献综述和资料收集：查阅相关文献和资料，了解垂直轴风力发电机的研究现状•实验研究：搭建垂直轴风力发电机实验平台，测试其性能和效率结果与讨论1.垂直轴风力发电机的工作原理–垂直轴风力发电机通过垂直旋转的轴产生动能–风通过叶轮，使叶轮旋转，进而驱动发电机发电2.垂直轴风力发电机的优缺点–优点：对风向敏感度低，适用于复杂的风环境；结构紧凑，适用于城市等空间有限的地区–缺点：低功率密度，发电效率相对较低；制造成本较高3.垂直轴风力发电机的应用前景–城市建筑物上的垂直轴风力发电机可以提供可再生能源支持–适用于农村和乡村地区，发挥自给自足的作用4.垂直轴风力发电机技术的发展趋势–提高垂直轴风力发电机的功率密度和发电效率–降低制造成本，推动其在实际应用中的普及–结合其他可再生能源技术，实现综合利用结论•垂直轴风力发电机作为一种新型的风力发电设备，具有独特的优势和应用前景•随着技术的不断进步，垂直轴风力发电机的性能将得到进一步提升和优化•在未来的能源转型中，垂直轴风力发电机有望发挥重要作用注意：本报告仅为Markdown格式示例，具体内容根据实际研究结果进行填写。
风力发电技术的效率与可靠性分析引言：随着可再生能源的快速发展，风力发电作为一种清洁、持续且可再生的能源形式，受到了广泛关注。
然而，风力发电技术的效率和可靠性一直是业界和学术界关注的热点话题。
本文将从效率和可靠性两个方面进行详细分析，以揭示风力发电技术的现状和潜力。
一、效率分析风力发电技术的效率是指从风能转化为电能的比例。
这个比例受到多种因素的影响，如风速、风轮直径、风轮材料和设计等。
以下是对这些因素的详细分析：1. 风速：风力发电机的效率与风速的关系密切。
一般来说，较高的风速会带来更高的效率。
然而，过高或过低的风速都会降低效率。
在设计风力发电机时，需要考虑到不同风速下的效率，以提高整体的发电效率。
2. 风轮直径：风轮直径是风力发电机中决定效率的关键因素之一。
较大的风轮直径能够捕捉更多的风能，从而提高发电效率。
然而，过大的风轮直径会增加风力发电机的成本和复杂度。
因此，需要在风轮直径和成本之间找到平衡点，以实现最佳效率。
3. 风轮材料：风力发电机的风轮通常由复合材料制成，如玻璃纤维、碳纤维等。
这些材料具有高强度和轻质的特点，能够提高风力发电机的效率。
通过选择合适的材料和制造工艺，可以进一步提高风力发电的效率。
4. 设计：风力发电机的设计也对效率有着重要的影响。
例如，通过改进风机的叶片形状和角度，可以提高转动的效率；通过优化传动系统，可以减少能量损失；通过采用最佳的控制算法，可以提高发电机的整体效率。
二、可靠性分析风力发电技术的可靠性是指系统能够在长期运行中保持稳定运行的能力。
以下是影响风力发电技术可靠性的关键因素：1. 维护和保养：定期的维护和保养对于风力发电机的可靠性至关重要。
例如，定期检查和更换叶片、齿轮和润滑油等部件，能够减少故障和延长使用寿命。
2. 气象条件：风力发电机的可靠性还受到气象条件的影响。
极端的天气条件，如强风、大雪和极端温度，可能会对风力发电机造成损害或影响其正常运行。
因此，风力发电机的设计和安装需要充分考虑不同的气象条件，以提高可靠性。
垂直轴风力发电机研究报告1.垂直轴与水平轴对比垂直轴风力发电机与水平轴风力发电机相比，有其特有的优点：①水平轴风力发电机组的机舱放置在高高的塔顶，而且是一个可旋转360度的活动联接机构，这就造成机组重心高，不稳定，而且安装维护不便。
垂直轴风力发电机组的发电机，齿轮箱放置在底部，重心低，稳定，维护方便，并且降低了成本。
②风力发电机的客户越来越需要使用寿命长、可靠性高、维修方便的产品。
垂直轴风轮的翼片在旋转过程中由于惯性力与重力的方向恒定，因此疲劳寿命要长于水平轴风轮；垂直轴风力发电机的构造紧凑，活动部件少于水平轴风力机，可靠性较高；垂直轴系统的发电机可以放在风轮下部甚至地面上，因而便于维护。
③风力发电机由于高度限制和周围地貌引发的乱流，常常处于风向和风强变化剧烈的情况，垂直轴风力发电机有克服“对风损失”和“疲劳损耗”上有水平轴风力发电机不可比的优点，且理论风能利用率可达40%以上.因此在考虑了较小的启动风速和对风力机影响较大的“对风损失”之后，从而提高垂直轴风轮的风能实际利用率。
④水平轴风力发电机组机仓需360度旋转，达到迎风目的。
这个调节系统包含有旋转机构，风向检测，角位移发送，角位移跟踪等系统。
垂直轴风力机不要迎风调节系统，可以接受360度方位中任何方向来风，主轴永远向设计方向转动。
⑤水平轴风力发电机的翼片受到正面风载荷力，离心力，翼片结构相似悬臂梁。
翼片根部受到很大弯矩产生的应力。
而且翼片在旋转一周的过程中，受惯性力和重力的综合作用，惯性力的方向是随时变化的，而重力的方向始终不变，这样翼片所受的就是一个交变载荷，这就要求翼片有很高的的疲劳强度，因此大量事故都是翼片根部折断。
而垂直轴风机的翼片主要承受拉应力，不易折断，寿命长。
⑥水平轴风力发电机组翼片的尖速比高，一般在5〜7左右，在这样的高速下翼片切割气流将产生很大的气动噪音，导致噪声污染。
垂直轴风力机翼片的尖速比较水平轴的要小的多，这样的低转速基本上不产生气动噪音，无噪音带来的好处是显而易见的，以前因为噪音问题不能应用风力发电机的场合 （城市公共设 施、民宅等），现在可以应用垂直轴风力发电机，因此，垂直轴风力发电机比水 平轴有更广阔的应用领域。
垂直轴与水平轴风电技术及效益的特点分析序号性能水平轴风力发电机垂直轴风力发电机1 发电效率50-60% 70%以上2 对风转向机构有无3 叶片旋转空间较大较小4 抗风能力强强5 噪音大小6 启动风速高（2.5-5m/s）低(1.5-3m/s)7 地面投影对人的影响眩晕无影响8 故障率高低9 运行、保养费用费用高费用低（主要设备在地面）10 转速高低11 对鸟类影响大小12 电缆绞线问题（或碳刷损坏问题）有无12 机舱变速箱运行漏油有无13 发电曲线凹陷饱满14 风电场造价单位功率价格变化不大8000-10000元/千瓦功率越大单价越低6000-6500元/千瓦（注：仅供参考）大力发展风电，离不开风机的国产化。
为促进风电发展，国家鼓励自主研发，坚持推进风机设备国产化，降低设备成本。
按照工业和信息化部与青海省的战略合作协议要求，北京航空航天大学、工信部规划司和风发科技发展有限公司，就“垂直轴风电机组系列化产品产业化”进行指导和技术交流，决定北航和风发科技联合设立“垂直轴风电工程技术中心”。
风发科技响应国家号召，从成立至今投入大量的人、财、物进行研发，技术从研发初期到成熟，再到领先，大型垂直轴机组获得青海省科技厅项目验收和科技成果评价：填补了国内大型垂直轴风电机组的空白，达到国际先进水平。
成熟的垂直轴风机基于其先进的设计方法，弥补了水平轴机组的缺陷，以启动风速低、风能利用率高和无噪声，主要设备在地面，运行维护成本低等众多优点。
公司研制的垂直轴风电机组给风电市场提供了机型选择方案，具备了更加广阔的市场应用前景。
风发科技与机组相关的专利共申请了52项，含3项国际PCT专利，涵盖风轮叶片、发电机和控制三大核心技术，到目前为止，共有14项发明、1项外观设计和18项实用新型专利获得授权。
风发科技在研发和实验过程中形成了企业标准，标准显示了与水平轴风力发电机组主要不同的方面，特别是在风轮叶片、发电机、术语及定义、载荷计算、安全要求、安装、试验等。
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。
所以，从一个水平轴的风电场可以发现，背风的水平轴的风力发电机组是不工作的，迎风的水平轴发电机组工作，而且，水平轴的发电机都安装在顶部，增加了电缆的长度和维护成本。
二、垂直轴系统结构
在国外，垂直轴风轮叶片一般是等截面，单troposkien（）曲线，对于50KW风机风轮叶片是等截面双troposkien曲线（如图1所示）。
在相同的外形尺寸下，扫风面积增大15%，大大提高了气动效率和输出功率。
图1 50KW 风力发电机组
垂直轴的结构，主要分为风轮支撑装置、制动系统、传动系统、发电机及其控制系统四大部分（见图1）
风轮支撑装置：顶部轴承装置设在风轮上端，由四根张紧的另一端固定于地面的斜拉钢丝绳支撑风轮，并保证风轮主轴的垂直；下部轴承装置承受来自风轮主轴的垂直力。
制动系统：盘式制动器设在高速刹车盘上，通过齿轮箱实施制动。
传动系统：包括联轴器、传动轴、齿轮箱、轴承等组成传动系统，膜片联轴器作为软连接传递扭矩。
发电机和控制系统：包括启动和刹车控制，测试与PLC采集传输，润滑系统和监测报警。
采用发电机励磁和软并网控制。
其中叶片是扁锥形的，从它的横截面可看出分三层结构，内层是钢心轴，用于加固叶片，中间层是发泡材料，其作用是缓冲拉力，外层是玻璃钢蒙皮。
在该系统中，采用了欧姆龙机型的PLC控制，实现了只启动小电机发电和大、小电机相互切换发电。
一般情况下，小电机的额定转速是63转/分钟（rpm）。
大电机的额定转速是95转/分钟（rmp）。
从图1的结构可以看出，垂直轴风机的一个特点是控制中心在地面，便以运行人员的控制。
相对于水平轴风力发电机来说，节约了一定的运营成本。
但垂直轴的占地面积较大，并且需要钢丝绳固定。
这样就会给轴承造成一定的压力，影响轴承的寿命。
三、检测界面
轴的扭剪和弯曲检测分析：
轴的扭剪和弯曲对轴的正常运行有比较明显的影响。
风机在运行状态下，轴受到的扭剪和弯曲的应力的实时波形的对照图如图2所示。
现场测试时，在100s时刻启动风机，分别在150s、220 s、300s时刻增加变频器的功率，瞬间提高转速。
由图可见，风机启动时，噪音较大，扭剪和其它应力的瞬间值变化很大，在150s、220 s、300s变速过程中，受力略有变化，当达到匀速的时候，受力平稳。
直到400s开始停车时，应力的变化较明显。
图2 轴上应力时域波形
四、系统分析
在风力发电系统中，使用了大量的传感器，以便更好的采集数据。
其中在风机上，使用了风向传感器；在转轴和叶片上安装的加速度传感器和应力传感器；在刹车片上安装的温度传感器；在金属架底座上安装了位移传感器；在控制机柜里安装了湿度传感器；在用于固定轴的钢丝绳上，安装了拉力传感器；在轴的上面还安装了扭矩传感器。
在测试过程中，PLC控制器会通过各个传感器采集到大量的数据，并且把采集到的数据通过以太网传输到工控机上，进行数据处理，描绘出相应的曲线。
目前风机的主要侧重点在于效率的提高及轴和叶片的受力。
这要通过对风轮做ANSYS有限元模态分析计算、机械功率计算和CP值计算，并且与实验数据进行比较来分析。
下面就三种计算方法来分析：
机械功率计算方法
机械功率是通过扭矩和风轮转数数据计算得到，具体公式为：
(1)
式中 C : 扭矩，Nm ;
n : 风轮转速，rpm。
得到数据后，在同一风速下取平均值。
Cp值计算方法
Cp 是风机的风能利用系数，是风机的风轮能够从自然风能中吸取能量与风轮扫过面积内未扰动气流所具风能的百分比。
其计算公式为：
(2)
式中：当地空气密度, kg/m3 ;
S ：风轮扫风面积, m2 ;
V ：上游风速, m/s。
尖速比值计算方法
尖速比表示风轮运行速度的快慢，常用叶片尖端线速度与来流风速之比来描述。
其表达式为：
(3)
式中 n ：风轮转速，rpm ；
R ：叶尖半径，m ；
V ：上游风速，m/s ；
：风轮角速度，rad/s。
图3理论计算的风能利用系数和尖速比的关系
从图上可知，理论上，在风速为13m/s的时候，最大值可以达到0.44, 所对应的尖速比值为4.3。
此时风机的效率最高，发电量最大；当风速慢慢变小，Cp值也会随之波动变小，风机的效率也就随之慢慢降低。
在实地测量数据时，会由于风机风阻等不定因素的影响，实际测量值和理论值会有所变化。
在实际测量中，我们得到的最大Cp值为0.32，和理论上计算得到的Cp值（经过反复检验，我们认为这个Cp值为理论不记损失的真实值）相差约72%，因此得到气动损失系数约为28%。
现场实际测量的曲线图如下：（如图4所示）
图4 现场实际测试数据结果
通常风机的开始发电的启动风速为5m/s,当风速达到最大13m/s的时候，小风机的输出功率最大，能够达到9kW以上。
通过PLC命令实现机组的启动和关机程序，发电机的软并网控制，风速、风向和风轮转速实时监视。
根据以上的分析数据分析，能使风力发电机组的运行参数保持在的正常运行范围内，对风力发电机组的控制，使风力发电机组有效、安全的运行，降低机组所受的应力水平，但风机的效率偏低，从公式（1）可以看出，效率与扭矩成正比，经过反复试验发现，每一次高速采集程序采集到的扭矩值都有一个零飘值，使得公式计算的扭矩值存在较大的误差，经过扭矩调零点后，效率有所提高。
参考文献：
1．《新能源发电技术》王长贵崔容强周篁主编中国电力出版社 2003年10月第一版2．21世纪可持续能源丛书——风能开发利用，张希良主编化学工业出版社2005年1月第一版3．风力发电机组规范贺德馨田野等人民交通出版社 2003年3月第一版4．可编程序控制器 SYSMAC CJ 系列操作手册 2002年10月修订。
5．面向对象的理论与C++实践王燕编著清华大学出版，1997年2月第一版6．Templin, R.J. and Rangi R.S. , “Vertical –Axis Wind Turbine Development in Canada,” IEEE Proceedings,Vol.130,Part A,No.9,December 1983。
