新型垂直轴型风力发电机系统简介GB

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。

摘要为了解决日益严重的环境污染和能源危机的问题，开发了一种以风力的发动机。

由于原材料价格不断上涨，小型风力发电机组生产成本，也不断提高，而购买风机的广大农牧民经济收入有限，因此企业销售价不能随着上涨，企业利润空间很小，无利可图，促使有的企业开始转产。

如原内蒙古商都牧机厂现在已开始生产并网型大型风力发电机组的塔架，大型电焊机、卷扳机已经到货，正准备投产。

有的配套件质量不稳定，性能差，特别是蓄电池，逆变控制器，影响整机发电系统的效率和可靠性。

尽管目前风光互补发电系统推广应用很快、需要量大，但由于太阳能电池组件价格太高（每WP30～50元）。

如果不是目前国家大量补贴，农牧民自购有较大困难，所以说太阳能电池组价格制约风光互补发电系统的发展。

本设计主要设计的是300W 小型垂直轴风力发电机。

关键词：风力发电机小型风力发电机风力垂直轴AbstractIn order to solve the increasingly serious environmental pollution and energy crisis, the development of a wind engine. As a result of rising raw material prices, small wind turbine production costs, is also rising, and the purchase of the majority of fans with limited income of farmers and herdsmen, so as the sales price can not rise, corporate profits is very small, unprofitable, to have Transferring the business started. Such as animal husbandry are the original factory in Inner Mongolia have already started to produce large-scale grid-based wind turbine's tower, a large welding machine, delivery volumes have been the trigger is ready for production. Matching the quality of some pieces of instability, poor performance, especially the battery, the inverter controller, the impact of the whole power system efficiency and reliability. Despite the current landscape to promote the application of hybrid generating system very quickly, the demand for large, but the solar cell component costs are too high (per WP30 ~ 50 million). If it is not currently a large number of national subsidies, farmers and herdsmen have a more difficult since the purchase, so that the price of solar battery power constraints scenery complementary systems. The design of the main design is 300W small vertical axis wind turbine.Key words：Wind turbines small wind turbines wind vertical axis第1章绪论随着中国对“三农”投入力度加大，经济持续快速发展，广大农、牧、渔民对改善生活环境，提高生活质量，改善农村地区的能源结构，解决生活用电的迫切要求，作为农村可再生能源主要支柱之一的小型风力发电行业得到长足的发展，不论是参与开发、研制、生产的单位，还是产品产量、国内外销售以及推广应用范围，与上年相比都有了新的提高，取得了显著的成效。

风力机垂直轴全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：风力机是一种利用风能来产生电力的设备，其在可再生能源领域发挥着重要作用。

传统的风力机多采用水平轴设计，但近年来垂直轴风力机也逐渐受到关注和应用，其优势在于可以更好地适应复杂的环境条件，并具有更高的可靠性和稳定性。

本文将重点介绍风力机垂直轴的设计原理、优势和应用前景。

风力机垂直轴的设计原理基于其垂直轴旋转的特点，与传统的水平轴风力机相比具有许多优势。

垂直轴风力机在风向变化较大的情况下更具灵活性，能够更好地捕捉不同方向的风力。

垂直轴风力机不需要朝向风向，可以在任意风向下都能正常运转，这也降低了设备安装和运行的复杂度。

垂直轴风力机由于整机结构更加简单，维护和运行成本也相对更低。

在风能资源丰富的地区，垂直轴风力机具有广阔的应用前景。

尤其在山地、高原和海岸等地形复杂的地区，垂直轴风力机能够更好地适应地形和气流变化，提高了发电效率。

垂直轴风力机还适用于分散式发电系统，可以更好地满足乡村和偏远地区的电力需求，促进当地的可持续发展。

除了在陆地上的应用，垂直轴风力机还具有广阔的海洋应用前景。

海上风电资源丰富，但也面临环境恶劣、维护难度大等挑战。

垂直轴风力机的结构更加紧凑和稳定，可以更好地适应海洋环境的挑战，为海上风电的发展提供了新的机遇。

虽然垂直轴风力机具有许多优势，但其也面临一些挑战和限制。

由于其结构特殊，垂直轴风力机的风能利用效率相对较低，需要不断优化设计和提高转换效率。

垂直轴风力机的市场规模相对较小，制造成本和研发投入也相对较高，需要不断探索新的商业模式和技术创新，提高其竞争力。

第二篇示例：风力机是一种利用风力发电的装置，现在广泛应用于风力发电场中。

在风力机的设计中，垂直轴和水平轴是两种常见的设计形式。

垂直轴风力机因其特殊的设计结构和优势，在风力发电领域中备受关注。

垂直轴风力机的主要特点是风轮轴线与风速方向垂直，与水平轴相比更适合在低风速环境下发电。

其设计结构简单，可以减少机械故障和维护成本，同时垂直轴的设计更适合在高度变化较大或风向多变的地区使用。

垂直轴风力发电机组设计及优化研究随着能源危机的日益严重，清洁能源的发展逐渐受到了人们的重视和关注。

而风力作为一种广为人知的清洁能源，其利用价值逐渐被人们所认可。

而其中的垂直轴风力发电机组，作为新兴的风力发电技术之一，受到了市场的热捧。

因此，本文将就垂直轴风力发电机组的设计及其优化研究进行探究。

一、垂直轴风力发电机组的基本构造垂直轴风力发电机组，是指垂直于地表方向上，在风能的作用下，通过转动叶轮驱动发电机运转，产生电能的一种发电装置。

其最基本的构造为四个垂直柱体构成了一个支撑框架，中间的四个叶片则通过轮毂连接到支撑框架上，形成涡轮单元。

通过转动的叶片带动轮毂旋转，再通过主轴传递，带动发电机运转，从而产生电能。

二、垂直轴风力发电机组的设计特点1. 设计简单。

相较于传统的水平轴风力发电机，垂直轴风力发电机的制造和安装难度相对较低。

主要原因是其构造简单，况且在摆向上自身带有稳定性，不容易发生倾斜。

2. 适应性强。

垂直轴风力发电机的转轴方向垂直于地面，因此不需要面对自然风向的限制，适应范围也比较广。

同时，垂直轴风力发电机组的安装及运维要求相对较低，且叶轮构型可调性高，避免了地形的局限问题。

3. 反瞬时失速。

由于垂直轴风力发电机的变动阻力比水平轴小，因此在风速急剧变化的情况下亦不易失速，保证了垂直轴风力发电机的高效性。

三、垂直轴风力发电机组的优化研究1. 叶片材料选择。

在垂直轴风力发电机的设计中，叶片是其中最重要的部分。

一些为环保或降低工程成本的原因，许多垂直轴风力发电机的叶片涂覆了高聚物，例如氟橡胶等材料。

然而，因为这种材料的粘滞性能使风阻力增加，大大减轻了垂直轴风力发电机的效率。

因此，一些新材料的研究，例如玻璃纤维、碳纤维等，可以有效地提高垂直轴风力发电机的输出功率。

2. 叶轮形状改进。

随着科技的进步，工程师们也在不断尝试改进垂直轴风力发电机的设计。

例如，通过改进叶轮的形状，改进垂直轴风力发电机的效率。

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。

垂直轴风力发电机的发展概况及趋势1.方向性较强：垂直轴风力发电机不受风向的限制，可以在任何风向下发电，无需根据风向调整机位。

2.占地面积较小：垂直轴风力发电机的设计紧凑，占地面积相对较小。

3.噪音较低：由于机位不需要根据风向调整，垂直轴风力发电机在运行时噪音较低。

4.耐低速风能力强：垂直轴风力发电机在低速风条件下仍能发电，相比于水平轴风力发电机更具优势。

从技术发展角度来看，垂直轴风力发电机经历了几个阶段：1.早期实验：20世纪70年代和80年代，许多实验性的垂直轴风力发电机被试验和研发。

这些设计主要侧重于提高发电机的效率和可靠性。

2.双/多支撑设计：到20世纪90年代，双支撑的垂直轴风力发电机成为主流。

这种设计可以提高发电机的稳定性和安全性。

3.空气动力学优化设计：21世纪以来，随着空气动力学相关技术的发展，垂直轴风力发电机的设计得到了进一步的优化。

通过改进叶片形状、叶片材料和风阻结构，提高了发电机的效率。

目前，垂直轴风力发电机正朝着以下趋势发展：1.多杆式支撑：多杆式支撑的设计可以提高发电机的稳定性和抗风能力。

这种设计可以使垂直轴风力发电机在恶劣的天气条件下仍能保持高效发电。

2.智能控制系统：随着智能技术的发展，垂直轴风力发电机将配备更先进的控制系统。

这些系统可以实时监测发电机的运行状态，优化发电效率，并自动调整机位。

3.现代化材料应用：新型的轻量材料和复合材料的应用可以减轻垂直轴风力发电机的自重，提高其工作效率和抗风能力。

4.海上应用：随着陆地资源的减少，垂直轴风力发电机被逐渐应用在海上。

海上风力资源更为丰富，而且垂直轴风力发电机的方向性和抗风能力使其更适合海上环境。

总之，垂直轴风力发电机作为一种相对新型的发电机，经过几十年的发展和改进，已经取得了一定的成果。

未来，随着技术的进一步发展和全球对可再生能源需求的增加，垂直轴风力发电机有望实现更高效、更可靠的发电，并进一步扩大其应用范围，特别是在海上风能利用方面的应用。

⼩型垂直轴风⼒发电机设计⼩型垂直轴风⼒发电系统设计[摘要]本⽂介绍了⼀种⼩型垂直轴风⼒发电系统的设计⽅案，本系统主要⾯向沿海⾼层建筑或边远地区⽤户。

经过查阅⼤量⽂献资料结合必要的理论计算，系统采⽤四⽚NACA0012型叶⽚构成H型达⾥厄风⼒机，利⽤永磁直驱同步发电机将机械能转化为电能，经过电⼒电⼦电路对蓄电池进⾏充电。

⽂中对主要⽀撑件和传动件进⾏了必要的结构校核，对所⽤的两个⾓接触球轴承进⾏了使⽤寿命校核。

最后以垂直轴风轮和永磁直驱发电机为主要对象，⽤solidworks软件建⽴三维模型，设计风⼒发电系统主要零部件，并简要介绍其控制电路、选择蓄电池型号。

[关键字] 垂直轴风⼒发电机达⾥厄 NACA0012翼型Design of the Vertical Axis Wind Turbine[Abstract]This is a design of a kind of vertical axis wind turbine which was used in removed rural area or highrise in seaside city based on related theories. By consulting reference sources and necessary mathematical operation,four NACA0012 air-foil blades were used as the compoments of the H-type Darrieus. The lead-acid bettery was charged by the electrical energy which was generated by a permanent magnet synchronous motor with the operation of power electronic circuits. In this article,some constructures such as the main suppoting parts and the angular contact ball bearings were vertified on the intensity and life. By using of the solidworks2006 software,every important part has a 3D model. We also design a control circuit and bettery breifly.[Keywords] Vertical axis Wind turbine Darrieus NACA0012 air-foil⽬录第⼀章绪论 (1)1.1 国内外风⼒发电的发展现状及其趋势 (1)1.2 ⼩型垂直轴风⼒发电机发展概况 (3)第⼆章风⼒发电基本原理 (4)2.1 风特性 (4)2.1.1 风能量 (4)2.1.2 湍流特性 (5)2.2 风⼒发电系统结构框架 (5)第三章⼩型垂直轴风⼒发电的总体设计 (6)3.1 风⼒机的种类及选择 (6)3.2 垂直轴风⼒机空⽓动⼒学 (8)3.2.1 风能利⽤率 (9)3.2.2 Cp-λ功率特性曲线 (10)3.2.3 贝茨极限 (10)3.2.4 叶尖速⽐ (11)3.2.5 风⼒机的功率及扭矩计算 (11)3.3 叶⽚选型 (12)3.3.1 叶⽚实度 (13)3.3.2 叶⽚形状及材料 (14)第四章电⽓设备及传动设计 (16)4.1 基本原理 (16)4.1.1 法拉第电磁感应原理 (16)4.1.2 相位⾓及功率因数 (16)4.2 转化装置 (17)4.2.1 直驱式永磁同步发电机 (17)4.2.2 电⽓系统电路设计 (17)4.3 传动系统结构设计及计算 (18)4.3.1 传动轴的设计 (18)4.3.2 轴承的计算及选型 (20)第五章刹车装置及其他部件设计 (25)5.1 刹车装置 (25)5.1.1 刹车装置原理 (25)5.1.2 刹车结构受⼒计算 (27)5.2 塔架的设计 (28)5.2.1 ⽀撑件受⼒分析 (28)5.2.2 拉索的受⼒计算 (30)5.3 蓄电池和选型 (31)5.3.1 蓄电池的种类及⼯作基本原理 (31)5.3.2 蓄电池选型 (32)5.4 箱体的设计 (32)5.4.1 箱体的外形设计 (32)5.4.2 箱体的防锈与密封 (33)结论 (34)致谢语 (35)参考⽂献 (36)附录 (37)引⾔当前⽕⼒发电仍然是主要的发电⽅式，其⾼污染⾼能耗正⼀步步吞噬着地球脆弱的⽣态环境，地球急需⼀种环保⾼效的可再⽣能源来替代⽕⼒发电。

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。

垂直轴风力机原理与设计
垂直轴风力机是一种可用于发电的新型清洁能源装置，它利用垂直导轴升力原理把通
过风力机叶片发生的空气动能变为机械能，再通过轴承和变速箱及其他传动元件转化为电
能进行发电。

具体来说，垂直轴风力机的叶片与传统水平轴风力机有着很大的不同，它们
具有极大的升力，可以利用一半、一半以上的空气动能变成机械能。

此外，垂直轴风力机机构结构通常较小，易于安装，出现在城市屋顶、室外公园等公
共场所。

同时，它很少受到风速的影响，在低风速下也能提供最大的可靠性和可靠性，因此，它可以更好地抗风。

此外，垂直轴风力机噪声低，可以在周边的景观中安装，不会影
响环境。

垂直轴风力机的设计主要针对发电效率，使叶片方向更大地利用风力，减少抗风能力。

叶片为翼型，其中有半圆翼型、半椭圆翼型、三角翼型等。

叶片布局也会超前，用于减少
发电机械能的损失，并调整叶片横断面积，充分利用风力发电。

同时，垂直轴风力机还配
备有控制桨，可以使叶片旋转速度保持稳定，确保其发电效率最大化，并使其运行更加平
稳和安全。

垂直轴风力机的设计需要考虑到可靠性和安全性，一般要采取结构强度和防护措施来
抵抗风荷载传入的振动，有效提高叶片质量比以保证发电安全性，并确保发电机组质量符
合安全质量要求。

另外，还可以将附件和逆转系统配以发电系统，减少故障的发生，使发
电效率更高。

总结来说，垂直轴风力机是一种很好的清洁能源发电装置，能提供可靠性高、环境友
好的电力服务。

为此，重要的是要采用得当的叶片设计，以及充分考虑可靠性和安全性，
以便最大化利用风能发电。

垂直轴风力发电机的设计与实现随着能源需求的不断增长和对环境保护意识的增强，新能源的开发和利用逐渐成为人们关注的热点。

其中，风能作为一种清洁、可再生资源，得到了越来越多的关注和重视。

风力发电机作为利用风能的主要设备之一，不断进行着技术革新和创新。

其中，垂直轴风力发电机的出现，为风能的利用带来了新的思路和技术路线。

一、垂直轴风力发电机的优点相较于传统的水平轴风力发电机，垂直轴风力发电机具备以下优点：1.更加适合复杂地形和城市环境。

由于垂直轴叶片朝向不固定，而且发电机自重轻，可以更好地适应复杂的风场环境和城市建筑群丛。

2.性能更加稳定。

垂直轴风力发电机在不同风速下，发电效率均能保持在较高的水平，稳定性更好。

3.维护成本更低。

由于垂直轴风力发电机拥有更少的部件，并且更方便进行维护、更换，因此维护成本更低。

二、1.叶片设计垂直轴风力发电机的叶片设计主要考虑叶片的形状、倾斜角度、长度等因素。

一般来说，叶片应当尽可能长，以增加风能利用率，并且采用气动优化技术对叶片进行设计，以保证更好的风能利用效率。

2.轴承设计垂直轴风力发电机的轴承设计需要考虑到机组旋转过程中的扭矩、径向载荷、轴向载荷等因素，以保证其稳定性和可靠性。

同时，采用高强度材料和关键部件的精密加工技术，以确保轴承的耐用性和可靠性。

3.发电机设计垂直轴风力发电机需要配备高效、稳定的发电机，以将捕捉到的风能转化为电能。

发电机设计主要考虑电机转速、功率输出能力、电机散热等因素。

4.控制系统设计垂直轴风力发电机的控制系统需要采用先进的数字控制技术，实现对风车旋转速度、匹配不同风速下的灵活调节等功能，最大化利用风能资源。

5.结构设计垂直轴风力发电机结构设计应当注重轻量化、紧凑化，以便于安装和运输。

同时，应考虑到抗风性能、防腐性能等因素。

三、垂直轴风力发电机的应用前景垂直轴风力发电机因其在适应复杂地形和城市环境方面的优势，以及更加稳定、便于维护、性价比更高等优点而备受关注。