4.1垂直轴风力发电机分类及原理

1、11第四章第四章 垂直轴风力发电机组垂直轴风力发电机组22垂直轴风力机的类型垂直轴风力机的类型 1 1、阻力型垂直轴风力机、阻力型垂直轴风力机 阻力型风力机是由于风力机的叶片在迎风方向形状阻力型风力机是由于风力机的叶片在迎风方向形状不对称，引起空气阻力不同，从而产生一个绕中心轴的不对称，引起空气阻力不同，从而产生一个绕中心轴的力矩，使风轮转动。杯式风速计是最简单的阻力型垂直力矩，使风轮转动。杯式风速计是最简单的阻力型垂直轴风力机。轴风力机。 第四章第四章 垂直轴风力发电机组垂直轴风力发电机组一、分类一、分类按照空气动力学按照空气动力学工作原理分为工作原理分为阻力型阻力型升力型升力型33第四章第

2、四章 垂直轴风力发电机组垂直轴风力发电机组屏障平板式风力机屏障平板式风力机 如图是屏障平板式风力机的叶片转子（风轮），在转轴上分布着六个平板如图是屏障平板式风力机的叶片转子（风轮），在转轴上分布着六个平板叶片，风轮转轴与地面垂直。当风吹向风叶转子时，转子并不会旋转，因为风叶片，风轮转轴与地面垂直。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在转子两侧的阻力相同44第四章第四章 垂直轴风力发电机组垂直轴风力发电机组屏障平板式风力机屏障平板式风力机 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

3、，不对叶片产生推力；而另一侧接受风的推力，叶片转子就会旋转。对叶片产生推力；而另一侧接受风的推力，叶片转子就会旋转。55第四章第四章 垂直轴风力发电机组垂直轴风力发电机组屏障平板式风力机屏障平板式风力机66第四章第四章 垂直轴风力发电机组垂直轴风力发电机组屏障平板式风力机屏障平板式风力机 当风向变化时，为了保证屏障总在转子逆风一面，屏障必须是可绕轴旋转当风向变化时，为了保证屏障总在转子逆风一面，屏障必须是可绕轴旋转的。在屏障后侧装上尾舵。安有尾舵的屏障可保证在任何风向下叶片转子都朝的。在屏障后侧装上尾舵。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。一个方向旋转。77第四章第四章

4、垂直轴风力发电机组垂直轴风力发电机组 屏障平板式风力机对风的利用效率不高，在叶尖速比为屏障平板式风力机对风的利用效率不高，在叶尖速比为0.2至至0.6时出力最时出力最大。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。型风电应用。88第四章第四章 垂直轴风力发电机组垂直轴风力发电机组平板摆转式风力机平板摆转式风力机 如图是平板摆转式风力机的叶片，在叶片一边有轴，把如图是平板摆转式风力机的叶片，在叶片一边有轴，把6个叶片装在风轮个叶片装在风轮支架上，叶片可绕叶片轴旋转，在风轮支架上有挡杆限止叶片的转动

5、角度。风支架上，叶片可绕叶片轴旋转，在风轮支架上有挡杆限止叶片的转动角度。风轮支架中心是风轮轴。轮支架中心是风轮轴。99第四章第四章 垂直轴风力发电机组垂直轴风力发电机组 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，于是风轮就旋转起来。轮就旋转起来。1010第四章第四章 垂直轴风力发电机组垂直轴风力发电机组1111第四章第四章 垂直轴风力发电机组垂直轴风力发电机组 平板摆转式风平板摆

6、转式风力机在较低风速时力机在较低风速时也能旋转，能较好也能旋转，能较好的利用风的阻力，的利用风的阻力，在阻力型风力机中在阻力型风力机中效率算高的，在叶效率算高的，在叶尖速比尖速比值为值为0.2至至0.6时出力最大，时出力最大，增速箱与发电机可增速箱与发电机可安装在地面，方便安装在地面，方便安装维护。机械磨安装维护。机械磨损与噪声是平板摆损与噪声是平板摆转式风力机的缺点转式风力机的缺点，但随着材料与结，但随着材料与结构的改进，可在中构的改进，可在中小型风力机中得到小型风力机中得到应用。应用。1212第四章第四章 垂直轴风力发电机组垂直轴风力发电机组风杯式风力机风杯式风力机1313第四章第四章 垂

7、直轴风力发电机组垂直轴风力发电机组 利用叶片在顺风和逆风时受风面形状不同而产生不利用叶片在顺风和逆风时受风面形状不同而产生不同的阻力系数，来驱动风轮旋转的风力机。同的阻力系数，来驱动风轮旋转的风力机。112TSVC逆风阻力：逆风阻力：其中空气密度 S风轮迎风面积 V来流风速 C空气动力系数1414第四章第四章 垂直轴风力发电机组垂直轴风力发电机组以半球为例，当风吹到半球凹面一侧，以半球为例，当风吹到半球凹面一侧，c c值为值为1.331.33，当风，当风吹到半球凸面一侧时，吹到半球凸面一侧时，c c值为值为0.340.34。对于柱面，当风吹向凹。对于柱面，当风吹向凹面和凸面时，系数面和凸面时，

8、系数c c分别为分别为2.32.3和和1.21.2。由于组成风轮的叶片。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。转轴的驱动力偶，整个风轮随即转动。1515第四章第四章 垂直轴风力发电机组垂直轴风力发电机组风杯式风力机风杯式风力机1616 S S型的型的SavoniusSavonius风力机风力机 S S型风力机是阻力型风力机中的经典型式，当风吹向型风力机是阻力型风力机中的经典型式，当风吹向叶轮时，由于叶片迎风面形状不同，有叶轮时，由于叶片迎风面形状不同，有F F1 1 F F2 2，产生力矩，产生力矩M M，驱动风轮做逆时针方向旋转驱动风轮做逆时针方向旋转( (俯视情况下俯视情况下) )。 S型风力机外形第四章第四章 垂直轴风力发电机组垂直轴风力发电机组1717第四章第四章 垂直轴风力发电机组垂直轴风力发电机组1818第四章第四章 垂直轴风力发电机组垂直轴风力发电机组某风力机的性能曲线某风力机的性能曲线 阻力型风力机的风能利用系数阻力型风力机的风能利用系数较低，故很少用于发电。转速决定较低，故很少用于发电。转速决定了输出功率的大小，风轮只有在最了输出功率的大小，风轮只有在最佳转速下才能获得最佳风力机输出佳转速下才能获得最佳风力机输出功率，如图所示，给