垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)分類(lèi)

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現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機(jī)有很多種不同的類(lèi)型，根據(jù)石家莊風(fēng)機(jī)形狀和石家莊風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的方向，可初步將石家莊風(fēng)機(jī)分為兩類(lèi)，即水平軸石家莊風(fēng)機(jī)和垂直軸石家莊風(fēng)機(jī)，其中水平軸石家莊風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸基本與葉片垂直而與地面平行，而垂直軸石家莊風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸基本與葉片平行而與地面垂直o
由于葉片做功原理的不同，垂直軸石家莊風(fēng)機(jī)主要分為兩種：升力型石家莊風(fēng)機(jī)和阻力型石家莊風(fēng)機(jī)，升力型石家莊風(fēng)機(jī)主要依靠翼型產(chǎn)生的升力做功，而阻力型石家莊風(fēng)機(jī)則主要依靠空氣阻力做功。常見(jiàn)的升力型石家莊風(fēng)機(jī)為Darrieus型石家莊風(fēng)機(jī)，此種石家莊風(fēng)機(jī)葉片形狀多設(shè)計(jì)為翼形，其特點(diǎn)是動(dòng)轉(zhuǎn)矩系數(shù)較高、風(fēng)能利用率較高，因此多適用于大型石家莊風(fēng)機(jī)，但它同時(shí)具有啟動(dòng)性能差，制動(dòng)困難等缺點(diǎn)。常見(jiàn)的阻力型石家莊風(fēng)機(jī)則為Savonius石家莊風(fēng)機(jī)，這種石家莊風(fēng)機(jī)主要依靠葉片所產(chǎn)生的動(dòng)力矩和阻力矩之差來(lái)做功，因此其動(dòng)轉(zhuǎn)矩系數(shù)較低、風(fēng)能利用率較低，有待于進(jìn)一步的研究和改進(jìn)。
(1)升力型石家莊風(fēng)機(jī)
典型的升力型垂直軸石家莊風(fēng)機(jī)是Darrieus型石家莊風(fēng)機(jī)，Dameus型石家莊風(fēng)機(jī)由法國(guó)學(xué)者達(dá)里厄(Darrieus)發(fā)明，于1931年獲得專利權(quán)。其石家莊風(fēng)機(jī)部分由固定連接的葉片組成，可垂直的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，橫截面一般設(shè)計(jì)為翼型，由葉片旋轉(zhuǎn)掃掠而成的外表面有多種形狀，如圓柱形，球型，圓錐形或拋物面型，不論形狀如何，其工作原理都相同，圖1一l所示即為Darrieus型石家莊風(fēng)機(jī)。
圖l一1 Darrieus型石家莊風(fēng)機(jī)
Darrieus石家莊風(fēng)機(jī)根據(jù)葉片形狀的不同可以分為彎葉片型石家莊風(fēng)機(jī)和直葉片型石家莊風(fēng)機(jī)，彎葉片型石家莊風(fēng)機(jī)形狀主要為m形，直葉片型石家莊風(fēng)機(jī)葉片主要為△形和H形等。
彎葉片型Darrieus石家莊風(fēng)機(jī)的葉片不承受離心力載荷，只承受表面的張力，這種結(jié)構(gòu)有利于葉片的穩(wěn)定，但固定的形狀同樣帶來(lái)改變槳距不易、轉(zhuǎn)速控制較難的缺點(diǎn)，同時(shí)彎葉片的制作成本較高。直葉片型Darrieus石家莊風(fēng)機(jī)為了降低葉片所承受的較大離心力載荷，多采用拉索方式對(duì)葉片進(jìn)行支撐，這有利于減少葉片的彎曲變形，但使得葉片產(chǎn)生的空氣阻力變大，從而降低了石家莊風(fēng)機(jī)的效率。Darrieus石家莊風(fēng)機(jī)風(fēng)能利用率較高，但由于啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較高導(dǎo)致啟動(dòng)性能較差，因
此Darrieus石家莊風(fēng)機(jī)常常結(jié)合Savonius石家莊風(fēng)機(jī)一起使用，目前為止針對(duì)Darrieus石家莊風(fēng)機(jī)的研究主要集中在對(duì)H型石家莊風(fēng)機(jī)的研究。
(2)阻力型鳳機(jī)
阻力型石家莊風(fēng)機(jī)是最早形式的垂直軸石家莊風(fēng)機(jī)，包括平板型石家莊風(fēng)機(jī)、風(fēng)杯式石家莊風(fēng)機(jī)(如圖l一2示)、Savonius石家莊風(fēng)機(jī)(如圖l一3示)等，其中Savonius石家莊風(fēng)機(jī)為其典型代表。圖l一2風(fēng)杯式石家莊風(fēng)機(jī)簡(jiǎn)圖圖l-3 avonius石家莊風(fēng)機(jī)簡(jiǎn)圖1924年，芬蘭工程師Sigurd J．Savonius發(fā)明了Savonius型石家莊風(fēng)機(jī)，并于1929
年申請(qǐng)了專利。Savonius型石家莊風(fēng)機(jī)由兩個(gè)在直徑方向有一定相對(duì)位移的半圓柱形葉片組成，最初的Savonius石家莊風(fēng)機(jī)是按照e／D=l／3的重疊比進(jìn)行設(shè)計(jì)的，其中e為半圓柱形葉片在直徑方向上相對(duì)位移的大小，D為石家莊風(fēng)機(jī)的直徑。Savonius石家莊風(fēng)機(jī)是一種較為先進(jìn)的阻力型垂直軸石家莊風(fēng)機(jī)，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)需對(duì)風(fēng)裝置、啟動(dòng)風(fēng)速低、噪聲低、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)勢(shì)，如今很多研究者，甚至生產(chǎn)廠家開(kāi)始將Savonius石家莊風(fēng)機(jī)作為自己研究的對(duì)象。但是由于阻力型石家莊風(fēng)機(jī)葉片做功機(jī)理的原因，Savonius石家莊風(fēng)機(jī)所產(chǎn)生的動(dòng)轉(zhuǎn)矩是周期性變化的，轉(zhuǎn)矩的這種變化會(huì)對(duì)石家莊風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸造成較大的沖擊，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致石家莊風(fēng)機(jī)輸出功率的變化；同時(shí)由于這種做功機(jī)理，葉片在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)受到來(lái)自氣流的阻力而產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩，這種負(fù)轉(zhuǎn)矩會(huì)對(duì)葉片產(chǎn)生的動(dòng)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生削弱作用，使得石家莊風(fēng)機(jī)葉片整體動(dòng)轉(zhuǎn)矩輸出性能降低，導(dǎo)致其風(fēng)能利用系數(shù)很難獲得較大的提升。如今針對(duì)Savonius石家莊風(fēng)機(jī)的研究主要集中于重疊比等葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)于Savonius石家莊風(fēng)機(jī)性能的影響，以及輔助機(jī)構(gòu)和石家莊風(fēng)機(jī)葉片本身結(jié)構(gòu)的改進(jìn)對(duì)于動(dòng)轉(zhuǎn)矩系數(shù)、風(fēng)能利用系數(shù)等石家莊風(fēng)機(jī)性能參數(shù)的影響方式。