风力发电机的新型叶片结构设计+CAD图纸+答辩PPT(4)

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图1-3 我国德化县50千瓦垂直轴风机

2 风机基本类型和参数

2.1 风机基本类型

以结构为依据，可将风机划分为垂直、水平轴风机这两大类，见下图。

现阶段，从全球范围来讲，水平轴风力发电机的技术最成熟，应用领域最广泛，是众多学者研究的热点。一般而言，其风机叶片数量在2-3之间，在绝大多数情况下，形状为翼形。

具体而言，垂直轴风机可分为两种：一种是是风轮叶片使用翼型的升力转动，称为升力型风力发电机，最典型的一款就是达里厄型风力机，是一九二五年由法国风力机工程师 G.J.M.Darrieus[3]研制。Y、H、φ型是最常见的型号。叶片有两种形状，分别是弯叶、直叶，φ、H型是非常典型的风轮；另一种为阻力型风力发电机，借助空气动力所产生的阻力来进行转动，S型风轮就是一种非常典型的结构。

2.2 比较

2.2.1 垂直风力发电机与水平轴风力发电机的比较

（1）设计方法：

对风轮结构进行分析，不难发现，主要根据动量一叶素这一理论对水平轴风力机进行分析。若缺少一些因素，现有风轮结构无法利用空气动力学进行精确计算；垂直轴风力发电机可利用流体计算机学来进行分析，即使空气流动过程非常复杂，也较为适用。

（2）风叶特点：

荷兰风车就是典型的水平轴风力发电机，加工难度非常大，究其原因，主要是因为结构非常复杂。叶片在风力的作用下进行旋转，借助升力获得机械能，值得注意的是，不会在阻力的作用下获得机械能。水平轴风机的叶片对风能的风向要求高，只能受单一方向，因为这样水平轴风力机只有安装非常昂贵的装置，才能满足风叶对风的要求，截风应一次性完成，与此同时，风剪、塔影效应会产生非常大的影响。对垂直轴风力发电机而言，叶片形式并不单一，而是多种多样的，但大体上看来，全是基本的几何构造，容易生产。叶片在风的作用下进行旋转，升力、阻力会在运动方向上经过投影，获得机械能。风向对这类型的叶片没有要求，因此无需偏航装置对于垂直轴风力机来说，而且可以多次截风，更好地利用风力能源，与此同时，和风剪作用相比，塔影效应非常小。

(3)运行情况：文献综述

对水平轴风力发电机而言，叶尖转速要比其他部位都要来的快，约为5米/秒-7米/秒，运行时震动较大，所产生的噪音非常大，在交变载荷的作用下，叶片疲劳会产生变形。垂直轴风力机对水平轴风力发电机机叶的尖速比较低，约为1.5米/秒-2米/秒，大部分时间不会产生噪音，究其原因，主要是因为在恒定载荷的作用下，结构非常牢靠，很难损坏。

(4)其他方面：

对水平轴风力发电机而言，安装维修难度非常大，且成本高是因为水平轴风力发电机的发电机架是设在高空中，每隔一段时间以人工的方式对风叶进行清洁，只有这样，才能为电机高速运转提供保障。无论是安装垂直抽风力发电机，还是维修，都非常方便，主要是由于其发电机位于低处甚至装置在地面，相比之下，垂直轴风力发电机能在非常恶劣的条件下运行，适用性非常强。

(5)小结：

综上所说对比水平轴风力发电机与垂直轴风力机，垂直轴风力机的结构设计在很多方面上都比水平轴风力机表现得更为出色，相信在技术成熟后，我认为垂直轴风力发电机在未来会成为风力发电机型的技术主要方向。

2.2.2 垂直轴风机S型，H型和φ型的比较

对于垂直轴风力发电机主要分两种[4]：一种是利用翼型的升力做功，最典型的是达里厄(Darrieus)型风力机；另一类是利用空气动力的阻力做功，典型的结构是S型风轮。利用翼型的升力做功的达里厄风力发电机有很多种类型，菱形、Y型、H型和φ型。通常是弯叶片和直叶片两种，以φ型、H型风轮为典型。在各种垂直轴风力发电机的类型中，S形式最为典型的，φ型H型这三大类型。有一种由错开半圆柱组建而成的风轮，呈S型；多叶片采用H型风轮；从表面上看，φ型与搅拌器非常像，叶片结构很复杂(见图2-1)，这是因为叶片结构存在不同的优缺点，使得其特征更明显，下表为特征差异：来!自~751论-文|网www.751com.cn