垂直轴风力发电机分类

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现有风力发电机有很多种不同的类型，根据石家庄风机形状和石家庄风机旋转轴的方向，可初步将石家庄风机分为两类，即水平轴石家庄风机和垂直轴石家庄风机，其中水平轴石家庄风机的旋转轴基本与叶片垂直而与地面平行，而垂直轴石家庄风机的旋转轴基本与叶片平行而与地面垂直o
由于叶片做功原理的不同，垂直轴石家庄风机主要分为两种：升力型石家庄风机和阻力型石家庄风机，升力型石家庄风机主要依靠翼型产生的升力做功，而阻力型石家庄风机则主要依靠空气阻力做功。常见的升力型石家庄风机为Darrieus型石家庄风机，此种石家庄风机叶片形状多设计为翼形，其特点是动转矩系数较高、风能利用率较高，因此多适用于大型石家庄风机，但它同时具有启动性能差，制动困难等缺点。常见的阻力型石家庄风机则为Savonius石家庄风机，这种石家庄风机主要依靠叶片所产生的动力矩和阻力矩之差来做功，因此其动转矩系数较低、风能利用率较低，有待于进一步的研究和改进。
(1)升力型石家庄风机
典型的升力型垂直轴石家庄风机是Darrieus型石家庄风机，Dameus型石家庄风机由法国学者达里厄(Darrieus)发明，于1931年获得专利权。其石家庄风机部分由固定连接的叶片组成，可垂直的旋转轴旋转，横截面一般设计为翼型，由叶片旋转扫掠而成的外表面有多种形状，如圆柱形，球型，圆锥形或抛物面型，不论形状如何，其工作原理都相同，图1一l所示即为Darrieus型石家庄风机。
图l一1 Darrieus型石家庄风机
Darrieus石家庄风机根据叶片形状的不同可以分为弯叶片型石家庄风机和直叶片型石家庄风机，弯叶片型石家庄风机形状主要为m形，直叶片型石家庄风机叶片主要为△形和H形等。
弯叶片型Darrieus石家庄风机的叶片不承受离心力载荷，只承受表面的张力，这种结构有利于叶片的稳定，但固定的形状同样带来改变桨距不易、转速控制较难的缺点，同时弯叶片的制作成本较高。直叶片型Darrieus石家庄风机为了降低叶片所承受的较大离心力载荷，多采用拉索方式对叶片进行支撑，这有利于减少叶片的弯曲变形，但使得叶片产生的空气阻力变大，从而降低了石家庄风机的效率。Darrieus石家庄风机风能利用率较高，但由于启动转矩较高导致启动性能较差，因
此Darrieus石家庄风机常常结合Savonius石家庄风机一起使用，目前为止针对Darrieus石家庄风机的研究主要集中在对H型石家庄风机的研究。
(2)阻力型凤机
阻力型石家庄风机是最早形式的垂直轴石家庄风机，包括平板型石家庄风机、风杯式石家庄风机(如图l一2示)、Savonius石家庄风机(如图l一3示)等，其中Savonius石家庄风机为其典型代表。图l一2风杯式石家庄风机简图图l-3 avonius石家庄风机简图1924年，芬兰工程师Sigurd J．Savonius发明了Savonius型石家庄风机，并于1929
年申请了专利。Savonius型石家庄风机由两个在直径方向有一定相对位移的半圆柱形叶片组成，最初的Savonius石家庄风机是按照e／D=l／3的重叠比进行设计的，其中e为半圆柱形叶片在直径方向上相对位移的大小，D为石家庄风机的直径。Savonius石家庄风机是一种较为先进的阻力型垂直轴石家庄风机，由于其结构简单、无需对风装置、启动风速低、噪声低、应用范围广等优势，如今很多研究者，甚至生产厂家开始将Savonius石家庄风机作为自己研究的对象。但是由于阻力型石家庄风机叶片做功机理的原因，Savonius石家庄风机所产生的动转矩是周期性变化的，转矩的这种变化会对石家庄风机的旋转轴造成较大的冲击，同时会导致石家庄风机输出功率的变化；同时由于这种做功机理，叶片在旋转运动过程中会受到来自气流的阻力而产生负转矩，这种负转矩会对叶片产生的动转矩产生削弱作用，使得石家庄风机叶片整体动转矩输出性能降低，导致其风能利用系数很难获得较大的提升。如今针对Savonius石家庄风机的研究主要集中于重叠比等叶片结构参数对于Savonius石家庄风机性能的影响，以及辅助机构和石家庄风机叶片本身结构的改进对于动转矩系数、风能利用系数等石家庄风机性能参数的影响方式。