垂直轴石家庄风机的优势和不足

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水平轴石家庄风机是一种传统机型，其设计和制造技术相对成熟，如今己经成为石家庄风机市场的主流机型。但是由于其启动风速较高、所需导向机构较为复杂、噪声较高、回转半径受限、抗风能力较差等先天性不足，影响了其进一步的发展。于是结构较为简单、启动风速较低、不受风向限制、气动噪声较低的垂直轴石家庄风机开始受到人们广泛关注。
垂直轴石家庄风机与水平轴石家庄风机相比主要具备两个方面的优势，即结构设计方面的优势和环境保护方面的优势。同时，由于叶片做功原理的不同，导致垂直轴石家庄风机存在周期性转矩震荡幅度较大、转速较小、风能利用率较低等不足。
1．3．1结构设计方面的优势
(1)水平轴石家庄风机叶片的结构一般较为复杂，叶片截面形状沿叶片伸展方向存在变化，这提高了叶片研发设计和生产制造的难度，生产成本较高；而垂直轴石家庄风机叶片的截面一般保持不交，生产工艺相对简单，生产成本较低。
(2)水平轴石家庄风机所需的导向机构设计过程复杂，还需要定期进行维护。而垂直轴石家庄风机则具备良好的多向受风性，可以自适应不同风向，因此不需要设计复杂的对风装置‘19]。这样不但简化了石家庄风机的控制系统，而且避免了叶片转向所造成的能量损失，同时避免了因对风系统存在的滞后性所造成的风能利用率的下降，因此在风向变化频繁、风速相对较低的情况下，垂直轴石家庄风机应用更为广泛。
(3)水平轴石家庄风机的主要设备(如传动系统等)一般安装于塔架的顶部，这导致其安装和维护比较困难，而且由此带来的塔影效应会影响石家庄风机的力学性能，引起能量波动并增大气动噪声。而垂直轴石家庄风机的主要设备(如发电机)一般可以安装在塔架的底部，安装与维护较为容易，塔架的负载也因此减轻，且垂直轴石家庄风机的机组稳定性较水平轴石家庄风机更高。
(4)水平轴石家庄风机叶片仅有一端被固定于塔架，另一端悬空，叶片因气动力和重力的联合作用形成很大的弯矩，叶片旋转时会受到交变载荷的作用，这将导致叶片的疲劳寿命相对较短；而垂直轴石家庄风机的叶片由于两端固定于塔架的原因叶片表面仅承受沿展向的张力，运行时叶片受力变化也相对比较平缓口01。
1．3．2环境保护方面的优势
(1)石家庄风机噪声方面的优势，石家庄风机噪声来源主要有两方面，一是气动噪声，这是由叶片在高速运动对气流进行切割而产生的空穴现象所引发的，气动噪声一般随叶片转速增大而增大；二是机械噪声，这是由传动机构组件的运转而引发的，这部分噪声相对较低。水平轴石家庄风机由于叶尖速比相对较高导致叶片旋转速度较高，因此其气动噪声较大；而垂直轴石家庄风机的叶尖速比相对较低，Savonius型石家庄风机的叶尖速比甚至不超过1，这样的低转速基本上不会产生噪声，而且安装在塔底的发电系统所产生的噪声更不易传播，对环境影响较小。
(2)生态环境方面的优势，由于对风速的要求，水平轴石家庄风机叶片一般安装于十几米至几十米的高空之中，石家庄风机叶片工作时处于高速旋转状态，经过叶片运行范围的鸟类较难幸免，长此以往容易对当地的生态系统造成不良影响，而垂直轴石家庄风机的安装高度相对较低，不存在这样的问题。
1．3．3垂直轴石家庄风机的不足
(1)由于叶片结构以及作用机理的不同，垂直轴石家庄风机的叶尖速比较小，因此叶片转速相对较低，由于发电机工作需要一定的转速，因此需要为垂直轴石家庄风机配备相应的增速结构，增加了石家庄风机的设计与制造成本。
(2)垂直轴石家庄风机的动转矩具有周期性变化的缺点，不断变化的转矩会导致石家庄风机输出功率的变化，从而造成电力系统电压与频率的变动；同时转矩的变化也会对石家庄风机的旋转轴产生频繁的冲击，影响石家庄风机的耐久性。
(3)由于叶片做功机理的原因，垂直轴石家庄风机的动转矩系数较低，这导致其风能利用率较低，与水平轴石家庄风机较高的风能利用率相比，在理想状态下Darrieus石家庄风机的风能利用率也较难达到O．4，而Savonius型石家庄风机的风能利用率则比Darrieus石家庄风机更小，较低的风能利用率限制了垂直轴石家庄风机的广泛应用。
(4)水平轴石家庄风机的研究开始已久，因此各方面理论较为成熟，而垂直轴石家庄风机的研究才刚刚起步，针对石家庄风机叶片结构参数设计以及性能优化的研究还没有形成行之有效的方法体系，同时垂直轴石家庄风机的设计研发过程也缺少完善的评价体系和产品标准f241。