垂直轴自变叶片风轮的原理及应用.doc

垂直轴自变叶片风轮的原理及应用徐四胜陕西历史博物馆，陕西西安，710000摘要 本文论述的自变叶片风轮，巧妙地利用风力，使逆风面的自变叶片阻力几可忽略不计，而顺风面却可全额做功。由于垂直轴自变叶片风轮具有制造简单、维护方便、不产生噪音等优点，有替代其他风轮的潜力。关键词： 水平轴风轮 垂直轴风轮 自变叶片 引言现在的风轮多种多样，但归纳起来可分为两类：水平轴风轮，风轮的旋转轴与风向平行；垂直轴风轮，风轮的旋转轴垂直于地面或者气流方向。利用阻力旋转的垂直轴风轮有几种类型，其中有利用平板和被子做成的风轮，这是一种纯阻力装置；S型风轮，具有部分升力，但主要还是阻力装置，现在是水平轴风轮的主要竞争者。其他形式的垂直轴风轮有马格努斯效应风轮等。但这些垂直风轮有一个共同的缺点，那就是逆风面的阻力较大，减低了风能的利用率。本文论述的自变叶片风轮，巧妙地利用风力，使逆风面的自变叶片阻力几可忽略不计，而顺风面却可全额做功。1基本结构自变叶片风轮至少由主轴、框架、子轴和叶片构成。主轴在框架中心，框架和叶片绕主轴旋转。子轴约在叶片三分之一的位置，固定在框架上，叶片绕子轴旋转。离子轴较长的叶片部分分别位于框架的两侧，见如图1。图12工作原理当风吹向如图所示的风轮时，右边叶片紧贴框架，推动框架绕主轴旋转；左边由于没有框架挡住（叶片长边位于框架另一侧），因叶片长边受力大于短边，故叶片会绕子轴旋转到最小迎风面积，风的阻力很小。左右两边受力不同，从而造成压力差推动风车转动。3实用自变叶片风轮结构实用的自变叶片风轮可有两到三组框架，每组框架内可安放多组可变叶片，（见图2）。这样可以用小的叶片组装成大的风轮。图24. 垂直轴自变叶片风轮的特点4.1水平轴三叶型风轮特点风轮的目的是利用风能发电。现有风力发电机主要是水平轴三叶型，由于该类型在风向转变时须随风摆动造成结构较为复杂，能量损耗大，噪音大，且影响寿命、成本和维修。4.2现有垂直轴型风轮特点垂直轴型风轮不需要随着风向摆动，电机位置固定，运作稳定，噪音小等。而现有垂直型发电机虽然不受风向影响，然而风叶有一半时间处于逆风周期。如目前萨伏纽斯风阻型风力机是利用风叶的形状的改变，在顺风周期时迎风面风叶是凹面风压较大，在逆风周期时迎风面是凸面风压较小，从而造成压力差推动风车转动;机翼型固定叶风力机是利用机翼的升力来推动风车转动，但是这两种风车的顺风周期和逆风周期迎风面面积一样，故而在低风速时功率启动扭力低。使得目前垂直轴型风力机比类似尺寸的水平轴型功率小，同功率风电机的造价垂直轴型贵很多，因此现有垂直轴型风力机没有能够得到推广，同时大型的垂直轴型尤其是兆瓦级的难以实现。4.3垂直轴自变叶片风轮的特点垂直轴自变叶片风轮继承了现有垂直轴型风轮的优点，克服了其缺点，从而形成独有的特点：风轮不需要随着风向摆动，电机位置固定，能量利用率大，启动风速小；运作稳定，噪音小，安全可靠；结构简单，施工方便，成本和维修费用小等。5应用前景 适合小型和大型风力发电，可以安装在在不同地区和部位。6结语通过对这种风轮的结构设计与分析，在理论方面论证了其实际应用的可行性、可靠性，为该类型风力发电机的设计和商品生产提供了理论依据，但其结果需要和实际运行测量结果比较分析，才能更好地进行风轮的设计和改进。由于该种型号风轮尚没有进行过实际使用，所以该设计还需在实践中检验。 参考文献1蒋超齐，严强.水平轴与垂直轴风力发电机的计较分析C17.上海电力，2007 (2):163一165.2李岩.垂直轴风力机技术讲座(二)阻力型垂直轴风力机C17.可再生能源，2009