垂直轴式风力机.ppt

垂直轴式风力机 垂直轴风力机特点 无对风装置能量传递转换装置在地面便于维护保养 降低了制造和运行费用受边界层影响 地面风速较低 输入风能大打折扣每叶片运行中力的大小不断发生周期性变化升力型垂直轴风力机不易启动 1 阻力型风力机 1 来流风速T 阻力F 阻力平板面积 阻力平板运动速度CT 阻力系数 图3 14平板叶片的受力状况 平板吸收功率为 P T 平板所受阻力为 当 0 气流对平板不做功 1 平板的运行速度与风速相同 平板对气流没有阻力 风依然没有做功 所以 在 1 0 1之间 必定有一确定的 使平板获得功率最大 平板获得的相应功率P为 功率系数CP为 dCP d 1 0时 CP取得极大值 此时 1 1 3 并且最大的CP值为 若平板叶片的阻力系数CT 1 3 则它可能达到的最大功率系数CP max 5 2 27 与一般水平轴风力机叶片的功率系数相比 明显偏低 2 阻力差型风力机 若垂直轴风力机的叶片在顺风与逆风方向时形状不同 则气流在两方向上作用于叶片的阻力就有悬殊差别 因而能使风轮顺利转动 由于这种阻力差型风力机本身是中心对称的 因而无需调向装置 结构也非常简单 最简单的阻力差型风力机就是风杯式风速表设叶片中心在风速中运动的线速度为u则顺风驱动阻力为 逆风驱动阻力为 CT1 CT2分别为杯形叶片顺风凹面 逆风凸面的阻力系数 半球形风杯CT1可达1 33 而其CT2的值仅为0 34 当杯体为半圆柱形时 CT1 CT2的值分别为2 3和1 2 假定CT1 CT2为常数 得功率P 功率系数CP 由dCP du 0得最大功率系数对应的切向速度为 在CT1 3CT2的特殊情形下 当CT2 0时 阻力差型风力机的还有S型风轮 它是由芬兰工程师西吉尔特 萨冯尼斯 SigurtSavonius 于1924年发明的 图3 21S型风轮叶型的几何特性 a b 图3 20S型风轮 风轮的扫掠面积S S型风轮主要由中心轴线相互错开的两个半圆柱形叶片组成 见图3 20 顺风而动的凹面叶片与凸面迎风的叶片间形成做功气流的通道 在两叶片的引导下 气流发生转折 转折气流对凸面迎风的叶片产生了与风向相反对作用力 从而减少了该逆风叶片消耗的功 两半圆形叶型的偏心距e 见图3 21 决定了该夹道内空气流通截面的大小 e值过大 气流短路 不能全部流过做负功叶片的凹面 降低了其抵消部分负功的能力 e值太小 因边界层效应 气流受到阻滞 也将使风轮的功率系数减小 圆形叶型的直径d影响着流经叶片空气的流线形状 若d太小 气流的急速转折将造成旋涡 脱离 引起有效功的损失 对叶片翼型处于不同位置时其速度三角形的分析表明 在360 圆周的绝大部分区域 叶片所受的空气动力都将产生一个驱动转矩 只有分别在90 和270 附近时叶素翼型的对称面与风向平行或接近平行 气流相对速度很小 而阻力与升力的比值大 此时转矩接近于零 甚至成为刹车转矩 我们取315度时的情况分析一下有阻力的情况 图中黑色的矢量D为叶片受到的阻力 棕色的矢量F是升力L与阻力D的合成力 该力在叶片前进方向的