垂直轴风力机技术讲座1垂直轴风力机及其发展概况.pdf

可再生能源
第 27 卷第 1 期
年月
2009 2 Renewable Energy Resources Feb. 2009
垂直轴风力机技术讲座( 一)
垂直轴风力机及其发展概况
李岩
(东北农业大学工程学院, 黑龙江哈尔滨 150030)
中图分类号: TK83 文献标志码: B 文章编号: 1671-5292(2009)01-0121-03
1 风力机及其分类的风力机为垂直轴风力机,主要有达里厄型、萨渥纽斯型
风力机是将风的动能转换为机械能,再把机械能转换和涡轮型等。根据其叶片形状的不同,达里厄型风力机又
为电能或热能等的能量转换装置。经过多年的研究与发分为曲线翼型和直线翼型 2 种。通常所说的达里厄风力机
展,出现了多种多样的风力机。都是指具有曲线翼型叶片的,而直线翼型达里厄风力机通
风力机分类方法有多种, 一般根据风力机的用途、容常称为直线翼垂直轴风力机。
量、叶片个数、叶片尖端速度与来流速度之比、风轮与塔架 升力型风力机与阻力型风力机
的相对位置等对风力机进行分类。风力机的型式主要有 2 作用在风力机叶片上的风力可分解成与风向垂直和
种:按照风力机风轮转轴与风向的位置,分为水平轴风力与风向平行的 2 个分力,垂直分力称为升力,平行分力称
机和垂直轴风力机;按照风力机叶片的工作原理,分为升为阻力。
力型风力机和阻力型风力机。图 1 给出了风力机的主要分主要依靠升力来工作的风力机称为升力型风力机,水
类及其代表机型。平轴的螺旋桨型风力机、垂直轴的达里厄型和直线翼型风
力机都属于这种类型。由于升力的作用,风轮的圆周速度
可以达到风速的几倍乃至十几倍。升力型风力机多被用于
发电。
主要依靠阻力来工作的风力机称为阻力型风力机,水
平轴的美式多翼型风力机、垂直轴的萨渥纽斯型和涡轮型
等风力机属于阻力型风力机。该类风力机转速不高,但输
出扭矩很大,所以常被用于提水、碾米和拉磨等动力。
2 垂直轴风力机的特点
升力型的达里厄风力机和直线翼垂直轴风力机是垂
直轴风力机的代表,下面通过与水平轴螺旋桨式风力机进
行比较,来说明垂直轴风力机的主要特点。
风能利用效率
从理论上讲,升力型垂直轴风力机与水平轴螺旋桨式
风力机具有大致相同的理想效率, 即贝茨极限效率
()。由于水平轴螺旋桨式风力机借助了航空动力技术
的科研成果,得到了快速的发展,技术趋于成熟。一般其风
水平轴风力机与垂直轴风力机能利用系数可达到 ~,叶片尖速比可以达到 6~10。然
风力机风轮转轴与风向平行的风力机为水平轴风力而,垂直轴风力机的研究起步较晚,研究理论和设计方法
机,主要有螺旋桨型、美式多翼型、荷兰型和风帆翼型等。还处于发展阶段,据现有研究和实验结果看,风能利用系
风力机风轮转轴与风向成直角(大多数与地面垂直) 数在 左右,叶片尖速比可以达到 4 左右。
收稿日期: 2008-12-08。
李岩博士副教授国家自然科学基金项目主持人主要从事风能研究和各种可再生能源的综合利用与开发
作者简介: (1972-), , , , 。
E-mail:ly_neau@
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