垂直轴风力机技术讲座3升力型垂直轴风力机.pdf

第 27 卷第 3 期可再生能源
年月
2009 6 Renewable Energy Resources Jun. 2009
垂直轴风力机技术讲座( 三)
升力型垂直轴风力机
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)03-0120-03
升力型垂直轴风力机概述
1 表 1 达里厄风力机各组成部分成本比例
近 30 年来,螺旋桨式水平轴风力机发展迅速,已成为
风力机组成部分成本比例/%
大型商业风力发电的主流。与此同时,以达里厄风力机为
叶片 15
代表的升力型垂直轴风力机也受到一些风电发达国家的
叶片支撑部件中央支柱轴承拉索连接件等
( 、、、) 25
关注。虽然垂直轴风力机没有像水平轴风力机那样快速发
发电装置 20
展,但也取得了一定的进展。近年来,越来越多的风电厂商
控制系统 20
将达里厄风力机和直线翼垂直轴风力机应用到离网型中
基础及辅助装置 20
小容量风电领域,研制出了多种既有较高效率又有独特外
形的新型升力型垂直轴风力机, 获得了一定的市场份额。低于 1 000 美元/kW。这主要得益于叶片气动性能的改善
本讲以典型的达里厄风力机和直线翼垂直轴风力机为例, 和加工技术的提高,使叶片的成本大为降低。
介绍升力型垂直轴风力机的基本特征和结构特点。下一讲达里厄风力机的叶片一般为 2~3 枚,叶片断面采用空
将介绍它们的空气动力特性及分析理论。气动力特性良好的翼型, 多为 NACA 系列和 SAND 系列
2 典型的升力型垂直轴风力机等。经过多年的研究和实践,叶片的形状大致采用以下几
达里厄风力机种曲线:Troposkien 曲线、抛物线、悬链曲线和圣地亚型曲
典型的达里厄风力机的基本组成:风轮(包括叶片、中线等。其中,Troposkien 曲线又分为忽略重力的理想 Tro-
央支柱及连接部件等)、制动装置、发电装置、控制系统和 poskien 曲线(G=0) 和考虑重力的修正 Troposkien 曲线
支架、拉索和基础等辅助装置(图 1)。各组成部分的成本(G≠0)。对于容量相对较小的达里厄风力机,与叶片产生
占整个风力机成本的比例如表 1 所示。目前,大多数的达的离心力相比其叶片的重力可以忽略,对于 100 kW 以上
里厄风力机的容量为几百千瓦级,单位容量成本已经降到的大型机来说, 叶片重力的影响在设计计算时不能忽略。
上轴承圣地亚型曲线因其由美国圣地亚国立实验室提出而得名
上轮毂
图它是从理想的曲线简化而来由圆弧
拉索( 2), Troposkien ,
部分(AB)和直线部分(BC)组成,整个叶片以中间的赤道
面为对称
中央支柱。
叶片
C
下轮毂
B
下轴承
制动装置 H
发电装置支架 R′
控制系统
O′ A
O R
风轮基础拉索基础备品仓库
图 1 达里厄风力机示意图图 2 圣地亚型曲线形状
收稿日期: 2009-05-04。
李岩男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