导叶对涡轮型垂直轴风力机气动性能的影响
垂直轴风力发电机大型化的可行性研究_严强
特别关注 SPECIAL ATTENTION 垂直轴风力发电机大型化的 可行性研究 文 严 强 上海麟风风能科技有限公司 目前国内外有许多厂商正在致力于大型垂直轴风力发电机的研发，但通过对一些现有大型化垂直轴风力发电机厂商的开发过程看，基本上都是用小型垂直轴风力发电机的设计思路，把小型垂直轴风力发电机通过一定比例放大后成为大型垂直轴风力发电机。笔者认为以这样的方法开发大型垂直轴风力发电机，说明这些探索者还没有真真理解垂直轴风力发电机的特性。 众所周知垂直轴风力发电机具有低噪音、安全性、无需太高塔架的优点，但多年来经过无数人的努力都没有生产出可商业化应用的大型垂直轴风力发电机，究其原因主要是无法同时解决气动效率、自启动、超速控制、结构稳定性、安全制动等一系列问题，而这些问题在水平轴风力发电机上都已经解决。而效率、超速控制、稳定性、安全制动4个方面的问题也是任何风力发电机需要解决的问题。本文将就这些问题展开讨论，上海麟风是如何解决这些难题。 垂直轴风轮在转动时，叶片在风轮不同位置扭矩大小、方向都不同，在有些位置扭矩大，在有些位置扭矩小，在有些位置扭矩为正，在有些位置扭矩为负。随着风轮直径的增大和转速的下降，这些变化尤其明显，而风轮最终的输出功率是这些扭矩的合力矩，这样垂直风轮的气动效率较低。 按照达里厄上世纪30年代所做实验和结论，垂直风轮较为理想的尖速比为5～6，按此要求做出来的垂直风轮实度比很低，无法自启动，且带载能力也很弱。 当垂直风轮做大以后还面临垂直轴承担的弯矩越来越大的问题，弯矩越大，对轴的强度要求就越高，不仅重量重了，成本也越高，越难以商业化。 当垂直风轮转动时，风轮的主震频率为转速除以叶片数量，当作用于叶片上的风能不能被有效转化成动能（转速）后震动尤其明显。 为了提高自启动性能适当提高叶片宽度将取得明显效果，合理的叶片宽度是风轮半径的1/2～1/4之间。 为了克服叶片角度固定的垂直风轮当叶片在风轮不同位置时扭矩方向相反、不能发挥最大扭矩的缺陷，使用“实时可变攻角”技术可克服这一缺陷。实时可变攻角技术就是当风轮在旋转时，根据风向、叶片位置、风速等要素实时调节叶片角度，以达到改变扭矩方向并使叶片在不同位置都能获得最大扭矩的作用，极大提高了垂直轴风轮的效率。在该系统中，叶片不是固定在悬臂支架上的，而是可以绕叶片回转中心转动的，当风轮转动到不同位置时，系统可以自动调节叶片的“攻角”，使叶片在不同位置时的“攻角”，在圆周上任何一个位置时，始终能够保持在所设定的优化角度范围内。通过风洞实验，在一个1.36米直径、1米叶片长度的风轮，在2米/秒风洞风速下测得的功率达到4～4.5瓦，即风能/机械能的转换效率达到了（60～68）%，超过了59.3%的传统 12风能产业 Wind Energy Industry 2014年2月
垂直轴风力发电机研究报告
垂直轴风力发电机研究报告 1.垂直轴与水平轴对比 垂直轴风力发电机与水平轴风力发电机相比，有其特有的优点： ①水平轴风力发电机组的机舱放置在高高的塔顶，而且是一个可旋转360 度的活动联接机构，这就造成机组重心高，不稳定，而且安装维护不便。垂直轴风力发电机组的发电机，齿轮箱放置在底部，重心低，稳定，维护方便，并且降低了成本。 ②风力发电机的客户越来越需要使用寿命长、可靠性高、维修方便的产品。垂直轴风轮的翼片在旋转过程中由于惯性力与重力的方向恒定，因此疲劳寿命要长于水平轴风轮；垂直轴风力发电机的构造紧凑，活动部件少于水平轴风力机，可靠性较高；垂直轴系统的发电机可以放在风轮下部甚至地面上，因而便于维护。 ③风力发电机由于高度限制和周围地貌引发的乱流，常常处于风向和风强变化剧烈的情况，垂直轴风力发电机有克服“对风损失”和“疲劳损耗”上有水平轴风力发电机不可比的优点，且理论风能利用率可达40％以上．因此在考虑了较小的启动风速和对风力机影响较大的“对风损失”之后，从而提高垂直轴风轮的风能实际利用率。 ④水平轴风力发电机组机仓需360度旋转，达到迎风目的。这个调节系统包含有旋转机构，风向检测，角位移发送，角位移跟踪等系统。垂直轴风力机不要迎风调节系统，可以接受360度方位中任何方向来风，主轴永远向设计方向转动。 ⑤水平轴风力发电机的翼片受到正面风载荷力，离心力，翼片结构相似悬臂梁。翼片根部受到很大弯矩产生的应力。而且翼片在旋转一周的过程中，受惯性力和重力的综合作用，惯性力的方向是随时变化的，而重力的方向始终不变，这样翼片所受的就是一个交变载荷，这就要求翼片有很高的的疲劳强度，因此大量事故都是翼片根部折断。而垂直轴风机的翼片主要承受拉应力，不易折断，寿命长。 ⑥水平轴风力发电机组翼片的尖速比高，一般在5～7左右，在这样的高速下翼片切割气流将产生很大的气动噪音，导致噪声污染。垂直轴风力机翼片的尖速比较水平轴的要小的多，这样的低转速基本上不产生气动噪音，无噪音带来的好处是显而易见的，以前因为噪音问题不能应用风力发电机的场合(城市公共设
阻力型垂直轴风力发电机
阻力型垂直轴风力发电机概述 早在1300多年前，中国就已经出现一种古老的垂直轴风车，它利用风力来灌溉，如下图所示，它是由8个风帆组成的风轮。而在1000年前，波斯也建造了垂直轴的风车来带动他们磨谷的 石磨。水平轴风力发电机最早出现在欧洲，要比垂直 轴风力发电机晚很多年，所以垂直轴风力发电机可以 称为所有风力发电机的先驱。而垂直轴风力发电机根 据驱动力的不同又可以分为升力型和阻力型垂直轴风 力发电机，本文主要介绍阻力型垂直轴风力发电机。 1.阻力型风力发电机的工作原理 阻力型垂直轴风力发电机风轮的转轴周围，有一对或者若干个凹凸曲面的叶片，当它们处于不同方位时，相对于它的来风方向所受的推力F是不同的。风力作用于上述物体上的空气动力差别也很大。作用力F可表示为：F=1/2?ρ?S·V??C 其中ρ——空气密度，一般取1.25（kg/m?） S——风轮迎风面积 V——来流风速 C——空气动力系数 以半球为例，当风吹到半球凹面一侧，c值为1.33，当风吹到半球凸面一侧时，c值为0.34。对于柱面，当风吹向凹面和凸面时，系数c分别为2.3和1.2。由于组成风轮的叶片不对称性和空气阻力的差异，风对风轮的作用就形成了绕转轴的驱动力偶，整个风轮随即转动。 阻力型风力发电机的种类及其性能 1.杯式风速计是最简单的阻力型风力发电机。
https://www.360docs.net/doc/5f4925696.html,fond风轮 这是受到离心式风扇和水力机械中的banki涡轮启示而设计成的一种阻力推进型垂直轴风 力发电机，它的名称是根据它的发明者——法国的lafond的名字而得名的。 这种叶片形状的凹面及凸面在受到风力作用后，空气阻力系数差别很大，加上叶片在风里运转时，先使气流吹向一侧，然后运动着的叶片又使气流流向另一侧，这样就产生了一个附加驱动力矩，故这种风轮有较大的启动力矩，它在风速2.5M/s时就能正常起动运转，但是效率较低，能量输出大概是同样迎风面积的水平轴风力发电机的一半。 3.savonius（萨沃尼斯）式风轮（简称“s”轮） 这种风力发电机是在1924年由芬兰工程师savonius发明的，并于1929年获得专利。这种风轮最初是专为帆船提供动力而设计的。它由两个半圆筒组成，其各自中心相错开一段距离。其中D为风轮直径，d为叶片直径，e为间隙。最早形式的结构其相对偏置量为：e/d=1/3。s型风轮是阻力型风力发电机。凹凸两叶片上，风的压力有一个差值，而其气流通过叶片时要转折180°，形成一对气动力偶。阻力型风轮的旋转速度都不会大于风速，也就是尖速比不会超过1。一般情况下，S型的尖速比在0.8和1之间，它的起动力矩大，所以气动性能好，
谈谈国内大型垂直轴风电机组的前景
谈谈国内大型垂直轴风电机组的前景 2010-04-30 12:09 —风语人生 1、行业现状 目前国内参与研究或制造大型垂直轴兆瓦级机组的主要厂家有我们已经熟知的和近期出现的一些，主要有： 厂商或研究机构风力机型式备注/安装地 国务院三峡办Φ型1500kW，H型50kW 内蒙化德、河北张家口（？） 上海举风Φ型1200kW 内蒙察右中旗辉腾希勒 深圳风发双H型300kW，1500kW 青海西宁 云南欧亚 H型300kW 云南昆明 温州华力风能 H型100kW 浙江温州 香港合和风电 H型300kW，6MW 广东阳西 福禄公司Φ型300kW 河北曹妃 甸 常州温道斯 S型涡轮式兆瓦 济南齐鲁电机兆瓦级研究泉城学者计划，已有小型试验机 广州市花都区产学研结合计划兆瓦级研究科研计划申报中 中山亿雄磁悬浮兆瓦级研究已有小型试验机 上海模斯翼 300kW ，兆瓦级被国能风电收购 吉林祥风 1.5MW 只有网上图片 其他另有很多中小型的厂家称能做大型，实际上属于炒作，但也有值得学习的地方。 2007年~2010年间，这些企业的产品均处于试验阶段，几乎所有产品都未成熟，对这些公司的评价和观察： 2、三峡办 （1）三峡办是国内最早投入大型机研制的企业，2007年，原三峡办主任郭树言携中国风能协会贺德馨等赴美国，加拿大考察了4.2MW机型（高126m）和加州的flowwind风电场，并获得福禄公司鲍亦和先生的垂直轴Φ型技术，回到国内组建公司。 （2）2008~2010年间，三峡办在内蒙古化德安装了Φ型50kW2台，Φ型1500kW1台，H型50kW1台，双H型5kW一台，其中1台50kW飞车，1台1500kW在2008年10月飞车。双H型5kW不知道是不是该公司的产品。
垂直轴风力发电机和水平轴风力发电机对比
垂直轴风力发电机和水平轴风力发电机 风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴藏量巨大，全球风能资源总量约为2.74×109兆瓦，其中可利用的风能为2×107兆瓦。中国风能储量很大、分布面广，开发利用潜力巨大。 中国风力装机容量达到1000万千瓦的速度令人惊叹。如果中国能够利用其土地上大约30亿千瓦的风能的话，将能够满足几乎所有中国当前的电力需求，短时期内这是不可能的，不过中国有可能将2020年风电总装机目标由3000万千瓦调高至1亿千瓦。在国际效率标准下运行的话，这能够满足5%的中国电力需求，并且使中国成为世界最大的风能发电国，只要中国采取更进取而有理智的方针，就能最大限度地利用其国家的风能。 当然风能的利用离不开风力发电机，风力发电机的品质和价格成为了人们关注的焦点。 当前风力发电机有两种形式：1 水平轴风力发电机（大、中、小型）；2 垂直轴风力发电机（大、中、小型）。 水平轴风力发电机技术发展的比较快，在世界各地人们已经很早就认识了，大型的水平轴风力发电机已经可以做到3-5兆瓦，一般由国有大型企业研发生产，应用技术也趋于成熟。小型的水平轴风力发电机一般是一些小型民营企业生产，对研发生产的技术要求比较低，其技术水平也是参差不齐。 小型水平轴风力发电机的额定转速一般在500-800r/min，转速高，产生的噪音大，启动风速一般在3-5m/s，由于转速高，噪音大，故障频繁，容易发生危险，不适宜在有人居住或经过的地方安装。 垂直轴风力发电机技术发展的较慢一些，因为垂直轴风力发电机对研发生产的技术要求比较高，尤其是对叶片和发电机的要求。近几年垂直轴风力发电机的技术发展很快，尤其小型的垂直轴风力发电机已经很成熟。 小型的垂直轴风力发电机的额定转速一般在60-200r/min，转速低，产生的噪音很小（可以忽略不计），启动风速一般在1.6-4m/s。 由于转速的降低，大大提高了风机的稳定性，没有噪音，启动风速低等优点，使其更适合在人们居住的地方安装，提高了风力发电机的使用范围。 参数对比： 序号性能水平轴风力发电机垂直轴风力发电机 1 发电效率50-60% 70%以上 2 电磁干扰（碳刷）有无 3 对风转向机构有无 1
风力机组气动特性分析与载荷计算-1
目录 1前言错误!未定义书签。 2风轮气动载荷............................................... 错误!未定义书签。 2.1动量理论.................................................................................................. 错误!未定义书签。 2.1.1不考虑风轮后尾流旋转 .................................................................. 错误!未定义书签。 2.1.2考虑风轮后尾流旋转...................................................................... 错误!未定义书签。 2.2叶素理论.................................................................................................. 错误!未定义书签。 2.3动量──叶素理论.................................................................................. 错误!未定义书签。 2.4叶片梢部损失和根部损失修正 .............................................................. 错误!未定义书签。 2.5塔影效果.................................................................................................. 错误!未定义书签。 2.6偏斜气流修正.......................................................................................... 错误!未定义书签。 2.7风剪切...................................................................................................... 错误!未定义书签。3风轮气动载荷分析........................................... 错误!未定义书签。 3.1周期性气动负载...................................................................................... 错误!未定义书签。 4.1载荷情况DLC1.3..................................................................................... 错误!未定义书签。 4.2载荷情况DLC1. 5..................................................................................... 错误!未定义书签。 4.3载荷情况DLC1.6..................................................................................... 错误!未定义书签。 4.4载荷情况DLC1.7..................................................................................... 错误!未定义书签。 4.5载荷情况DLC1.8..................................................................................... 错误!未定义书签。 4.6载荷情况DLC6.1..................................................................................... 错误!未定义书签。 风力发电机组气动特性分析与载荷计算 1前言 风力发电机是靠风轮吸取风能的，将气流动能转为机械能，再转化为电能输送电网，风力机气动力学计算是风力机设计中的一项重要工作。特别是对于大、中型风机，其意义更为重大。风力机处于自然大气环境中，大气紊流、风剪切、风向的变化（侧偏风）和塔影效应等，这些现象使叶片受到非常复杂气动载荷的作用，对风力机的气动性能和结构疲劳寿命产生很大的影响。对一台大型风力发电机组来说，除风轮叶片产生机组的气动载荷外，机舱和支撑风轮和机舱的塔筒也产生气动载荷，这些都对机组的载荷产生影响。 2风轮气动载荷 目前计算风力发电机的气动载荷有动量—叶素理论、CFD等方法。动量—叶素理论是将风轮叶片沿展向分成许多微段，称这些微段为叶素，在每个叶素上的流动相互之间没有干扰，叶素可以认为是二元翼型，在这些微段上运用动量理论求出作用在每个叶素上的力和力矩，然后沿叶片展向积分，进而求得作用在整个风轮上的力和力矩，算得旋翼的拉力和功率。动量—叶素理论形式比较简单，计算量小，便于工程应用，估算机组初始设计时整机的气动性能，被广泛用于风力机的设计和性能计算，而且还用来确定风力机的动态载荷，不断地被进一步改进和完善。CFD数值计算不需要对数学模型作近似处理，直接对流体运动进行数值模拟，从物理意义上说，数值求解N-S方程的CFD方法应该是最全面准确计算风力机气动特性的方法。但是，由于极大的计算工作量，数值计算的稳定性等原因，目前CFD求解N-S方程方法还远不能作为风力机气动设计和研究的日常工具。作为解决工程问题的工具还不太实际。为此在计算中应用动量—叶素理论方法来计算机组的气动载荷。 2.1 动量理论 动量理论是经典的风力机空气动力学理论。风轮的作用是将风的动能转换成机械能，但是它究竟能够吸收多大的风的动能就是动量理论回答的问题。下面分不考虑风轮后尾流旋转和考虑风轮后尾流旋转两种情况应用动量理论。 2.1.1不考虑风轮后尾流旋转 首先，假设一种简单的理想情况：
风力机的基本参数与理论
风力发电机风轮系统 2.1.1 风力机空气动力学的基本概念 1、风力机空气动力学的几何定义 （1）翼型的几何参数 翼型 翼型本是来自航空动力学的名词，是机翼剖面的形状，风力机的叶片都是采用机翼或类似机翼的翼型，与翼型上表面和下表面距离相等的曲线称为中弧线。下面是翼型的几何参数图 1）前缘、后缘 翼型中弧线的最前点称为翼型的前缘，最后点称为翼型的后缘。 2）弦线、弦长 连接前缘与后缘的直线称为弦线；其长度称为弦长，用c表示。弦长是很重要的数据，翼型上的所有尺寸数据都是弦长的相对值。 3）最大弯度、最大弯度位置 中弧线在y坐标最大值称为最大弯度，用f表示，简称弯度；最大弯度点的x坐标称为最大弯度位置，用x f表示。 4）最大厚度、最大厚度位置 上下翼面在y坐标上的最大距离称为翼型的最大厚度，简称厚度，用t表示；最大厚度点的x坐标称为最大厚度位置，用x t表示。
5）前缘半径 翼型前缘为一圆弧，该圆弧半径称为前缘半径，用r1表示。 6）后缘角 翼型后缘上下两弧线切线的夹角称为后缘角，用τ表示。 7）中弧线 翼型内切圆圆心的连线。对称翼型的中弧线与翼弦重合。 8）上翼面凸出的翼型表面。 9）下翼面平缓的翼型表面。 （2）风轮的几何参数 1）风力发电机的扫风面积 风轮旋转扫过的面积在垂直于风向的投影面积是风力机截留风能的面积，称为风力机的扫掠面积，下图是一个三叶片水平轴风力机的扫掠面积示意图。 下图是一个四叶片的H型升力垂直轴风力发电机的扫掠面积示意图。 根据前面两表可由所需发电功率估算出风力机所需的扫风面积，例如200W的升力型垂直轴风力发电机工作风速为6m/s，全效率按25%计算所需扫风面积约为6.2m2,如果工作风速为10m/s则所需扫风面积约为1.4m2即可；例如10kW的升力型垂直轴风力发电机工作风速为10m/s，全效率按30%计算所需扫风面积约为56m2,如果工作风速为13m/s则所需扫风面积约为25m2即可。按高风速设计的风力机体积小成本相对低些，但必须用在高风速环境，例如把一台设计风速为10m/s的风力机放在风速为6m/s的环境工作，其功率会下降80%；按风速
垂直轴机械式变攻角风力发电机
目录 第１章绪论 (2) ?1.1 风力发电现状介绍 (2) ?1.2 各种创新型风力发电 (3) 第2章?风能资源 (5) ?２．1?风能的计算 (5) 2.2?山东省各市统计平均风速、风向和风向频率 (5) 第3章垂直轴变攻角风轮装置 (6) 3．1?装置的介绍 (6) 第4章ｓolｉdwｏrks fｌoｗsimulaｔion在设计中的应用 (7) 4.1?ｓｏlidworｋs flow sｉmulａtion简介 (7) ?4.2?ｓoｌiｄwｏｒks ｆｌow ｓiｍuｌａtiｏn 在本项目中的应用 (7) 4.３ｓoｌidwｏrks flｏw ｓimｕlatｉon对模型的流体分析···························７ 第5章发电机和整流稳压电路 (1) ０ ?5．1 发电机的选用 (10) ?5.2?整流滤波升压电路·················································1１ 第6章项目总体情况.................................................１2 ?6．１项目完成情况.. (12) ?6.2 项目成果·························································1２ 6.3 项目的目的意义、达到的目标和学习收获 (13) 6.4?对大学生创新项目的建议···········································１3 参考文献·································································１3
风力发电机组气动特性分析与载荷计算
风力发电机组气动特性分析与载荷计算 目录 1前言 (2) 2风轮气动载荷 (2) 2.1 动量理论 (2) 2.1.1 不考虑风轮后尾流旋转 (2) 2.1.2 考虑风轮后尾流旋转 (3) 2.2 叶素理论 (4) 2.3 动量──叶素理论 (4) 2.4 叶片梢部损失和根部损失修正 (6) 2.5 塔影效果 (6) 2.6 偏斜气流修正 (6) 2.7 风剪切 (6) 3风轮气动载荷分析 (7) 3.1周期性气动负载................................................................................... 错误！未定义书签。 4.1载荷情况DLC1.3 (10) 4.2载荷情况DLC1.5 (10) 4.3载荷情况DLC1.6 (10) 4.4载荷情况DLC1.7 (11) 4.5载荷情况DLC1.8 (11) 4.6载荷情况DLC6.1 (11)
1 前言 风力发电机是靠风轮吸取风能的，将气流动能转为机械能，再转化为电能输送电网，风力机气动力学计算是风力机设计中的一项重要工作。特别是对于大、中型风机，其意义更为重大。风力机处于自然大气环境中，大气紊流、风剪切、风向的变化（侧偏风）和塔影效应等，这些现象使叶片受到非常复杂气动载荷的作用，对风力机的气动性能和结构疲劳寿命产生很大的影响。对一台大型风力发电机组来说，除风轮叶片产生机组的气动载荷外，机舱和支撑风轮和机舱的塔筒也产生气动载荷，这些都对机组的载荷产生影响。 2 风轮气动载荷 目前计算风力发电机的气动载荷有动量—叶素理论、CFD 等方法。动量—叶素理论是将风轮叶片沿展向分成许多微段，称这些微段为叶素，在每个叶素上的流动相互之间没有干扰，叶素可以认为是二元翼型，在这些微段上运用动量理论求出作用在每个叶素上的力和力矩，然后沿叶片展向积分，进而求得作用在整个风轮上的力和力矩，算得旋翼的拉力和功率。动量—叶素理论形式比较简单，计算量小，便于工程应用，估算机组初始设计时整机的气动性能，被广泛用于风力机的设计和性能计算，而且还用来确定风力机的动态载荷，不断地被进一步改进和完善。CFD 数值计算不需要对数学模型作近似处理，直接对流体运动进行数值模拟，从物理意义上说，数值求解N-S 方程的CFD 方法应该是最全面准确计算风力机气动特性的方法。但是，由于极大的计算工作量，数值计算的稳定性等原因，目前CFD 求解N-S 方程方法还远不能作为风力机气动设计和研究的日常工具。作为解决工程问题的工具还不太实际。为此在计算中应用动量—叶素理论方法来计算机组的气动载荷。 2.1 动量理论 动量理论是经典的风力机空气动力学理论。风轮的作用是将风的动能转换成机械能，但是它究竟能够吸收多大的风的动能就是动量理论回答的问题。下面分不考虑风轮后尾流旋转和考虑风轮后尾流旋转两种情况应用动量理论。 2.1.1 不考虑风轮后尾流旋转 首先，假设一种简单的理想情况： （1）风轮没有偏航角、倾斜角和锥度角，可简化成一个平面桨盘； （2）风轮叶片旋转时不受到摩擦阻力； （3）风轮流动模型可简化成一个单元流管； （4）风轮前未受扰动的气流静压和风轮后的气流静压相等，即p 1 = p 2； （5）作用在风轮上的推力是均匀的； （6）不考虑风轮后的尾流旋转。 将一维动量方程用于风轮流管，可得到作用在风轮上的轴向力为 ()21V V m T -= （1） 式中 m 为流过风轮的空气流量 T AV m ρ= （2） 于是 ()21V V AV T T -=ρ （3） 而作用在风轮上的轴向力又可写成 () -+-=p p A T （4） 由伯努利方程可得 ++=+p V p V T 222121ρρ （5） -+=+p V p V T 22222ρρ （6） 根据假设，p 1 = p 2，（5）式和（6）式相减可得
垂直轴风力发电机设计
毕业设计（说明书） 2012 届 题目垂直轴风力发电机设计 专业机械设计制造及其自动化 学生姓名╳╳╳ 学号 指导教师╳╳╳ 论文字数 完成日期 湖州师范学院教务处印制
原创性声明 本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：日期：
关于毕业论文使用授权的声明 本人在指导老师指导下所完成的论文及相关的资料（包括图纸、试验记录、原始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等），知识产权归属湖州师范学院。本人完全了解湖州师范学院有关保存、使用毕业论文的规定，同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权湖州师范学院可以将本毕业论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和汇编本毕业论文。如果发表相关成果，一定征得指导教师同意，且第一署名单位为湖州师范学院。本人离校后使用毕业论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为湖州师范学院。 论文作者签名：日期： 指导老师签名：日期：
垂直轴风力发电机设计 摘要：本次毕业设计主要是完成垂直轴风力发电机设计。风力发电现今发展飞速，其中小型发电机组以其设备简单、成本较低、风能利用率高、启动、制动性能好等优点，得到越来越多青睐。本论文主要介绍了小型风力发电机的机械结构部分，从独立型风力发电机组的构成特点、运行特点、保护措施等各方面，介绍了实现机组无人值守全自动运行的设计思想和实施办法。 本设计利用机电一体化设计使整个系统组成简单，结构精巧，控制方便，性能可靠，应用前景广阔。 关键词：垂直轴，风力发电机，设计
垂直轴风轮涡轮式风力发电机组技术说明书汇总
垂直轴风轮涡轮式风力发电机组 技术说明书 二〇一一年五月二十六日
一、项目概述 硕普智能科技有限公司是一家具有国际背景的高科技企业集团。其团队由国内外的高级技术专家所组成。集团主要研发、生产具有国际水平的风力发电设备和风力发电场建设。硕普公司法人连志敏先生是从新西兰回国的技术专家，是新西兰研制垂直轴涡轮风电机组和智能控制技术的发明人。连志敏先生长期致力于垂直轴涡轮风力发电设备的研究，拥有国际发明专利一项，国内发明专利五项：国际专利： 智能垂直轴增压集风式风力发电机组 （专利申请号：PCT/CN2008/071744） 国内专利： 1、分布复合式能源系统 （专利号：200610063278.9） 2、智能全天候风力发电机组 （专利号：200610157277.0） 3、智能复合式发电能源塔 （专利号：200610157273.0） 4、智能垂直轴助吹式风力发电机组 （专利号：200710075268.1） 5、智能垂直轴增压集风式风力发电机组 （专利号：200710075267.1）
二、垂直轴涡轮式发电机组介绍 垂直轴涡轮式风力发电机组涉及了一种利用风力、涡轮效应、烟囱效应、集风体产生的正负压差、旋转气流的瞬间爆发力来推动传动系统的垂直轴风轮涡轮式风力发电机组做功发电，该机组包括由控制系统、组合钢架、多台发电机组、双层机房、垂直轴、联轴器、可转集风体&整流板、组合式风腔、垂直风轮、水平桨叶、支撑组合架、轴承。该机组以风力的大小、电机转速来同步控制进风百叶及出风百叶的角度及控制多电机的联动，以使风力发电机组全风况、最大化的发电。 垂直轴涡轮式风力发电机组具有以下特点： 1、体积小 采用多层、统一的结构和桨叶，模块式组装，标准构件体积小，易运输和安装。 2、效率高 应用集风、整流、磁悬浮风电系统，由于采用智能程控多发电机联动工作，可根据风机的转数及风力大小增减电机并机数量，并有多重蓄能方式。可根据多风况调节发电，从1级风到12级风都可以运行。将风能利用率从传统风电的28%提高到80%以上，每年发电小时数可以提高到6500小时（传统风电每年只能发电2500小时左右）。 3、造价低
风速对大型海上风力机的气动弹性影响研究
风速对大型海上风力机的气动弹性影响研究 发表时间：2017-10-25T17:58:34.210Z 来源：《基层建设》2017年第17期作者：张婷婷 [导读] 摘要：海上风力机是未来风电技术发展的重要方向。通常海上风力机风轮尺度较大、叶片弹性特征明显，这给风力机的气动弹性分析带来了极大挑战。 西南科技大学城市学院土木工程系四川绵阳 621000 摘要：海上风力机是未来风电技术发展的重要方向。通常海上风力机风轮尺度较大、叶片弹性特征明显，这给风力机的气动弹性分析带来了极大挑战。利用BEM气动力计算模型及模态叠加结构动力计算模型构建了大型海上风力机气动弹性分析模型，该模型具有计算效率高、计算结果准确的特征。利用该模型对不同风速条件下NREL 5MW海上风力机的气动弹性特征进行了计算和分析。结果显示，风力机的叶尖位移与风速条件直接相关，呈周期性特征。风速越高风力机功率波动频率越低。 关键词：大型海上风力机；气动弹性；BEM；模态叠加模型 0 研究背景 海上风力机为海上风能利用提供了有效的手段。根据“十三五”规划，海上风能资源的开发，将成为未来风能利用的重要发展方向。目前海上风力机技术仍处于发展过程中，部分海上风电强国已拥有部分示范工程，如挪威Hywind项目、葡萄牙WindFloat项目等。此外，近年来日本在海上风电技术领域投入较大，且已逐步形成海上风力机设计能力[1]。 海上风力机具有单机高功率等特点，通常设计为5MW-20MW[2]，相应的风力机的风轮半径将大幅增加。在海上复杂的环境下，气动力、波浪作用力、结构作用力等将形成复杂的耦合作用力体系，给海上风力机的结构响应分析带来了极大的困难。 本文通过动量叶素理论（BEM）计算风力机的气动力，采用模态叠加理论对NREL 5MW海上风力机进行了计算。对风力机的气动力特征及气弹耦合特性进行了系统地讨论。 1气动力计算BEM模型 复杂条件下风力机气动性能的求解是分析风力机气动弹性特征的关键。BEM理论模型将风力机叶片沿展向划分为多个独立的控制单元，假设相互单元之间的流场并不存在气动干扰，从而将三维问题化简为二维问题。极大地提高了计算效率，为风力机的气动弹性响应分析提供了条件。 通过将动量理论与叶素理论耦合并迭代求解，可获得当前翼型条件下的轴向及周向诱导因子和的量值，进而确定当前翼型的作用力。在此基础上将各控制单元的受力沿展向积分即可获得叶片的整体气动特性。 2结构动力学计算模态叠加模型 风力机结构动力学计算模型整体上可以分为模态叠加法、多体动力学计算方法及有限元分析方法。其中模态叠加法通过将叶片的各阶振型乘以响应系数后叠加起来计算其动力学响应，具有快速、高效等特征，是目前风力机气动弹性分析使用的主要方法。本文基于广义作用力方程，利用Duhamel积分可以求得叶片运动数值解，再将各阶模态对应的广义位移转换到物理空间可以得到以下位移结果：
基于FLUENT的垂直轴风力机风轮流畅模拟
基于FLUENT的垂直轴风力机风轮流畅模拟 【摘要】通过运用CFD数值分析软件FLUENT，对H型垂直轴风力机叶轮的流场进行数值模拟。采用了RNGk-ω湍流模型与滑动网格技术相结合的方法模拟了风力机叶轮旋转时流场的变化规律，揭示出了风力机内部及尾流在不同来流风速下的的流动变化规律，可以为工程分析提供参考。 【关键词】垂直轴风机；风轮；数值模拟 上世纪50年代初，研究流体运动规律的方法主要有理论分析方法和实验研究的方法，理论分析方法是利用简单流动模型假设计算出某些问题的解析解。实验研究方法耗费巨大，而理论分析方法对于复杂的非线性流动问题目前还无法计算。20世纪70年代以来，计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）的飞速发展为实验研究和理论分析都起到了促进作用，同时为简化流场的计算模型提供了更多的依据，让更多的分析方法得到发展和完善。 1.数值模型 2.模型的创建 在进行CFD计算前需要对直叶片垂直轴风机简化，由于风轮中连杆、转轴等构件对风轮周围的流畅影响不大，在CFD建模过程中可以简化掉，在GAMBIT 软件中简化后的二维风轮模型如图1所示。 如图2所示，风轮外流场计算区域分布在10D×10D（D为风轮转子的直径）的范围内，计算区域分为转动区域和静止区域，图中叶片所在的圆环区域为旋转区域，圆环内部圆周区域和外部矩形区域为静止区域。 划分网格时，采用滑动网格模型，可以真实的模拟转子周期性变化的非定常流动，旋转区域和静止区域的网格之间沿界面作相对运动，而且网格界面上的节点无需对齐[3]，因此可以对转动区域和静止区域分别划分网格。静止区域的几何结构简单，可分块划分结构化网格。旋转区域的几何结构稍复杂，需要对叶片周围网格进行加密处理，如图3所示，然后划分非结构网格。整个流场网格划分如图4所示。 3.边界条件的设置 边界条件的设置是FLUENT分析问题中非常关键的一部分，往往关系到模拟的成败。先在GAMBIT中设置边界条件的类型，设置如下： 然后在进入FLUENT后对边界条件进行赋值，对于速度入口，将速度大小设置为9m/s，方向与入口边界垂直；圆环转动区域的转动速度设置为35rad/s，转动类型为“Moving mesh”；叶片的壁面条件设置为转动的，并且转动速度与周
垂直轴风力机
垂直轴风力发电机 垂直轴风力发电机在风向改变的时候无需对风，在这点上相对丁水平■轴风力发电机是一大优势，它不仅使结构设计简化，而且也减少了风轮对风时的陀螺力。 垂直轴风力发电机的分类 尽管风力发电机多种多样，但归纳起来可分为两类：①水平轴风力发电机，风轮的旋转轴与风向平行；②垂直轴风力发电机，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力发电机有几种类型，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型风车，具有部分升力，但主要还是阻力装置。这些装置有较大的启动力矩，但尖速比低，在风轮尺寸、重量和成本一定的情况下，提供的功率输出低。 达里厄式风轮是迎ILG.J.M达里厄于19世纪30年代发明的。在20世纪70年代，加拿大国家科学研究院对此进行了大量的研究，现在是水平轴风力发电机的主要竞争者。达里 厄式风轮是一种升力装置，弯曲叶片的剖面是翼型，它的启动力矩低，但尖速比可以很高，对于给定的风轮重量和成本，有较高的功率输出。现在有多种达里厄式风力发电机，如①型，△型，Y型和H型等。这些风轮可以设计成单叶片，双叶片，三叶片或者多叶片。 其他形式的垂直轴风力发电机有马格努斯效应风轮，他由自旋的圆柱体组成，当它在气流中工作时，产生的移动力是由于马格努斯效应引起的，其大小与风速成正比。有的垂直轴风轮使用管道或者漩涡发生器塔，通过套管或者扩压器使水平气流变成垂直气流，以增加速度，偶写还利用太阳能或者燃烧某种燃料，是水平气流变成垂直方向的气流。 垂直轴风力发电机发展 垂直轴风力发电机——使风电建筑一体化成为可能 风力发电和太阳能发电一样，最初是为了解决应急电源和边远地区供电而开发出 来的产品，因而在最初发展并不是很快。 到了上个世纪二、三十年代，全球经济危机带来的能源紧张,让世界各国的专家 想到了以风力发电作为补充能源的可行性。第二次世界大战后,各国纷纷进行研究， 由于当时的技术水平较差，启动风速要求较高，发电噪音也很大，所以只能将风力发电机放在人迹罕至的地方或风力较大的地方。设备也是往大型风力发电机发展，专门建设大型风力发电场，由于水平轴风力发电机的特性，小型风力发电在相当长的时间里未得到较好的发展。 现在，各个发达国家均大力发展新能源产业，而太阳能一直是新能源商业化的首选，因为太阳能的设置地点较灵活，不会产生噪音，可以和建筑进行一体化设计。而
垂直轴磁悬浮风力发电机与水平轴风力发电机的对比
一、尚特光电公司简介： 深圳尚特绿色能源股份有限公司，德国慕尼黑工业大学新能源技术、澳大利亚新南威尔士大学太阳能研究所、清华大学深圳低碳节能研究院合作伙伴，是一家专门从事太阳能、风能发电与控制技术研发、生产、销售、服务为一体的高新科技企业，凝聚着一批国际新能源领域顶尖的科研人才，拥有多项国家发明专利，公司组织机构完善，管理严格，已建立完善的品质管理体系，顺利通过了ISO09001: 2008质量管理体系认证和产品的CE、ROSH、UL认证等。 核心技术为：磁悬浮风力发电与控制技术、跟踪式太阳能发电系统、高倍聚光太阳能发电系统、风光互补发电与控制系统；产品广泛应用于城市、农村道路照明，家庭别墅、通信基站、交通监控、部队边防用电等中小离网型发电站，以及大型光伏并网发电站等，其中磁悬浮风力发电机能微风启动、轻风发电，解决了世界大部分低风速地区无法发电的技术难题，太阳能跟踪式发电系统比固定式的太阳能发电系统提高40～80%的发电量，高倍聚光太阳能发电系统比固定式的太阳能发电系统提高80～150%的发电量，大大降低了中大型光伏发电厂的发电成本，是目前世界上领先的第三代太阳能发电技术。 尚特不仅提供高品质的追日式太阳能跟踪系统、磁悬浮风力发电机、控制与逆变器等系列产品，同时在太阳能、风能项目的立项咨询、方案设计、施工安装、运行维护方面提供国际化高水准的强大服务团队，服务于全球商用或民用光伏电站建设和各类太阳能、风能应用项目的咨询、设计、系统集成、工程承包等一站式解决方案，保证产品长期稳定运行、最大限度降低用户的建设与维护成本。 “为人类能源可持续发展提供专业高效的解决方案”，一直是尚特的崇高使命；“精益求精、诚臻服务”始终是尚特对客户的永久承诺，我们也必将长期置身于清洁能源技术应用的领先行列，引领绿色节能时代的革命! 二、SUNTOP产品技术特点 ·SUNTOP磁悬浮微风发电机由深圳尚特绿色能源有限公司与德国幕尼黑工业大学历时四年共同研发创造，技术处于世界领先地位，并在全球范围内申请多项专利。 ·SUNTOP磁悬浮微风发电机集磁悬浮技术、电机工程、动力机械、航空大气工程、外观设计、实用设计、风洞测验、电脑模拟分式等学科于一体，采用轻型铝合金、钛金、不锈钢紧固件等轻型特殊材料制造。 ·SUNTOP磁悬浮风力发电机，由磁悬浮风力发电电机、垂直式万向受风装置（风叶）与法兰组成。 （一）、电机部分工作原理是：采用磁悬浮技术理论、将电机线圈悬浮于一 定的空间，在没有任何机械摩擦阻力以及在风力驱动作用下，使电机转动并 切割磁力线发出三相交流电；电机外壳由高强度铝合金模具成型，转动轴材 料为不锈钢，电机内部由定子、外转子、磁缸、稀土磁铁、高纯度铜线圈，通过 磁悬浮技术组合而成。
垂直轴风力发电机
垂直轴风力发电机 增加概述及概述图片垂直轴风力发电机在风向改变的时候无需对风，在这点上相对于水平轴风力发电机是一大优势，它不仅使结构设计简化，而且也减少了风轮对风时的陀螺力。 目录 垂直轴风力发电机的分类 垂直轴风力发电机发展 风力发电设备行业的发展 新型垂直轴风力发电机（H型）一、技术原理 二、功率特性 三、结构 附：现有垂直轴风力发电电源比较： 垂直轴风力发电机的特点 现状垂直轴风力发电机的分类 垂直轴风力发电机发展 风力发电设备行业的发展 新型垂直轴风力发电机（H型）一、技术原理 二、功率特性 三、结构 附：现有垂直轴风力发电电源比较： 垂直轴风力发电机的特点 现状 展开编辑本段垂直轴风力发电机的分类 尽管风力发电机多种多样，但归纳起来可分为两类：①水平轴风力发电机，风轮的旋转轴与风向平行；②垂直轴风力发电机，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力发电机有几种类型，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型风车，具有部分升力，但主要还是阻力装置。这些装置有较大的启动力矩，但尖速比低，在风轮尺寸、重量和成本一定的情况下，提供的功率输出低。达里厄式风轮是法国G.J.M达里厄于19世纪30年代发明的。在20世纪70年代，加拿大国家科学研究院对此进行了大量的研究，现在是水平轴风力发电机的主要竞争者。达里厄式风轮是一种升力装置，弯曲叶片的剖面是翼型，它的启动力矩低，但尖速比可以很高，对于给定的风轮重量和成本，有较高的功率输出。现在有多种达里厄式风力发电机，如Φ型，Δ型，Y型和H型等。这些风轮可以设计成单叶片，双叶片，三叶片或者多叶片。其他形式的垂直轴风力发电机有马格努斯效应风轮，他由自旋的圆柱体组成，当它在气流中工作时，产生的移动力是由于马格努斯效应引起的，其大小与风速成正比。有的垂直轴风轮使用管道或者漩涡发生器塔，通过套管或者扩压器使水平气流变成垂直气流，以增加速度，偶写还利用太阳能或者燃烧某种燃料，是水平气流变成垂直方向的气流。 编辑本段垂直轴风力发电机发展 垂直轴风力发电机——使风电建筑一体化成为可能风力发电和太阳能发电一样，最初是为了解决应急电源和边远地区供电而开发出来的产品，因而在最初发展并不是很快。到了上个世纪二、三十年代，全球经济危机带来的能源紧张，让世界各国的专家想到了以风力发电作为补充能源的可行性。第二次世界大战后，各国纷纷进行研究，由于当时的技术水
垂直轴风力发电机
垂直轴风力发电机在风向改变的时候无需对风，在这点上相对于水平轴风力发电机是一大优势，它不仅使结构设计简化，而且也减少了风轮对风时的陀螺力。 垂直轴风力发电机（vertical axis wind turbine VAWT）从分类来说，主要分为阻力型和升力型。阻力型垂直轴风力发电机主要是利用空气流过叶片产生的阻力作为驱动力的，而升力型则是利用空气流过叶片产生的升力作为驱动力的。 由于叶片在旋转过程中，随着转速的增加阻力急剧减小，而升力反而会增大，所以升力型的垂直轴风力发电机的效率要比阻力型的高很多。 1.阻力型风力发电机的工作原理 阻力型垂直轴风力发电机风轮的转轴周围，有一对或者若干个凹凸曲面的叶片，当它们处于不同方位时，相对于它的来风方向所受的推力F是不同的。风力作用于上述物体上的空气动力差别也很大。作用力F可表示为： F=1/2?ρ?S·V??C 其中ρ——空气密度，一般取1.25（kg/m?） S——风轮迎风面积 V——来流风速 C——空气动力系数 以半球为例，当风吹到半球凹面一侧，c值为1.33，当风吹到半球凸面一侧时，c值为0.34。对于柱面，当风吹向凹面和凸面时，系数c分别为2.3和1.2。 由于组成风轮的叶片不对称性和空气阻力的差异，风对风轮的作用就形成了绕转轴的驱动力偶，整个风轮随即转动。 2.升力型垂直轴风力发电机原理 在下面图中列举了从0度到315度八个位置的叶片，风从左边进入，浅蓝色的矢量v是风速、绿色的矢量u是叶片圆周运动的线速度反向（即无风时叶片感受到的气流速度）、蓝色的矢量w是叶片感受到的合成气流速度（即相对风速）、紫色的矢量L是叶片受到的升力。 我们分析一下叶片在这八个角度的受力情况，在90度与270度的位置，相对风速不产生升力，在其它六个位置上叶片受到的升力均能在运动方向产生转矩力，这也是达里厄风力机能在风力下旋转的道理。 实际上情况要复杂得多，前面分析图是理想状态，是在理想的叶尖速比与没有叶片的阻力时的状态。叶片推动风轮旋转的转矩力是升力与阻力的合成力在叶片前进方向的分力。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分力M才是实际的转矩力，显然此时的转矩力明显小于理想状况。 而且在180度与270度附近的角度内，升力与阻力的合成力产生的是反向转矩力。