阻力型垂直轴风力发电机
垂直轴风力发电机
垂直轴风力发电机垂直轴风力发电机是一种利用风能产生电能的装置。
相比于传统的水平轴风力发电机，它在结构上有所不同，能够应对风速变化较大的情况。
本文将从垂直轴风力发电机的原理、特点及应用领域等方面进行探讨。
垂直轴风力发电机利用风能产生动力，并将其转化为电能。
它的主要组成部分包括风轮、轴承、发电机和塔架。
当风吹过风轮时，风轮受到风力的作用而旋转，通过传动装置将其转动的动力传递给发电机。
发电机将机械能转化为电能，并通过输电线路将其传输出去。
垂直轴风力发电机具有一些独特的特点。
首先，它的风轮安装在垂直的轴线上，可以接收来自任何方向的风。
这使得垂直轴风力发电机在面对风向变化较大的地区时具有一定的优势。
其次，垂直轴风力发电机的结构相对简单，不需要跟踪风向，维护成本较低。
此外，垂直轴风力发电机的噪音和振动较低，对环境的影响较小。
垂直轴风力发电机的应用领域非常广泛。
首先，它可以被用于城市居民区、工业区和农村地区等各种地方。
由于垂直轴风力发电机的噪音和振动较低，可以减少对居民生活的干扰。
其次，垂直轴风力发电机可以用于海上风电场的建设。
相比于水平轴风力发电机，垂直轴风力发电机在海上的稳定性更强，能够应对较大的海浪和风力。
此外，垂直轴风力发电机还可以用于偏远地区的电力供应，解决电力短缺问题。
尽管垂直轴风力发电机在特定的应用场景中表现出色，但它也存在一些挑战需要克服。
首先，相比于水平轴风力发电机，垂直轴风力发电机的效率较低。
由于受到来自各个方向的风力，风能的利用效率相对较低。
其次，垂直轴风力发电机的装置相对较大，需要占用较大的空间。
这限制了它在城市区域的应用，需要更多的土地资源。
为了克服这些挑战，研究者们正在不断改进垂直轴风力发电机的技术。
他们致力于提高垂直轴风力发电机的风能利用效率，减小其装置的体积。
一些创新的设计和材料正在被应用于垂直轴风力发电机中，以提高其性能和可靠性。
总结起来，垂直轴风力发电机作为一种利用风能产生电能的装置，在特定的应用场景中具有一定的优势。
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。
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。
垂直风力机原理
垂直风力机原理
垂直轴风力发电机的工作原理是利用风能来使风轮旋转，从而带动发电机转动，最终将风能转化为电能。
当风吹过风轮时，风能的作用力使风轮旋转，旋转的动力通过传动系统传递到发电机中，从而带动发电机转动。
发电机将机械能转化为电能，通过电缆输送到电网中，为人们提供清洁、可再生的电力能源。
垂直轴风力发电机主要由倾斜轴、碟片叶片、偏心轴机构、齿轮传动、直流交流发电机组成。
风筒，倾斜轴，是发电机的主要组件，用于将风送入发电机腔内，它的位置偏转起重要作用，是决定发电机的转动情况的重要因素。
碟片叶片由多个平行面构成，设置在倾斜轴的两端，它负责吸收风力，使风能转为机械能。
偏心轴用于连接碟片叶片和齿轮，它实现风力传动到传动机构，从而不断推动齿轮转动，转动减速器，最后提供驱动力给直流两相异步式发电机，实现电能的输出。
垂直轴风力发电机有多种类型，其中利用平板和杯子做成的风轮属于纯阻力装置；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。
以上内容仅供参考，可以阅读垂直轴风力发电机的构造和原理以获取更多专业信息。
风力发电机分类及特点分析
齿轮箱
DFIG
电网
转子侧 变换器
网侧 变换器
双馈式变速恒频风力发电系统结构框图
电气工程与自动化学院
第三章 风力发电
3）运动部件少，由磨损等引起的 故障率很低，可靠性高。
4）采用全功率逆变器联网，并网、 解列方便。
5）采用全功率逆变器输出功率完 全可控，如果是永磁发电机则 可独立于电网运行。
缺点是： 由于直驱型风力发电机组 没有齿轮箱，低速风轮直接 与发电机相连接，各种有害 冲击载荷也全部由发电机系 统承受，对发电机要求很高。 同时，为了提高发电效率， 发电机的极数非常大，通常 在100极左右，发电机的结构 变得非常复杂，体积庞大， 需要进行整机吊装维护。
风力发电机分类及特点
李少龙
第三章 风力发电
课件
2020/3/3
了解风力发电机的分类 双馈式和直驱式风力发电机介绍
电气工程与自动化学院
第三章
课件
按照风轮形式分类
风力发电
2020/3/3
（1）垂直轴风力发电机组
垂直轴风轮按形成转矩的机理分为阻力型和升力型。 阻力型的气动力效率远小于升力型，故当今大型并网型垂 直轴风力机的风轮全部为升力型。
直驱式风力发电系统大多都使用永磁同步发电机发电，无需励磁 控制，电机运行速度范围宽、电机功率密度高、体积小。随着永磁 材料价格的持续下降、永磁材料性能的提高以及新的永磁材料的出 现，在大、中、小功率、高可靠性、宽变速范围的发电系统中应用 的越来越广泛。
阻力型垂直轴风力机资料
屏障平板式风力机（垂直轴阻力式风力机之一）一个垂直于风向的平板会受到一个与风向相同的力，我们称这个力为阻力。
屏障平板式风力机就是利用风的阻力做功的风力机。
这是一个屏障平板式风力机的叶片转子（叶轮），在转轴上分布着六个平板叶片。
当风吹向风叶转子时，转子并不会旋转，因为风在转子两侧的阻力相同。
如果在轴的一侧装上挡风的屏障。
在挡风屏障一侧的风将绕屏障外面通过，不对叶片产生推力；而另一侧接受风力，叶片转子就会旋转。
叶片转子的轴垂直于地面安装，结构简单，维护方便。
当风向变化时，为了保证屏障总在转子旋转逆风一面，屏障是可绕轴旋转的，在屏障后侧装有尾舵。
安有尾舵的屏障可保证在任何风向下叶片转子都朝一个方向旋转。
风叶片可以是平板，也可以是别的形状，这个屏障式风力机的叶片是弧面的。
屏障平板式风力机对风的利用效率不高，在叶尖速比λ值为0.2至0.6时出力最大。
由于结构简单，增速箱与发电机可安装在地面，方便安装维护，适合在小型风电应用，。
平板摆转式风力机（垂直轴阻力式风力机之二）一个垂直于风向的平板会受到一个与风向相同的力，我们称这个力为阻力。
平板摆转式风力机是利用风的阻力做功的风力机。
这是平板摆转式风力机的叶片，在叶片一边有轴把叶片装在转子支架上，可以旋转，在支架上有挡杆限止叶片的转动角度。
在转子支架上安装六个可转动的叶片。
当风吹向风叶转子时，在上侧的叶片顺风摆动，对风不产生阻力；在下侧的叶片在风力作用下，转向挡杆限定的位置，并继续受到风力的作用，于是风叶转子就旋转起来。
叶片转子的轴垂直于地面安装，由于风叶转子结构的对称性，各个方向的风力均可推动它旋转。
平板摆转式风力机由于叶片的摆转增加了机械磨损；对挡杆的冲击产生噪声，也易造成叶片与挡杆的损坏。
如果把叶片的轴设在叶片中部一侧的位置，可减缓叶片的摆速以减小对挡杆的冲击。
还有把叶片轴水平安装的（叶片轴与风机轴垂直呈辐射状），这里就不再介绍了。
平板摆转式风力机在较低风速时也能旋转，能较好的利用风的阻力，在叶尖速比λ值为0.2至0.6时出力最大，增速箱与发电机可安装在地面，方便安装维护，但机械磨损与噪声是最大的缺点。
4.1垂直轴风力发电机分类及原理
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风力发电原理 主编及制作：刘赟
第四章 垂直轴风力发电机组
屏障平板式风力机
如图是屏障平板式风力机的叶片转子（风轮），在转轴上分布着六个平 板叶片，风轮转轴与地面垂直。当风吹向风叶转子时，转子并不会旋转，因 为风在转子两侧的阻力相同
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第四章 垂直轴风力发电机组
屏障平板式风力机
S 型 风 力 机 外 形
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第四章 垂直轴风力发电机组
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第四章 垂直轴风力发电机组
阻力型风力机的风能利用系数 较低，故很少用于发电。转速决定 了输出功率的大小，风轮只有在最 佳转速下才能获得最佳风力机输出 功率，如图所示，给出了某阻力型 风轮的功率输出与叶尖速比的关系 曲线。图中可以看出，叶尖速比为 0.4时，输出功率最大；叶尖速比 0.3~0.4为高效运行区域。
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第四章 垂直轴风力发电机组
屏障平板式风力机对风的利用效率不高，在叶尖速比为0.2至0.6时出力最 大。由于结构简单，增速箱与发电机可安装在地面，方便安装维护，适合在小 型风电应用。
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第四章 垂直轴风力发电机组
平板摆转式风力机
如图是平板摆转式风力机的叶片，在叶片一边有轴，把6个叶片装在风轮 支架上，叶片可绕叶片轴旋转，在风轮支架上有挡杆限止叶片的转动角度。风 轮支架中心是风轮轴。
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第四章 垂直轴风力发电机组
当风吹向风叶转子时，在上侧的叶片顺风摆动，对风不产生阻力；在下侧 的叶片在风力作用下，转向挡杆限定的位置，并继续受到风力的作用，于是风 轮就旋转起来。
垂直轴风力发电机
垂直轴风力发电机引言垂直轴风力发电机（Vertical Axis Wind Turbine，以下简称VAWT）是一种基于垂直轴旋转的装置，利用风能将其转化为电能的发电设备。
相较于传统的水平轴风力发电机，VAWT 具有一些独特的特点和优势。
本文将介绍垂直轴风力发电机的原理、构造、工作方式以及应用领域。
原理垂直轴风力发电机的原理基于风能转换为机械能，再转换为电能的过程。
当风经过风力发电机的叶片时，风能会转化为旋转动力。
垂直轴风力发电机使用的是垂直方向上旋转的叶片，而不是水平方向上旋转的叶片。
这种设计使得垂直轴风力发电机可以更好地适应风向的变化，并且在低风速下也能发电。
构造一台典型的垂直轴风力发电机由以下主要部件组成： 1. 轴承：支撑垂直轴的旋转部件。
2. 叶片：用来捕捉风能并转化为旋转力的组件。
3. 发电机：将机械能转化为电能的核心部件。
4. 塔架：支撑整个风力发电机系统的结构。
5. 控制系统：用于监测和控制风力发电机的运行状态。
工作方式垂直轴风力发电机的工作方式相对简单。
当风流经过垂直轴上的叶片时，叶片会转动，将风能转化为旋转力。
旋转的轴通过轴承连接到发电机，发电机则将机械能转化为电能。
电能可直接供给附近的电网，或者储存于蓄电池中供以后使用。
控制系统会监测垂直轴风力发电机的运行状态，并根据需要进行调整和优化。
优势相较于水平轴风力发电机，垂直轴风力发电机具有以下优势： 1. 适应性更强：垂直轴风力发电机不受风向变化的限制，可以从360度方向上的风捕捉能量。
2. 更高的效率：垂直轴风力发电机可以在低风速环境下开始工作，并且在高风速环境下不会受到太大损坏。
3. 更低的噪音：由于其设计方式的不同，垂直轴风力发电机产生的噪音相对较低。
4. 更小的空间需求：垂直轴风力发电机的设计使其可以安装在有限的空间内，方便在城市或者高楼大厦等地区使用。
应用领域垂直轴风力发电机在以下领域有着广泛的应用： 1. 城市环境：由于其较小的空间需求和较低的噪音输出，垂直轴风力发电机适合在城市环境中使用，例如在屋顶或高楼大厦上安装。
[课件]垂直轴风力发电原理介绍PPT
![[课件]垂直轴风力发电原理介绍PPT](https://img.taocdn.com/s3/m/950fa03dc5da50e2524d7f78.png)
( C C ) 4ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ( C C ) 3 ( C C ) v2 T 1 T 2 T 1 T 2 T 1 T 2 v 3 ( C C ) 1 T 1 T 2
可取得最大风能利用系数。
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第七章 垂直轴风力发电机组
§7.1垂直轴风力机的类型
阻力差型风力机也属于阻力型风力机，其叶片在空气阻 力的推动下旋转，且最佳叶尖速比位于0~1范围内。通过功 率计算式可以发现，为了使阻力差型风力机获得最大的功率， 可以利用增大叶片的顺风阻力系数或者减少逆风阻力系数。 通常有以下典型结构：半球形叶片，CT1达1.33，CT2仅为 0.34；半圆柱形叶片的CT1达2.3，而CT2仅为1.2。
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风力发电原理
第七章 垂直轴风力发电机组
§7.1垂直轴风力机的类型
阻力型风力机的风能利用系数较 低，故很少用于发电。转速决定了 输出功率的大小，风轮只有在最佳 转速下才能获得最佳风力机输出功 率，如图所示，给出了某阻力型风 轮的功率输出与叶尖速比的关系曲 线。图中可以看出，叶尖速比为0.4 时，输出功率最大；叶尖速比 0.3~0.4为高效运行区域。
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第七章 垂直轴风力发电机组
§7.1垂直轴风力机的类型
1.1 阻力差型垂直轴风力机
定义：利用叶片在顺风和逆风时受风面形状不同而产生 不同的阻力系数，来驱动风轮旋转的风力机。
设叶片叶尖的线速度为V，风速为V1， 叶片表面积为A，则风作用于叶片凹 形面的阻力为： 1 2 T C A ( v v ) 1 T 1 1 2 1 2 逆风阻力：T C A ( v v ) 2 T 2 1 2 式中：CT1、CT2为凹面和凸面的阻力系数
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垂直轴阻力型风力发电机
研究分析报告
目录
1.风力发电机综述
2.发电机拆装
3.三维建模
4.动态模拟
5.出现的问题及分析
一．风力发电机综述
现存的风力发电机尽管种类多样，但归纳起来可分为两类：水平轴风力发电机——风轮的旋转轴与风向平行和垂直轴风力发电机——风轮的旋转轴垂直于地面或者气流方向。
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向的陀螺力。
本次研究的垂直轴风力发电机，类似于现存的垂直轴H型风力发电机。
他们的相同之处在于：1.都采用了空气洞力学原理，针对垂直轴旋转的风洞模拟，叶片选用了飞机翼形形状，在风轮旋转时，它不会受到因变形而改变效率。
2.它用垂直直线连接叶片的连杆组成的风轮，由风轮带动发电机发电送往控制器进行控制，输送负载所用的电能。
而不同之处在于 1.旋转轴上的叶片在围绕旋转轴公转时也可以自转，在叶片位置固定架和叶片角度调整器的作用下确保位于旋转轴一侧的叶片在旋转过程中和风向保持垂直，而另一侧叶片和风向保持平行，减少了阻力，保证了最大限度地利用风能。
2.该轮叶的创新型半转机构设计，主要功能是提高轮叶转速，使风力发电机的效率和输出功率大为提高。
二． 风力发电机的拆装
将零件整理并归类
用Proe/E 零件测绘 Proe/E 创建零件库 Proe/E 装配
观察叶片轴上的小型减速器并拆卸
观察并拆卸三个叶片轴
拆掉主轴顶端的电机及蜗杆
蜗轮
观察主轴上的齿轮及塔架内的蜗杆和轴承的位置并拆卸
将主轴与塔架分离
风力发电机的拆卸
将风力发电机移至工
作台拆卸 拆卸三个叶片轴的上下支
持翼
旋转发电机使其自由旋转
完成综合实验报告 安装风轮轴上的下支持翼
将风轮轴对齐并正确安装
主轴与塔架整合
主轴上的齿轮及塔架内的蜗杆和轴承正确放置组装
安装主轴顶端的电机及蜗杆
蜗轮
风力发电机的组装
将各类零件归整至工
作台
组合风轮轴的上支持翼
三．风力发电机的三维建模
1.零件类
（1）轴类零件
主轴塔架
下支持翼上支持翼
减速机输入轴减速机输出轴
塔架传动轴塔架输出轴
(2).盘类零件
塔架端盖1 主轴端盖
塔架端盖2 减速机侧端盖
减速机下端盖叶片轴连接端盖（3）.紧固类零件
内六角圆柱端螺钉m8 内六角圆柱端螺钉m6 (4).齿轮
塔架传动轮主轴传动轮1
主轴传动轮2
（5）.轴承类零件
深沟球轴承推力球轴承（6）.其它类零件
叶片电机及传动装置
油封密封圈
键挡环
2.轴系装配
3.三维模型
四．风力发电机的动态模拟
五．实验过程出现的问题及分析
1.如何利用半转机构实现叶片的半转
2.如何保证叶片的位置是最合适的
3.如何实现它的功率和效率
4.如何实现功率的稳定输出。