垂直轴机械式变攻角风力发电机
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。
垂直轴风力发电机
垂直轴风力发电机1. 简介垂直轴风力发电机是一种利用风能转化为电能的装置。
相比于传统的水平轴风力发电机，垂直轴风力发电机具有更高的稳定性和适应性，因此在一些特定的环境中更为适用。
本文将介绍垂直轴风力发电机的工作原理、结构特点以及其在可再生能源领域的应用。
2. 工作原理垂直轴风力发电机的工作原理基于风能与叶片之间的相互作用。
当风经过发电机的叶片时，叶片会受到风力的作用而转动。
叶片的转动通过轴传递给发电机，发电机则将机械能转化为电能。
垂直轴风力发电机与水平轴风力发电机不同的是，其叶片布置在一个垂直的轴上。
相比于水平轴风力发电机，垂直轴风力发电机具有以下几个优势： - 不受风向限制：垂直轴风力发电机可以利用从任意方向吹来的风，而不需要朝向风向。
- 高稳定性：由于叶片布置在垂直轴上，垂直轴风力发电机在转动时不受风力方向的影响，稳定性更高。
- 适应性强：垂直轴风力发电机对风速和风向的变化能力更强，适应性更好。
3. 结构特点垂直轴风力发电机的结构特点如下：3.1 叶片设计垂直轴风力发电机的叶片由多个独立的薄片组成，这样可以提高风力的吸收效率。
叶片通常呈弯曲形状，以增加风力对叶片的作用面积。
同时，叶片的材料选择也非常重要，常见的材料包括纤维复合材料、铝合金等。
3.2 主轴和轴承系统主轴是垂直轴风力发电机的关键组成部分，承载着转动的叶片和发电机部件。
主轴一般采用高强度的金属材料，以确保结构的强度和稳定性。
轴承系统负责支撑和减少主轴的摩擦，常见的轴承类型包括滚动轴承和滑动轴承。
3.3 发电机部件垂直轴风力发电机的发电机部件主要由发电机和控制系统组成。
发电机将转动的机械能转化为电能，通常采用的是三相异步发电机。
控制系统负责监测和调节发电机运行状态，包括风速、电压等参数的监测和调节。
4. 应用领域垂直轴风力发电机在可再生能源领域有广泛的应用，以下是几个常见的应用领域：4.1 农村和偏远地区垂直轴风力发电机适应性强，可以利用不稳定的风力资源。
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。
垂直轴风力机非对称翼型叶片变攻角方法
垂直轴风力机非对称翼型叶片变攻角方法张立军;刘华;赵昕辉;张明明;李乐乐【摘要】分析了H型垂直轴风力机非对称翼型叶片在一定雷诺数下的升力系数和阻力系数的变化,给出了叶片攻角的合理变化范围.通过分析风轮旋转一周叶片攻角的变化,给出了不同叶尖速比下叶片攻角随其方位角变化的规律.利用Origin软件计算出上下风区叶片的安装角与攻角的对应关系,并确定合适的安装角.分析表明,通过改变风轮叶片的安装角来调整叶片的攻角,能使风力机始终保持较高的功率输出.【期刊名称】《可再生能源》【年(卷),期】2016(034)002【总页数】6页(P232-237)【关键词】非对称翼型叶片;变攻角;安装角;Origin软件【作者】张立军;刘华;赵昕辉;张明明;李乐乐【作者单位】中国石油大学(华东)机电工程学院,山东青岛266580;青岛东华士智能装备有限公司,山东青岛266580;中国石油大学(华东)机电工程学院,山东青岛266580;青岛东华士智能装备有限公司,山东青岛266580;中国石油大学(华东)机电工程学院,山东青岛266580【正文语种】中文【中图分类】TK83风能是一种无污染的可再生能源，其利用技术相对成熟，具有广阔的开发应用前景。
现在的风力机主要有阻力型和升力型两种，其中升力型风力发电机有水平轴和垂直轴两类。
目前，垂直轴风力机受到越来越多的关注[1]。
垂直轴风力机具有以下优点：①无需对风装置，可以接受任何方向的风；②没有沉重的机舱，大大降低了制造成本，增强了系统的可靠性；③塔架低，承载性能好，维护方便；④H型垂直轴风力机的叶片是直线型的，加工工艺简单，制造成本较低，可以实现机械化批量生产。
但是，垂直轴风力机在工作过程中，难以实现随风向变化实时调节叶片攻角，导致风能转化效率较低[2]，[3]。
本文对H型垂直轴风力机转子旋转360°过程中叶片攻角的变化规律进行了分析，为提高风力机的风能利用率，探讨了叶片安装角与攻角的对应关系。
简析几种垂直轴风力机叶片攻角调整方法的优缺点
简析几种垂直轴风力机叶片攻角调整方法的优缺点简析几种垂直轴风力机叶片攻角调整方法的优缺点从达里厄发明升力型垂直轴风力机至今已80多年了，但一直未能广泛应用，主要是自身的一些缺点妨碍了应用,不能自起动是其重要的缺点, 主要的缺点还是对风力的变化范围与负荷的变化范围要求过窄，这也涉及它不能调速的缺点。
1. 固定叶片升力型垂直轴风力机的主要问题传统达里厄风力机采用ф形叶片，目前较多采用直叶片（H型）结构，达里厄风力机的叶片相对于风轮是固定的，也就是叶片弦线角度是不可调的。
图1是风轮的叶片分布图。
图1 垂直轴风力机叶片分布图升力型风力机是利用叶片的升力推动风轮旋转做功，对于多数普通翼型的叶片在理想状态下，在攻角为0至15度能产生升力，而在8至13度能产生大的升力且阻力较小。
图2是风力机的叶片旋转到风轮向风侧（0度位置）时的气流与受力图。
叶片在正常与失速时升力阻力对比图图2左侧图中叶片受到相对风速W的作用产生升力L与阻力D，相对风速W与叶片弦线的夹角即叶片的攻角α约为14度，相对风速W由风速V与叶片运动速度u合成，此时的叶片运动的速度约风速的4倍，即叶尖速比为4。
升力L与阻力D的合力为F，该力对风轮的力矩力为M，是推动风轮旋转的力。
在叶尖速比为4时，叶片运行在向风侧或背风侧均能产生推动风轮旋转的力矩，仅在两侧（90度与180度）附近升力很小，会有不大的负向力矩。
在图2右侧图中风速增加了一倍，叶片运动的速度未变，叶尖速比约为2，叶片的攻角α约为27度，叶片工作在失速状态，此时叶片产生的升力L下降了，阻力D大大上升了，相对风轮产生的力矩力M 为负向，是阻止风轮旋转的，而且在这种风速与转速下叶片运行在大多数位置均产生负向力矩。
其实叶片在叶尖速比为4（α为14度）时已在失速的边沿，低于4时升力L已不再增加，阻力D已明显上升，风叶产生的力矩力M有可能为0或负向。
好在叶片运行在0度至90度中间一段区域叶片攻角较小能产生正向力矩、在90度至180度、180度至270度、270度至360度的中间也有这样一段区域。
垂直轴风力发电机
萨渥纽斯型
总结词
萨渥纽斯型垂直轴风力发电机是一种高效的风力发电机，其 设计独特，能够捕获更多的风能，适合在高风速环境下运行 。
详细描述
萨渥纽斯型垂直轴风力发电机采用类似于空气动力学翼型的 结构，能够有效地将风能转化为机械能。这种类型的发电机 通常适用于风速较高的地区，因为它能够以更高的转速产生 更多的电力。
水平轴风力发电机
设计相对复杂，需要较高的塔架支撑 ，但发电效率较高。
性能与效率比较
垂直轴风力发电机
在低风速下具有较高的发电效率，适 用于风力资源较为分散的地区。
水平轴风力发电机
在高风速下发电效率更高，适用于风 力资源丰富的地区。
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总结词
霍尔茨曼型垂直轴风力发电机是一种具有独特设计风格的风力发电机，其外观美观，适合作为景观装 置使用。
详细描述
霍尔茨曼型垂直轴风力发电机采用类似于艺术装置的结构设计，外观美观，能够与周围环境相融合。 这种类型的发电机通常适用于城市、公园等需要景观装置的场所，不仅能够提供电力，还能够美化环 境。
03
许多国家和地区出台政策 支持可再生能源的发展， 为垂直轴风力发化
未来垂直轴风力发电机将更加智 能化和自动化，提高发电效率和
可靠性。
海上风电
随着海上风电技术的成熟，垂直轴 风力发电机在海上风电领域的应用 将逐渐增多。
融合多种能源
垂直轴风力发电机将与其他可再生 能源技术相结合，形成多能互补的 能源系统，提高能源利用效率和稳 定性。
02
发电机产生的电能通过电缆传输 到电网或直接供给用户使用。
历史与发展
起源
垂直轴风力发电机的研究始于20 世纪初，但直到近年来才得到广
垂直轴风力发电机基础清单
垂直轴风力发电机基础清单垂直轴风力发电机基础清单作为一种新兴的可再生能源，风力发电越来越受到全球范围内的关注和重视。
与传统的水平轴风力发电机相比，垂直轴风力发电机因其独特的结构和工作原理而备受瞩目。
本文将深入探讨垂直轴风力发电机，并提供一份基础清单，旨在帮助读者全面了解、理解和应用这一创新技术。
一、垂直轴风力发电机的基本概念1.1 垂直轴风力发电机是什么？垂直轴风力发电机（Vertical Axis Wind Turbine，简称VAWT）是一种通过风能转换为电能的装置。
与传统的水平轴风力发电机不同，VAWT的主要特点是其旋转轴线垂直于地面，而非平行于地面。
1.2 垂直轴风力发电机的工作原理VAWT利用风能驱动叶片旋转，通过转动的动力传递系统将机械能转化为电能。
其工作原理与水力发电机类似，但替代了水流，使用了风能作为输入。
二、垂直轴风力发电机的优势和应用领域2.1 垂直轴风力发电机的优势（1）适应性强：相比于水平轴风力发电机，VAWT在风向和风速的变化中表现更为稳定，适应性更强。
（2）低空中阻力小：VAWT的叶片在低空中布局，可以更好地利用近地风资源，减小了建筑物和地形对风能利用的干扰。
（3）直立式结构：垂直轴风力发电机具有直立式结构，便于安装、维护和检修。
2.2 垂直轴风力发电机的应用领域（1）城市环境：由于VAWT的适应性强和低空中阻力小的特点，它可以在城市环境中进行广泛应用，如楼宇、公共设施等。
（2）离网电力供应：VAWT可以作为离网电力供应的可行解决方案，将风能转化为电能，满足偏远地区的电力需求。
三、垂直轴风力发电机基础清单在进行垂直轴风力发电机项目时，以下基础清单是必不可少的：3.1 地勘和环境评估：在选择竖轴风力发电机安装位置前，必须进行地质勘察和环境评估，以确保地质条件和环境环境适合风力发电设备的安装。
3.2 设备选择和采购：根据项目需求和场地条件，选择合适的垂直轴风力发电机设备，并与供应商协商采购事宜。
垂直轴风力发电原理介绍
垂直轴风力发电原理介绍
垂直轴风力发电机的基本结构包括发电机和转子。
发电机通常被安装在转子的顶部，可以直接将旋转的机械能转化为电能。
转子由若干个垂直放置的叶片构成，可随风的方向变化而旋转。
当风吹过转子，叶片受到气流的冲击和推动，从而导致转子旋转。
转子的旋转驱动发电机转子产生电能。
1.引导风向：
垂直轴风力发电机的叶片结构和形状可以引导风流向叶片，从而增加风能的捕获效率。
由于叶片的垂直放置，风吹来时叶片不需要改变朝向，可以直接接受气流的冲击。
这种结构使得垂直轴风力发电机对于风向的依赖性较低，可以在各种风向下都能工作。
2.提高容量因子：
容量因子是风力发电机组实际发电量与理论发电量之比。
垂直轴风力发电机通过改变叶片的数量和形状，可以提高容量因子，从而提高发电效率。
与水平轴风力发电机相比，垂直轴风力发电机的叶片分布更加均匀，可以将风能更充分地转化为电能。
这使得垂直轴风力发电机在低风速和高风速条件下的表现更好，可以发电更稳定、连续。
此外
1.抗风能力强：
2.变速范围广：
总而言之，垂直轴风力发电机通过改变叶片结构和形状，可以提高风能的捕获效率和发电效率。
其独特的结构和工作原理，使其适用于各种风
向和风速条件下的发电场景。
随着技术的不断进步和应用的推广，垂直轴风力发电有望成为未来可持续发展能源的重要组成部分。
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目录第１章绪论 (2)ﻩ1.1 风力发电现状介绍 (2)ﻩ1.2 各种创新型风力发电 (3)第2章ﻩ风能资源 (5)ﻩ２．1ﻩ风能的计算 (5)2.2ﻩ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)3．1ﻩ装置的介绍 (6)第4章ｓolｉdwｏrks fｌoｗsimulaｔion在设计中的应用 (7)4.1ﻩｓｏlidworｋs flow sｉmulａtion简介 (7)ﻩ4.2ﻩｓoｌiｄwｏｒks 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)０ﻩ5．1 发电机的选用 (10)ﻩ5.2ﻩ整流滤波升压电路·················································1１第6章项目总体情况.................................................１2 ﻩ6．１项目完成情况.. (12)ﻩ6.2 项目成果·························································1２6.3 项目的目的意义、达到的目标和学习收获 (13)6.4ﻩ对大学生创新项目的建议···········································１3 参考文献·································································１3第 1 章绪论能源紧缺促进新能源技术的开发和利用,相对于其他能源,风能以其清洁和容易利用而受到人们的青睐，小型风力发电机轻便、效率高、能源免费等优点非常适合家庭照明和其他低功率用途。
只需要初期投资建设费用,后期基本不需要维护,而得到源源不断的清洁免费的风电。
现在市面上销售的风力发电机由于价格较高而得不到推广，同时发动机的启动风速又比较高风速较低时风力发电机就成了摆设,根本不发电。
垂直轴阻力型风力发电机启动风速减小,但效率普遍较低。
本项目的目的是设计一种简单的成本较低同时效率较高的垂直轴攻角可变的风力发电机，尝试通过利用计算机辅助设计和分析,减少项目开发的成本和时间。
1.1风力发电现状介绍现在风力发电应用还是比较多的,有很多大型的风电场,风力发电是一种制作比较简单，制作成本和维护成本较高的发电方式，它的优点是绿色环保,理想的绿色能源。
目前主流风轮有三种：右图是水平轴大型风力发电机,翼型的扇叶有效提高风能利用效率，主要用于大型风电场，常年风力较大而且风向不变，这种风力发电机效率较高维护成本低。
右图是一种比较常见的垂直轴升力型风力发电机，适合家庭使用，需要风力较大，风速高时效率是最高的,结构简单维护成本低，低风速时优势不明显,翼型加工较困难。
总的来说是非常好的设计。
右图是垂直轴阻力型风力发电机，结构简单制作容易而且维护成本低,缺点是效率较低,弧面回程时受阻力,降低了风轮的风能利用率。
1.2各种创新型风力发电在尾部装上对风装置的水平轴发电机也有非常高的效率，但它也有自己的缺点，受力不平衡，尾舵可以保证扇叶时刻对着风。
尾舵在小型发电机中有很大的作用,大大提高小型发电机的效率。
升阻混合型的垂直轴风力发电机既具有垂直轴升力型发电机高风速时的高效率,同时也具有垂直轴阻力型发电机的地启动性，很巧妙的设计。
在垂直轴阻力型风力发电机上加上对风挡风装置是一种非常好的创意,有效减小阻力，提高效率。
哈尔滨某大学大学生的创新设计，利用顶部的对风装置得到风向，再利用单片机和伺服系统控制步进电机调节叶片的角度,减小阻力提高风能利用率,但是它的缺点也是显而易见的,电控系统消耗电能,系统过于复杂，造价高。
但不失为一个很好的创意。
第2 章ﻩ风能资源2.1 风能的计算风垂直作用于平板上的力可由下面的公式计算出来正压力：Wp=1/2ρv2 (ρ：空气密度,v：风速）风的动能: Ｐ=1/２sρv3(ρ :空气密度,ｖ：风速)2．2ﻩ山东省各市统计平均风速、风向和风向频率由表上可知青岛市的风能资源相对还是比较丰富的,风的平均动能P=1／２＊1*１.16＊63=12５．3(w/m２) 第 3 章垂直轴变攻角风轮装置3.1 装置的介绍装置的最初设计如右图，四个扇叶分别有自己的控制锁块,利用中间的螺纹机构使锁块周期性起落锁定和释放扇叶，但由于机构过于复杂,我对它进行较大的改动,ﻩ将锁定装置换成如图固定的杆,扇叶转动过程中会周期性被杆挡住,而另一边可以自由旋转，在风的作用下，会自己调到一个和风作用力最小的位置，即和风的方向平行,减小回程时的阻力。
起初扇叶设计成升力型是想增加效率,经过soｌidwｏｒkｓfloｗｓｉmulatｉoｎ分析和实践证明该设计不合理，升力会使叶片绕行星轴偏转产生阻力,同时升力型扇叶有诱导阻力。
将升力型扇叶改成钝头的叶片后基本不受到升力了,在试验中叶片与风的夹角基本为零，有效减小了回程阻力，为了加快扇叶对风的敏感程度和迅速自转，故将行星轴设计得更偏离扇叶的轴心,在小风速下扇叶便可自转。
第４章ｓoｌidｗorks fｌow simｕｌaｔion在设计中的应用4.1ﻩsoliｄworks flow simulａtion简介SolidＷoｒks Floｗ Simulation 是第一种完全内置于ＳolｉdＷoｒｋs 软件中的液流仿真和热分析程序，易用性首屈一指。
用solｉdworks先把你要分析的三维模型建好,无需划分网格,只要打开SoｌｉdWoｒks Flow Ｓｉｍuｌation 插件,选上一些重要参数,便可对模型进行流体分析。
大大提高对设计分析的简便性。
4.2 SｏｌidWorks Fｌow Sｉmulａtion在设计中的应用我是先对最初的设计模型进行机构上的优化,再参考SolidＷorkｓ Fｌow Simulatiｏn分析结果和实际模型的工作状态，进行扇叶轴的位置和叶形进行优化分析能较直观地反映出风轮的运转情况和原因,通过模型试验和计算机分析结合来设计生产产品是最经济可靠的。
4.3ﻩ对模型的流体分析以下各图的分析时定义的风速都是6ｍ/s下图是一般垂直轴阻力型风力发电机的模型的周围的速度场分布,迎风的弧面收到一个较大的阻力，使得能量的利用率下降，故人们做了像右图一样的装置来减少这个回程阻力。
下图是我的一个模型的一个分析结果,风叶回程时由于角度可变,不再是固定的,阻力是有效减小了，但是升力型的叶片回程时会有一个绕行星轴的一个力矩,使叶片偏转，增大了回程的阻力，在实际试验中，用泡沫塑料制作的叶片偏转角度非常大,以至风轮无法得到足够的力矩来旋转。
这与行星轴的位置还有叶片的形状有很大关系。
同时在最右边的叶片现在已经是到达它的临界偏转状态了，当它偏转时,会对流场有一个瞬时的破坏,引起风轮的周期性震动和噪音，引起机械磨损，这是本装置的一个缺陷。
本装置只是想怎么去减小回程阻力,但是在解决掉这个问题的同时，也带来了其他装置没有的缺点。
下图是将升力型叶片换成钝头型的叶片后的压力场和速度场分布，在实际模型制作中，该装置在自然风中达到了较高的转速,回程叶片不再有偏转角,由于行星轴更偏叶片的心，噪音和震动还是比较明显的,但是叶片翻转时对流场的破坏减小了，翻叶动作只是在低压区进行，不会产生大的阻力。
第5章发电机和整流稳压电路5.1ﻩ发电机的选用选用24Ｖ 100ｒpm左右的永磁有刷直流减速电机，成本较低,低转速时输出电压较高，利于低转速时电能的收集。
具体功率大小应与风轮风叶和风速匹配。
但缺点是转换效率低，电压变化大,输出不稳定。