南京工业大学风力发电原理第七章.ppt

风力发电原理谭剑锋第七章垂直轴风力发电机第七章垂直轴风力发电机组垂直轴风力机特点垂直轴风力发电机组发展概况需要掌握：垂直轴风力机基本原理一、发展概况垂直轴风力发电机组比水平轴风力发电机组晚20年代出现Savonius型(1924)和Darrieus型风轮(1931)年水平轴风力发电机：风轮围绕水平轴旋转，旋转平面与风向垂直垂直轴风力发电机：风力围绕垂直轴旋转，旋转平面与风向平行一、发展概况1、发展概况公元1219年，我国就有垂直轴风力机文献记载公元1300年，波斯也有垂直轴风力机记载提水、辗米、助航20~30年代垂直轴风力机研究高峰1929年，芬兰工程师Savonius发明了S型风力发电机1931年，法国工程师Dar-rieus发明了Darrieus风力发电机70~80年代垂直风力机研究又一次高峰加拿大国立研究委员会(NRC)和美国圣地亚国立实验室(SNL)1977年，加拿大安装了第一台大型Darrieus风力机1987年，美国SNL研制了一台商业和研究的大型Darrieus风力机英国、法国、荷兰等研究Darrieus风力机90年代，水平轴风力发电机的大型商业化发展，垂直轴风力机衰退2000年后，小型垂直轴风力机得到北美、欧洲等国家青睐一、发展概况2、风力机类型垂直轴风力特点：旋转轴垂直，旋转平面与风向平行主要分类：阻力型和升力型阻力型垂直轴风力机基本原理：空气流过叶片产生的阻力作为驱动力。典型机型：Savonius垂直轴风力机起动转矩较大，启动性能好转速低、风能利用系数低产生侧向推力，受安全极限应力限制优点缺点一、发展概况升力型垂直轴风力机基本原理：空气流过叶片产生的升力作为驱动力。典型机型：Darrieus垂直轴风力机直叶片的H型和弯曲叶片的Ф型一、发展概况Ф型：弦线自然离心力曲线，弯曲应力很小，只承受张力，几何形状固定，不利于变桨距控制，成本高，启动力矩低，尖速比高，效率高，用于大型并网发电H型：结构受离心力影响，连接点出弯曲应力较大，采用轮毂臂和拉索支持，便于变桨距控制，主要用于小型容量离网型发电系统混合型一、发展概况3、风力机特点基本结构特征包括风力机、齿轮箱、发电机，无偏航系统与水平轴结构差别：增速器设计和载荷，主塔筒支持及载荷一、发展概况优缺点寿命长、易维护安装：惯性力和重力方向恒定，疲劳寿命好，发电机安装于地面，易安装和维护利于环保：叶尖速比低，噪声低，美观无偏航对风：吸收任意风向能量，结构简单可靠，无风力对风陀螺力叶片制造工艺简单：多叶片、简支梁或多跨连续梁支撑方式运行条件宽松：50m/s，运行范围宽，结构强度大，抗台风能力强风能利用率低：尖速比低，利用率低于40%起动风速高：起动性能差，Darrieus无起动能力，调速困难增速结构复杂：转速低，增速比高，增速结构复杂优点缺点二、基本原理风机发电机主要部件：叶片1、阻力型垂直轴风力机基本原理：叶片在迎风方形形状不同，引起空气阻力不同，产生绕中心轴的力矩凹面F1为驱动力，凸面F2为阻力，F1F2二、基本原理凹面阻力：凸面阻力：风力机功率P风速减少率：功率系数最大功率系数阻力型风力机最大功率系数低于水平轴风力发电机的0.593阻力面面积正弦变化，扭矩正弦变化，功率随方位角变化二、基本原理2、升力型垂直轴风力机二、基本原理受力分析攻角很大，翼型失速，风力机起动转矩非常低，垂直风力机启动性能差动量理论、叶素理论风力机正转矩0°~180°负转矩180°~360°