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垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的氣動(dòng)特性研究

2012-08-15 來(lái)源:上海麟風(fēng)能科技有限公司 瀏覽數(shù):3127

 

  3. 垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的分類(lèi)
  從氣動(dòng)性能上劃分,垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)類(lèi)似于水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī),也可以分為阻力型和升力型這兩大類(lèi)。任何物體在空氣中都會(huì)受到阻力和升力,如圖1 所示,與來(lái)流方向平行的力D 為阻力,與來(lái)流方向垂直的力L 為升力。當(dāng)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)主要靠葉片受到的阻力來(lái)驅(qū)動(dòng)時(shí),該風(fēng)力機(jī)為阻力型;當(dāng)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)主要靠葉片受到的升力來(lái)驅(qū)動(dòng)時(shí),該風(fēng)力機(jī)為升力型。需要注意的是,由于葉片是同時(shí)受升力和阻力作用的,特別是當(dāng)葉片的安裝角在一定的臨界范圍時(shí),阻力和升力基本上差不多,這個(gè)時(shí)候很難區(qū)分驅(qū)動(dòng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的主要是靠升力還是阻力,因此其分類(lèi)也很難確定。特別的,對(duì)于可變槳距的風(fēng)力發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō),啟動(dòng)時(shí)安裝角增大,這個(gè)時(shí)候可看作是阻力型,高速時(shí)安裝角變小,這個(gè)時(shí)候又可看作是升力型,圖2 和圖3 是典型的阻力型風(fēng)力發(fā)電機(jī)和升力型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
  從流體力學(xué)方面分析,對(duì)于阻力型風(fēng)電機(jī)組,其受到的阻力可以近似認(rèn)為 ,其中Cd 為阻力系數(shù),S 為投影面積,v 為相對(duì)風(fēng)速。圖4 為典型的阻力型風(fēng)力機(jī)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,結(jié)合公式和簡(jiǎn)圖可以看出,當(dāng)風(fēng)力機(jī)靜止時(shí),v 等于風(fēng)速,由于S 比較大,所以阻力型風(fēng)力發(fā)電機(jī)能夠獲得較大的啟動(dòng)力矩。但是當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)之后,相對(duì)風(fēng)速v =vw -vr,隨著轉(zhuǎn)速的增高,相對(duì)風(fēng)速減小,風(fēng)力機(jī)受到的阻力急劇減小,例如當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)線速度達(dá)到風(fēng)速的一半時(shí),即尖速比為0.5 時(shí),風(fēng)力發(fā)電機(jī)受到的阻力將減小為啟動(dòng)時(shí)的四分之一,又由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率= 力矩X 角速度,所以阻力型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)能利用率很低。根據(jù)阻力型風(fēng)力機(jī)啟動(dòng)力矩大,風(fēng)能利用率低的特點(diǎn),該型風(fēng)力發(fā)電機(jī)僅適用于低風(fēng)速地區(qū)的提水灌溉等應(yīng)用領(lǐng)域,不適合用來(lái)發(fā)電。

【延伸閱讀】

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閱讀上文 >> 小型螺旋槳式風(fēng)輪起動(dòng)力矩M0的計(jì)算研究
閱讀下文 >> 風(fēng)電機(jī)組諧波分析及控制

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