小型風力發電機小型風力發電機主要有以(yǐ)下幾部分組成(chéng):風輪、發電機、回轉體、調速機構、調向機構 、刹車機構和塔架。
平軸與(yǔ)垂直軸風力發電機的不同在以下幾個方麵:
1、設計方法不同
水平軸風力發電機的葉片設計,普遍采用的是動(dòng)量—葉(yè)素(sù)理(lǐ)論,主要的方法有Glauert法、Wilson法等。但是,由(yóu)於葉素理論忽略了各葉素之間的流動幹擾,同時在應用葉素理論設計(jì)葉片時都忽略了翼型的阻力,這種簡化處理(lǐ)不可避免地造成了結果的不準確性,這種簡化對葉片外形設計的影響較小,但對風輪的風能利用率影響較大。同時,風輪各葉片之間的(de)幹擾也十分強烈,整個流動(dòng)非常複雜,如果僅(jǐn)僅依靠葉素理論是完全沒有辦法 得出準確結果的。
垂直(zhí)軸(zhóu)風力發電機(jī)的葉片(piàn)設計,以(yǐ)前也是按照水平軸的設計方法,依靠葉素理論(lùn)來(lái)設(shè)計。由於垂直軸風輪(lún)的流動比水平軸更加複雜,是典型(xíng)的大(dà)分離非定常流動,不適合用葉素理論進行分析、設計(jì),這也是垂直軸(zhóu)風力發電機長期得不到發展的一個重要原因。
2、風能利用率大型水平軸風力發電機(jī)的風能利用率,絕(jué)大部分是由葉片設計方計算所(suǒ)得,一般在40%以上。如前所述,由於設計方法(fǎ)本身的缺陷,這樣計算所得(dé)的風能利用率的準確性很值得(dé)懷疑。當然,風電廠的風力發電機都會根據測得的風速和輸出功率(lǜ)繪(huì)製風(fēng)功率曲線,但是,此時(shí)的風速是風(fēng)輪後(hòu)部測風儀測得的風(fēng)速參見,要小於來流風速,風功率曲線偏高,必須進行(háng)修正。應用修正方法修正後,水平軸的風能利用率要降低30%~50%。對於(yú)小型(xíng)水平軸風力發電機的風能利用率,中國空氣動力研究與發展中心曾做過相(xiàng)關的風洞實驗,實(shí)測的利用率在23%~29%。
3、起動(dòng)風速
水平軸風輪的(de)起動性能好已經是個共識,但是根據中國空氣(qì)動力研究與發展中心對小型水平軸風力發電機所做的風洞實驗來看,起動風速一般在4~5m/s之間,最大的居然達到5.9m/s,這樣的起動性能顯然(rán)是不(bú)能令人滿意的。垂(chuí)直(zhí)軸風輪的(de)起動性能差也(yě)是業內的共識,特別是對於Darrieus式Ф型風輪,完全沒有自啟動能力,這也是(shì)限製垂直軸(zhóu)風力發電機應用的一(yī)個原因。但是,對於Darrieus式H型風輪,卻有相反的結論。根據筆者的研究(jiū)發現,隻要翼型和安(ān)裝角(jiǎo)選擇合適,完全能得到相當不(bú)錯的起動性能(néng),通過JDX-雙渦輪式垂直(zhí)軸風力(lì)發電機(jī)、JDX-H型垂直軸風力發電機、JDX- 鼠籠式(shì)垂直軸(zhóu)風力發電(diàn)機的風(fēng)洞實驗來(lái)看,這種Darrieus式H型風輪的起動風速隻需要2m/s,優於上述的水平軸風力發電機(jī)。
4、結構特點
水平軸(zhóu)風力發電機(jī)的葉片在旋轉一周的過程中,受慣性力和重力的綜合作用,慣性力的方向是隨時(shí)變化的,而重力的方向始終不變,這樣葉片所受的就是一個交變載荷(hé),這對於葉片的疲勞強度是(shì)非常不利的。另(lìng)外,水平軸的(de)發電機都置於幾十米的高(gāo)空(kōng),這給發電機的安裝、維護和(hé)檢修帶來了 很多的不便。
垂(chuí)直軸風輪(lún)的葉片在旋(xuán)轉的過程中的受力情況(kuàng)要比(bǐ)水平軸的好的多,由於慣性力與重力的方向(xiàng)始終不(bú)變,所受(shòu)的是恒定載荷,因此疲勞(láo)壽命(mìng)要比水平(píng)軸風輪(lún)長。同(tóng)時(shí),垂(chuí)直軸的發電(diàn)機可以放在風輪的下部或是地麵,便於安裝(zhuāng)和維護(hù)。