立軸式風機的發(fā)展現(xiàn)狀 0508

1、1立軸式風機的發(fā)展現(xiàn)狀立軸式風機的發(fā)展現(xiàn)狀簡秀梅1，俞紅鷹2（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，廣州510640；2.廣州紅鷹能源科技有限公司，廣州510640）摘要：傳統(tǒng)的風車是采用水平軸式的，近代一些國家研制出了成本低，結(jié)構(gòu)簡單的立軸式風車.。本文概述了立軸式風機的發(fā)展過程和類型，比較了立軸式風機和水平軸風機的優(yōu)缺點，分析了立軸式風機的經(jīng)濟和社會效益，并介紹了在商業(yè)上成功運作了立軸式風機的Flowind公司。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：立軸式風機；EHD技術(shù)；F

2、lowind公司；發(fā)展中圖分類號中圖分類號：按《中國圖書分類法》標注文獻標識碼：A0引言風力發(fā)電是目前全世界發(fā)展較快而且較有前途的電力各國政府都非常重視對風力發(fā)電技術(shù)的開發(fā)和研究。風力發(fā)電的原理比較簡單，是利用風輪帶動發(fā)電機來發(fā)電的。現(xiàn)代風力機從基本結(jié)構(gòu)上分為兩類即水平軸風機(HizontalAxisWindTurbine，縮寫為HAWT)和立軸風機(VerticalAxisWindTurbine，縮寫為VAWT)如圖1所示。這兩類風機

3、都是利用空氣動力升力原理來獲取風能的。目前水平軸風機較多采用。水平軸風機輪轂上有三個或兩個風翼也稱葉片。葉片用強化聚酯玻璃纖維、膠合板、鋁或鋼制造[1]。水平軸風力機的旋轉(zhuǎn)軸與迎面的風流平行。立軸式（垂直軸）風力機的旋轉(zhuǎn)軸垂直于地面，它不需要像水平軸風力機那樣隨風向改變轉(zhuǎn)子的方向，設(shè)計、制造、安裝、運行都比水平風力機簡單和方便，很有發(fā)展前途。?圖1水平軸風機Fig.1HizontalaxiswindTurbine圖2立軸式風機Fig.2

4、Verticalaxiswindturbine?收稿日期：1建設(shè)立軸式風機的意義1.1立軸式風機的發(fā)展過程我國是世界上最早利用風能的國家之一。公元前數(shù)世紀我國人民就利用風力提水。灌溉、磨面、舂米，用風帆推動船舶前進。宋代更是我國應(yīng)用風車的全盛時代[2]。當時流行的立軸式風車一直沿用至今。最早的立軸式風輪（也稱垂直式）是在我國出現(xiàn)，它是將8個帆各編在一個直立的桿上，各帆的正中上端則各由一繩系之。當?shù)胤Q此為“走馬燈”式風車。我國沿海產(chǎn)鹽地區(qū)

5、用這種風車提海水的很多，如大沽和塘沽一帶在建國初期仍可看到。圖3復(fù)原的立軸式大風車模型照片F(xiàn)ig.3TheRecoveredPhotoofVerticalAxisWindTurbineModel[3]1925年法國人達里厄（G.J.M.Darrieus）發(fā)明了現(xiàn)代的立軸式風電機。它的結(jié)構(gòu)是由2～4片跳繩曲線型的葉片組成，呈對稱翼型剖面，只承受純張力，不承受離心力載荷。葉片的型式仍是升力型，氣動性能好，只是由于葉片呈弧狀，上下兩端受風情況

6、不佳，3圖7水平軸風機與立軸式風機的主要零件[8]Fig.7WindTurbineDesigns1.3.1立軸式風機的優(yōu)勢立軸式風機的劣勢1.3.1.1葉片受力分析水平軸式風機槳葉（如圖8）上受到正面風載荷力離心力葉片結(jié)構(gòu)相似懸臂梁.葉片根部受到很大彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力.大量事故都是葉片根部折斷。立軸式風機如（如圖8），葉片兩頭與軸固定尤如一張弓，它的形狀不是由葉片的剛度來保證的.葉片是柔性的。轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)后自然形成一條“無彎矩應(yīng)力曲線”。葉片只

7、受拉應(yīng)力.用料少，壽命長，不易折斷。圖8水平軸風機（左）立軸式風機（右）Fig.8HAWTs（left）VAWTs(right)1.3.1.2葉片受力分析系統(tǒng)穩(wěn)定性分析水平軸風機機倉放置在高高的塔頂，而且是一個可旋轉(zhuǎn)360度的活動聯(lián)接機構(gòu)。自身重達十幾噸至幾十噸；葉片上隨機風載荷達幾十噸.重心高，不穩(wěn)定，易翻倒。高位放置，安裝，維護不便。立軸式風力發(fā)電機組，發(fā)電機，齒輪箱在底部，重心低，穩(wěn)定。維護方便。由于不需要塔架，降低了成本。1.3

8、.1.3迎風調(diào)節(jié)系統(tǒng)水平軸機組機倉需360度旋轉(zhuǎn)，達到＂迎風″目的.這個調(diào)節(jié)系統(tǒng)包含有風向檢測；角位移發(fā)送；角位移跟蹤閉環(huán)電力拖動系統(tǒng)。立軸式風機不要迎風調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可以接受360度方位中任何方向來風，主軸永遠向設(shè)計方向轉(zhuǎn)動。1.3.1.4迎風調(diào)節(jié)系統(tǒng)槳矩調(diào)節(jié)系統(tǒng)水平軸風機當風速變化時，為了調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速風機要具備槳矩調(diào)節(jié)系統(tǒng)。即在風載荷下轉(zhuǎn)動槳葉一個角度.此扭矩非常大，只有用液壓系統(tǒng)才行.這個閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)精度高，液壓系統(tǒng)液體在冬季要有防凍措施

9、，以防失靈。該系統(tǒng)價格貴，維護難。立軸式風機不要此系統(tǒng).固定葉片?？偨Y(jié)上述：立軸式風力發(fā)電系統(tǒng)(Darrieus)力學(xué)性能好，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，具有競爭優(yōu)勢。1.3.2立軸式風機的劣勢接近地面的風速較低；需要啟動裝置；不方便在密集的農(nóng)場建立拉索；更換軸承時需要拆卸整套設(shè)備[9]。1.4立軸式風機的經(jīng)濟效益和社會效益1.4.1降低發(fā)電成本開發(fā)立軸式風力發(fā)電機可以從降低風力發(fā)電設(shè)備的投資和提高能量利用率兩個方面降低發(fā)電成本，提高風電的市場競

10、爭力，還可以培育我國的風電設(shè)備制造業(yè)。1.4.2環(huán)保效益我國北方地區(qū)頻頻發(fā)生揚沙和沙塵暴天氣，若在這些地區(qū)修建大型風力發(fā)電場，風的能量被風力發(fā)電機吸收轉(zhuǎn)化，既可發(fā)電，又可防風護草。尤其在沙漠地區(qū)，植樹很困難，而修建風力發(fā)電場比較容易，見效也快，這將使荒蕪人煙的荒漠變成綠色能源基地。1.4.3海上風力資源海上風能資源豐富，是目前各國重點開發(fā)的區(qū)域。在海上修建風力發(fā)電機有一定困難，投資也大。但立軸式風力發(fā)電機重心低，可以安裝在浮動的平臺上，

11、施工容易，投資也省。2FloWind公司的立軸式風機的發(fā)展2.12.1FloWind公司的科研、商業(yè)成果2.1.1HAWTs與“平方立方規(guī)律”關(guān)系FloWind通過對不同外形的風機尺寸和能源成本關(guān)系進行了研究，并得出HAWTs的“平方立方規(guī)律”。這些關(guān)于HAWT的尺寸關(guān)系的內(nèi)部研究得到了RobertLyteAssociates（RLA）、KeechWindpower和WindPower月刊題為“JumbostheSquareCubeLa