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2023-06-20
垂直轴风力机的特点和优势
【摘要】：垂直轴机组如图8.1b所示，风力机风轮轴垂直于风向，其主要特点是可以从任意方向获取风能，不需要随风向调整风轮方向，噪声小，机舱位置低，结构简单，已成为中小型风力发电机的首选。图8.1 风力发电系统2.定桨距和变桨距风力机1）定桨距风力机。改变桨距角可调整桨叶的受力和转动速度，在风速变化时使风力机输出功率较好地保持稳定。
风力机有水平轴风力机和垂直轴风力机、定桨距和变桨距风力机等，从动力传动方式区分又有直驱式和齿轮箱传动式。
1.水平轴风力机和垂直轴风力机
水平轴机组如图8.1a所示，风力机风轮轴平行于风向，工作时风轮与风向垂直，它又有上风向机组和下风向机组之分。上风向机组风轮在塔架前面迎风旋转，图8.1a所示是上风向机组；下风向机组风先经过塔架再到机组，由于塔架干扰了一部分气流，影响风力机的效率，使性能有所下降。上风向水平轴机组需要由转向机构保持风轮与风向垂直，以发挥风力机的最大效率，下风向水平轴机组不需要转向机构。目前水平轴机组是最常见的，适用功率的范围从几十瓦到数兆瓦。
垂直轴机组如图8.1b所示，风力机风轮轴垂直于风向，其主要特点是可以从任意方向获取风能，不需要随风向调整风轮方向，噪声小，机舱位置低，结构简单，已成为中小型风力发电机的首选。但是，垂直轴机组的背风叶片消耗了一部分风能，在大功率机组中使用很少。
图8.1 风力发电系统
2.定桨距和变桨距风力机
1）定桨距风力机。定桨距风力机的桨叶与轮毂之间是刚性连接，桨叶固定在轮毂上，桨叶角度不能调节，其迎风面是固定的，因此它的功率输出只能由风力和叶片自身的气动特性决定，功率随风速变化较大。
2）变桨距风力机。变桨距风力机桨叶的角度（桨距角）可以调整，风小时减小桨距角使叶片迎风面积增大，捕获的风能增大；风大时增大桨距角使叶片迎风面积减小，捕获的风能减小；强风时使桨距角最大，可加深叶片的失速效应，避免叶片损坏。改变桨距角可调整桨叶的受力和转动速度，在风速变化时使风力机输出功率较好地保持稳定。
3.风力机的传动形式
风力机的传动形式主要有直驱式和齿轮传动式两种。当风轮的转速较低，达不到发电机的转速要求时，一般采用齿轮传动式，风轮经过齿轮箱增速后再带动发电机。直驱式没有齿轮箱，由风轮直接带动发电机，由于没有齿轮箱，风力机的体积重量和噪声减小，但是因为风轮转速较低，一般要使用多极低速发电机，而多极发电机的直径和重量较普通2极和4极发电机大，会抵消一部分省略齿轮箱的效果。还有一种半直驱式，它有齿轮箱但传动比较小，与直驱式相比可以使用极对数较少的发电机，使发电机体积小一些，是齿轮传动式和直驱式的折中型。
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