垂直轴阻力型风力机功率计算方法研究

垂直轴阻力型风力机功率计算方法研究

作者：陈忠维， CHEN Zhong-wei

作者单位：公安海警学院,机电管理系,浙江,宁波,315801

刊名：

机械

英文刊名：MACHINERY

年，卷(期)：2011,38(3)

本文链接：https://www.sodocs.net/doc/a76793321.html,/Periodical_jx201103006.aspx

垂直轴风力发电机大型化的可行性研究_严强

特别关注 SPECIAL ATTENTION 垂直轴风力发电机大型化的 可行性研究 文 严 强　上海麟风风能科技有限公司 目前国内外有许多厂商正在致力于大型垂直轴风力发电机的研发，但通过对一些现有大型化垂直轴风力发电机厂商的开发过程看，基本上都是用小型垂直轴风力发电机的设计思路，把小型垂直轴风力发电机通过一定比例放大后成为大型垂直轴风力发电机。笔者认为以这样的方法开发大型垂直轴风力发电机，说明这些探索者还没有真真理解垂直轴风力发电机的特性。 众所周知垂直轴风力发电机具有低噪音、安全性、无需太高塔架的优点，但多年来经过无数人的努力都没有生产出可商业化应用的大型垂直轴风力发电机，究其原因主要是无法同时解决气动效率、自启动、超速控制、结构稳定性、安全制动等一系列问题，而这些问题在水平轴风力发电机上都已经解决。而效率、超速控制、稳定性、安全制动4个方面的问题也是任何风力发电机需要解决的问题。本文将就这些问题展开讨论，上海麟风是如何解决这些难题。 垂直轴风轮在转动时，叶片在风轮不同位置扭矩大小、方向都不同，在有些位置扭矩大，在有些位置扭矩小，在有些位置扭矩为正，在有些位置扭矩为负。随着风轮直径的增大和转速的下降，这些变化尤其明显，而风轮最终的输出功率是这些扭矩的合力矩，这样垂直风轮的气动效率较低。 按照达里厄上世纪30年代所做实验和结论，垂直风轮较为理想的尖速比为5～6，按此要求做出来的垂直风轮实度比很低，无法自启动，且带载能力也很弱。 当垂直风轮做大以后还面临垂直轴承担的弯矩越来越大的问题，弯矩越大，对轴的强度要求就越高，不仅重量重了，成本也越高，越难以商业化。 当垂直风轮转动时，风轮的主震频率为转速除以叶片数量，当作用于叶片上的风能不能被有效转化成动能（转速）后震动尤其明显。 为了提高自启动性能适当提高叶片宽度将取得明显效果，合理的叶片宽度是风轮半径的1/2～1/4之间。 为了克服叶片角度固定的垂直风轮当叶片在风轮不同位置时扭矩方向相反、不能发挥最大扭矩的缺陷，使用“实时可变攻角”技术可克服这一缺陷。实时可变攻角技术就是当风轮在旋转时，根据风向、叶片位置、风速等要素实时调节叶片角度，以达到改变扭矩方向并使叶片在不同位置都能获得最大扭矩的作用，极大提高了垂直轴风轮的效率。在该系统中，叶片不是固定在悬臂支架上的，而是可以绕叶片回转中心转动的，当风轮转动到不同位置时，系统可以自动调节叶片的“攻角”，使叶片在不同位置时的“攻角”，在圆周上任何一个位置时，始终能够保持在所设定的优化角度范围内。通过风洞实验，在一个1.36米直径、1米叶片长度的风轮，在2米/秒风洞风速下测得的功率达到4～4.5瓦，即风能/机械能的转换效率达到了（60～68）%，超过了59.3%的传统 12风能产业 Wind Energy Industry 2014年2月

阻力型垂直轴风力发电机

阻力型垂直轴风力发电机概述 早在1300多年前，中国就已经出现一种古老的垂直轴风车，它利用风力来灌溉，如下图所示，它是由8个风帆组成的风轮。而在1000年前，波斯也建造了垂直轴的风车来带动他们磨谷的 石磨。水平轴风力发电机最早出现在欧洲，要比垂直 轴风力发电机晚很多年，所以垂直轴风力发电机可以 称为所有风力发电机的先驱。而垂直轴风力发电机根 据驱动力的不同又可以分为升力型和阻力型垂直轴风 力发电机，本文主要介绍阻力型垂直轴风力发电机。 1.阻力型风力发电机的工作原理 阻力型垂直轴风力发电机风轮的转轴周围，有一对或者若干个凹凸曲面的叶片，当它们处于不同方位时，相对于它的来风方向所受的推力F是不同的。风力作用于上述物体上的空气动力差别也很大。作用力F可表示为：F=1/2?ρ?S·V??C 其中ρ——空气密度，一般取1.25（kg/m?） S——风轮迎风面积 V——来流风速 C——空气动力系数 以半球为例，当风吹到半球凹面一侧，c值为1.33，当风吹到半球凸面一侧时，c值为0.34。对于柱面，当风吹向凹面和凸面时，系数c分别为2.3和1.2。由于组成风轮的叶片不对称性和空气阻力的差异，风对风轮的作用就形成了绕转轴的驱动力偶，整个风轮随即转动。 阻力型风力发电机的种类及其性能 1.杯式风速计是最简单的阻力型风力发电机。

https://www.sodocs.net/doc/a76793321.html,fond风轮 这是受到离心式风扇和水力机械中的banki涡轮启示而设计成的一种阻力推进型垂直轴风 力发电机，它的名称是根据它的发明者——法国的lafond的名字而得名的。 这种叶片形状的凹面及凸面在受到风力作用后，空气阻力系数差别很大，加上叶片在风里运转时，先使气流吹向一侧，然后运动着的叶片又使气流流向另一侧，这样就产生了一个附加驱动力矩，故这种风轮有较大的启动力矩，它在风速2.5M/s时就能正常起动运转，但是效率较低，能量输出大概是同样迎风面积的水平轴风力发电机的一半。 3.savonius（萨沃尼斯）式风轮（简称“s”轮） 这种风力发电机是在1924年由芬兰工程师savonius发明的，并于1929年获得专利。这种风轮最初是专为帆船提供动力而设计的。它由两个半圆筒组成，其各自中心相错开一段距离。其中D为风轮直径，d为叶片直径，e为间隙。最早形式的结构其相对偏置量为：e/d=1/3。s型风轮是阻力型风力发电机。凹凸两叶片上，风的压力有一个差值，而其气流通过叶片时要转折180°，形成一对气动力偶。阻力型风轮的旋转速度都不会大于风速，也就是尖速比不会超过1。一般情况下，S型的尖速比在0.8和1之间，它的起动力矩大，所以气动性能好，

风力发电机设计与制造课程设计

一．总体参数设计 总体参数是设计风力发电机组总体结构和功能的基本参数，主要包括额定功率、发电机额定转速、风轮转速、设计寿命等。 1. 额定功率、设计寿命 根据《设计任务书》选定额定功率P r =3.5MW ；一般风力机组设计寿命至少为20年，这里选20年设计寿命。 2. 切出风速、切入风速、额定风速 切入风速 取 V in = 3m/s 切出风速 取 V out = 25m/s 额定风速 V r = 12m/s （对于一般变桨距风力发电机组（选 3.5MW ）的额定风速与平均风速之比为1.70左右,V r =1.70V ave =1.70×7.0≈12m/s ） 3. 重要几何尺寸 (1) 风轮直径和扫掠面积 由风力发电机组输出功率得叶片直径： m C V P D p r r 10495.096.095.045.012225.13500000 883 3 213≈???????==πηηηπρ 其中： P r ——风力发电机组额定输出功率，取3.5MW ； 错误!未找到引用源。——空气密度（一般取标准大气状态），取1.225kg/m 3； V r ——额定风速，取12m/s ； D ——风轮直径； 1η——传动系统效率，取0.95； 2η——发电机效率，取0.96； 错误!未找到引用源。3η——变流器效率，取0.95； C p ——额定功率下风能利用系数,取0.45。 由直径计算可得扫掠面积： 22 2 84824 1044 m D A =?= = ππ错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。 综上可得风轮直径D=104m ，扫掠面积A=84822 m

4. 功率曲线 自然界风速的变化是随机的, 符合马尔可夫过程的特征, 下一时刻的风速和上一时刻的结果没什么可预测的规律。由于风速的这种特性, 可以把风力发电机组的功率随风速的变化用如下的模型来表示： )()()(△t P t P t P sta t += )(t P ——在真实湍流风作用下每一时刻产生的功率, 它由t 时刻的V(t)决定; )(t P stat ——在给定时间段内V(t)的平均值所对应的功率； )(△t P ——表示t 时刻由于风湍流引起的功率波动。 对功率曲线的绘制, 主要在于对风速模型的处理。若假定上式表示的风模型中P stat (t)的始终为零, 即视风速为不随时间变化的稳定值, 在切入风速到切出风速的范围内按照设定的风速步长, 得到对应风速下的最佳叶尖速比和功率系数,带入式： 32123 8 1ηηπηρD V C P r P = 1η——传动系统效率，取0.95； 2η——发电机效率，取0.96； 错误!未找到引用源。3η——变流器效率，取0.95； 错误!未找到引用源。——空气密度（一般取标准大气状态），取1.225kg/m 3； V r ——额定风速，取12m/s ； D ——风轮直径； C p ——额定功率下风能利用系数,取0.45。

垂直轴风力发电机和水平轴风力发电机对比

垂直轴风力发电机和水平轴风力发电机 风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴藏量巨大，全球风能资源总量约为2.74×109兆瓦，其中可利用的风能为2×107兆瓦。中国风能储量很大、分布面广，开发利用潜力巨大。 中国风力装机容量达到1000万千瓦的速度令人惊叹。如果中国能够利用其土地上大约30亿千瓦的风能的话，将能够满足几乎所有中国当前的电力需求，短时期内这是不可能的，不过中国有可能将2020年风电总装机目标由3000万千瓦调高至1亿千瓦。在国际效率标准下运行的话，这能够满足5%的中国电力需求，并且使中国成为世界最大的风能发电国，只要中国采取更进取而有理智的方针，就能最大限度地利用其国家的风能。 当然风能的利用离不开风力发电机，风力发电机的品质和价格成为了人们关注的焦点。 当前风力发电机有两种形式：1 水平轴风力发电机（大、中、小型）；2 垂直轴风力发电机（大、中、小型）。 水平轴风力发电机技术发展的比较快，在世界各地人们已经很早就认识了，大型的水平轴风力发电机已经可以做到3-5兆瓦，一般由国有大型企业研发生产，应用技术也趋于成熟。小型的水平轴风力发电机一般是一些小型民营企业生产，对研发生产的技术要求比较低，其技术水平也是参差不齐。 小型水平轴风力发电机的额定转速一般在500-800r/min，转速高，产生的噪音大，启动风速一般在3-5m/s，由于转速高，噪音大，故障频繁，容易发生危险，不适宜在有人居住或经过的地方安装。 垂直轴风力发电机技术发展的较慢一些，因为垂直轴风力发电机对研发生产的技术要求比较高，尤其是对叶片和发电机的要求。近几年垂直轴风力发电机的技术发展很快，尤其小型的垂直轴风力发电机已经很成熟。 小型的垂直轴风力发电机的额定转速一般在60-200r/min，转速低，产生的噪音很小（可以忽略不计），启动风速一般在1.6-4m/s。 由于转速的降低，大大提高了风机的稳定性，没有噪音，启动风速低等优点，使其更适合在人们居住的地方安装，提高了风力发电机的使用范围。 参数对比： 序号性能水平轴风力发电机垂直轴风力发电机 1 发电效率50-60% 70%以上 2 电磁干扰（碳刷）有无 3 对风转向机构有无 1

垂直轴机械式变攻角风力发电机

目录 第１章绪论 (2) ?1.1 风力发电现状介绍 (2) ?1.2 各种创新型风力发电 (3) 第2章?风能资源 (5) ?２．1?风能的计算 (5) 2.2?山东省各市统计平均风速、风向和风向频率 (5) 第3章垂直轴变攻角风轮装置 (6) 3．1?装置的介绍 (6) 第4章ｓolｉdwｏrks fｌoｗsimulaｔion在设计中的应用 (7) 4.1?ｓｏlidworｋs flow sｉmulａtion简介 (7) ?4.2?ｓoｌiｄwｏｒks ｆｌow ｓiｍuｌａtiｏn 在本项目中的应用 (7) 4.３ｓoｌidwｏrks flｏw ｓimｕlatｉon对模型的流体分析···························７ 第5章发电机和整流稳压电路 (1) ０ ?5．1 发电机的选用 (10) ?5.2?整流滤波升压电路·················································1１ 第6章项目总体情况.................................................１2 ?6．１项目完成情况.. (12) ?6.2 项目成果·························································1２ 6.3 项目的目的意义、达到的目标和学习收获 (13) 6.4?对大学生创新项目的建议···········································１3 参考文献·································································１3

小型垂直轴风力发电机设计

小型垂直轴风力发电系统设计 [摘要]本文介绍了一种小型垂直轴风力发电系统的设计方案，本系统主要面向沿海高层建筑或边远地区用户。经过查阅大量文献资料结合必要的理论计算，系统采用四片NACA0012型叶片构成H型达里厄风力机，利用永磁直驱同步发电机将机械能转化为电能，经过电力电子电路对蓄电池进行充电。文中对主要支撑件和传动件进行了必要的结构校核，对所用的两个角接触球轴承进行了使用寿命校核。最后以垂直轴风轮和永磁直驱发电机为主要对象，用solidworks软件建立三维模型，设计风力发电系统主要零部件，并简要介绍其控制电路、选择蓄电池型号。 [关键字] 垂直轴风力发电机达里厄 NACA0012翼型

Design of the Vertical Axis Wind Turbine [Abstract]This is a design of a kind of vertical axis wind turbine which was used in removed rural area or highrise in seaside city based on related theories. By consulting reference sources and necessary mathematical operation,four NACA0012 air-foil blades were used as the compoments of the H-type Darrieus. The lead-acid bettery was charged by the electrical energy which was generated by a permanent magnet synchronous motor with the operation of power electronic circuits. In this article,some constructures such as the main suppoting parts and the angular contact ball bearings were vertified on the intensity and life. By using of the solidworks2006 software,every important part has a 3D model. We also design a control circuit and bettery breifly. [Keywords] Vertical axis Wind turbine Darrieus NACA0012 air-foil

阻力型垂直轴风力机资料

屏障平板式风力机（垂直轴阻力式风力机之一） 一个垂直于风向的平板会受到一个与风向相同的力，我们称这个力为阻力。屏障平板式风力机就是利用风的阻力做功的风力机。 这是一个屏障平板式风力机的叶片转子（叶轮），在转轴上分布着六个平板叶片。 当风吹向风叶转子时，转子并不会旋转，因为风在转子两侧的阻力相同。 如果在轴的一侧装上挡风的屏障。

在挡风屏障一侧的风将绕屏障外面通过，不对叶片产生推力；而另一侧接受风力，叶片转子就会旋转。 叶片转子的轴垂直于地面安装，结构简单，维护方便。 当风向变化时，为了保证屏障总在转子旋转逆风一面，屏障是可绕轴旋转的，在屏障后侧装有尾舵。安有尾舵的屏障可保证在任何风向下叶片转子都朝一个方向旋转。

风叶片可以是平板，也可以是别的形状，这个屏障式风力机的叶片是弧面的。 屏障平板式风力机对风的利用效率不高，在叶尖速比λ值为0.2至0.6时出力最大。由于结构简单，增速箱与发电机可安装在地面，方便安装维护，适合在小型风电应用，。 平板摆转式风力机（垂直轴阻力式风力机之二） 一个垂直于风向的平板会受到一个与风向相同的力，我们称这个力为阻力。平板摆转式风力机是利用风的阻力做功的风力机。 这是平板摆转式风力机的叶片，在叶片一边有轴

把叶片装在转子支架上，可以旋转，在支架上有挡杆限止叶片的转动角度。在转子支架上安装六个可转动的叶片。 当风吹向风叶转子时，在上侧的叶片顺风摆动，对风不产生阻力；在下侧的叶片在风力作用下，转向挡杆限定的位置，并继续受到风力的作用，于是风叶转子就旋转起来。 叶片转子的轴垂直于地面安装，由于风叶转子结构的对称性，各个方向的风力均可推动它旋转。

升力型垂直轴风力机

达里厄风力机（升力型垂直轴风力机之一） 阻力型的垂直轴风力机虽然简单可靠，安装维修方便，但其叶尖速比在0.5左右才能获得较高的功率输出，也就是说叶片速度较低，仅为风速的一半，若风轮直径较大时，转速会很低，再说阻力型的垂直轴风力机最大功率系数不超过15%，这就限制了阻力型风力机在大型风力机中的应用。目前大中型风电主要采用水平轴风力机，属升力型风力机，具有转速高、风的利用率较高的优点，其叶尖速比通常在4以上，转速高，最大功率系数可达50%。 垂直轴风力机也有升力型风力机，法国航空工程师达里厄（Darrieus）在1931年发明了升力型垂直轴风力机，后人习惯把升力型垂直轴风力机统称为达里厄风力机（D式风力机），下面介绍这种风力机的原理与结构。 叶轮由两片垂直的叶片阻成，叶片截面为流线型的对称翼型，以相反方向安装在转轴两侧。注:为适合图中表示，叶片长度与支架长度都较实际比例缩小。 在下面图中列举了从0度到315度八个位置的叶片，风从左边进入，浅蓝色的矢量v是风速、绿色的矢量u 是叶片圆周运动的线速度反向（即无风时叶片感受到的气流速度）、蓝色的矢量w是叶片感受到的合成气流速度（即相对风速）、紫色的矢量L是叶片受到的升力。 我们分析一下叶片在这八个角度的受力情况，在90度与270度的位置，相对风速不产生升力，在其它六个位置上叶片受到的升力均能在运动方向产生转矩力，这也是达里厄风力机能在风力下旋转的道理。

实际上情况要复杂得多，前面分析图是理想状态，是在理想的叶尖速比与没有叶片的阻力时的状态。叶片推动风轮旋转的转矩力是升力与阻力的合成力在叶片前进方向的分力。我们取315度时的情况分析一下有阻力的情况，图中黑色的矢量D为叶片受到的阻力，棕色的矢量F是升力L与阻力D的合成力，该力在叶片前进方向的分力M才是实际的转矩力，显然此时的转矩力明显小于理想状况。 而且在180度与270度附近的角度内，升力与阻力的合成力产生的是反向转矩力。

水泵轴功率计算公式

水泵轴功率计算公式 这是离心泵的：流量×扬程×9.81×介质比重÷3600÷泵效率流量单位：立方/小时，扬程单位：米 P=2.73HQ/η,其中H为扬程,单位m,Q为流量,单位为m3/h,η为泵的效率.P为轴功率,单位KW. 也就是泵的轴功率P=ρgQH/1000η（kw),其中的ρ=1000Kg/m3,g=9.8 比重的单位为Kg/m3,流量的单位为m3/h,扬程的单位为m,1Kg=9.8牛顿 则P=比重*流量*扬程*9.8牛顿/Kg =Kg/m3*m3/h*m*9.8牛顿/Kg =9.8牛顿*m/3600秒 =牛顿*m/367秒 =瓦/367 1)离心泵 流量×扬程×9.81×介质比重÷3600÷泵效率 流量单位：立方/小时， 扬程单位：米 P=2.73HQ/Η, 其中H为扬程,单位M,Q为流量,单位为M3/H,Η为泵的效率.P为轴功率,单位KW. 也就是泵的轴功率P=Ρ GQH/1000Η（KW),其中的Ρ=1000KG/M3,G=9.8 比重的单位为KG/M3,流量的单位为M3/H,扬程的单位为M,1KG=9.8牛顿 则P=比重*流量*扬程*9.8牛顿/KG =KG/M3*M3/H*M*9.8牛顿/KG =9.8牛顿*M/3600秒 =牛顿*M/367秒 =瓦/367 上面推导是单位的由来,上式是水功率的计算,轴功率再除以效率就得到了. 设轴功率为NE，电机功率为P，K为系数（效率倒数） 电机功率P=NE*K (K在NE不同时有不同取值，见下表) NE≤22 K=1.25 22

泵的效率及其计算公式

泵的效率及其计算公式 指泵的有效功率和轴功率之比。n二Pe/P 泵的功率通常指输入功率，即原动机传到泵轴上的功率，故又称轴功率，用P表示。 有效功率即：泵的扬程和质量流量及重力加速度的乘积。 Pe=p g QH (W 或Pe二丫QH/1000 (KW P :泵输送液体的密度(kg/m3) Y :泵输送液体的重度丫二p g (N/ m3) g：重力加速度(m/s) 质量流量Qm=p Q ( t/h 或kg/s ) 水泵轴功率计算公式 这是离心泵的：流量x扬程X9.81 x介质比重+3600+泵效率流量单位：立方/小时，扬程单位:米 P=2.73HQ/ n,其中H为扬程，单位m,Q为流量，单位为m3/h, n为泵的效率.P为轴功率,单位KW. 也就是泵的轴功率P=p gQH/1000n (kw), 其中的 p =1000Kg/m3,g=9.8 比重的单位为Kg/m3, 流量的单位为m3/h, 扬程的单位为m,1Kg=9.8 牛顿则P=比重*流量*扬程*9.8牛顿/Kg =Kg/m3*m3/h*m*9.8 牛顿/Kg =9.8 牛顿*m/3600 秒

=牛顿*m/367 秒

= 瓦/367 上面推导是单位的由来,上式是水功率的计算, 轴功率再除以效率就得到了. 渣浆泵轴功率计算公式 流量Q M3/H 扬程H 米H2O 效率n % 渣浆密度A KG/M3 轴功率N KW N=H*Q*A*g/(n*3600) 电机功率还要考虑传动效率和安全系数。一般直联取 1 ，皮带取0.96 ，安全系数1.2 泵的效率及其计算公式 指泵的有效功率和轴功率之比。n二Pe/P 泵的功率通常指输入功率，即原动机传到泵轴上的功率，故又称轴功率，用P 表示。有效功率即：泵的扬程和质量流量及重力加速度的乘积。 Pe= p g QH (W) 或Pe= 丫QH/1000 (KW) p：泵输送液体的密度(kg/m3 ) Y：泵输送液体的重度丫二pg(N/m3) g ：重力加速度( m/s ) 质量流量Qm p= Q (t/h 或kg/s)

达里厄风力机

达里厄风力机 达里厄风力机 Darrieus Type Wind Turbine 2013年11月重新编辑（加一动画）阻力型垂直轴风力机虽然简单可靠，安装维修方便，但其叶尖速比在0.5至0.9左右才能获得较高的功率输出，也就是说叶片速度较低，风轮外沿线速度仅为风速的一半多，若风轮直径较大时，转速会很低，再说阻力型的垂直轴风力机功率系数一般不超过15%，S型阻力风力机虽可达25%，但其巨大的风叶生产制造、运输、安装都很困难，这就限制了阻力型风力机的广泛应用。目前大中型风电主要采用水平轴风力机，属升力型风力机，具有转速高、风的利用率较高的优点，其运行叶尖速比通常在4以上，转速高，最大功率系数可达50%。 垂直轴风力机也有升力型风力机，法国航空工程师达里厄（Darrieus）在1931年发明了升力型垂直轴风力机，后人习惯把升力型垂直轴风力机统称为达里厄风力机（D式风力

机），达里厄风力机的原始机型是φ形结构，在国外已运行的大中型达里厄风力机是φ形结构，中小型采用H形结构。在国内目前一些小微型升力阻力结合风力机采用φ形结构，大一些的达里厄风力机多采用H形结构，下面就H形结构达里厄风力机的原理进行介绍。 图1是H形达里厄风力机风轮结构图，风轮由两片与转轴平行的叶片阻成，叶片截面为流线型的对称翼型，以相反方向安装在风力机转轴两侧，风轮绕风力机转轴旋转。为较清晰表示其结构，图中将叶片弦长较实际比例进行夸大。图1--H 型达里厄风力机的风轮下面是H形达里厄风力机的旋转动画。垂直的叶片是如何带动风轮旋转呢，通过图2来分析其原理，风轮轴在叶轮径向线上，叶片随风轮旋转沿翼片轨迹运动到上风面某位置，来风从左边进入，浅蓝色的矢量v 是外来风速、绿色的矢量u是叶片圆周运动的线速度(其箭头方向是无风时翼片感受到的气流方向与速度)、紫色的矢量w 是叶片感受到的合成气流速度（即相对风速）、紫色的矢量L 是叶片受到的升力，黑色的矢量D为叶片受到的阻力，棕色的矢量F是升力L与阻力D的合成力，合成力在叶片前进方向的分力M就是是推动风轮旋转的力，该力形成对风轮转轴的转矩。图2--达里厄风力机叶片受力分析图叶片随风轮旋转到不同角度是否都有推动风轮旋转的转矩呢，图3是叶片随风轮旋转到不同角度的受力图，通过该图来看H形达里厄

水平轴风力发电机设计

目录 摘要 (Ⅰ) Abstract (Ⅱ) 1 绪论 (1) 1.1风能资源的概述 (1) 1.2风能资源的利用 (1) 1.3风能资源利用的原理 (1) 1.4风力发电的输出 (3) 1.5风力发电机的种类 (3) 1.5.1水平轴风力发电机 (3) 1.5.2垂直轴风力发电机 (4) 2 水平轴发电机的基本功能构成及工作原理 (5) 2.1水平轴风力发电机的结构简介 (5) 2.2水平轴发电机关键部件详细介绍认知 (6) 2.2.1风轮叶片介绍 (6) 2.2.2发电机 (6) 2.2.3调速机构 (8) 2.2.4调向机构 (9) 2.2.5手刹车机构 (9) 2.2.6塔架 (10) 3 小型风力发电机叶轮和发电机装置的选择确定 (11) 3.1设计风速的确定 (11) 3.2风轮外形的计算 (12) 3.2.1风能利用系数Cp (12) 3.2.2风轮的扫掠面积确定 (12) 3.2.3风轮直径的确定 (13) 3.2.4回转体水平轴向力的计算 (14)

3.2.5发电机的选择确定 (14) 4 水平轴风力发电机回转体的设计与计算 (16) 4.1回转体结构设定 (16) 4.2轴承的计算与选用 (16) 4.2.1轴承的功能与作用 (16) 4.2.2轴承的查表选用 (16) 5 塔架 (22) 5.1塔架高度的确定 (22) 5.2塔架材料的确定 (22) 5.3整体建模效果图 (23) 总结 (24) 参考文献 (25) 致谢 (26)

风能是清洁绿色的动力，风力能源目前相对于我国来说还是相当充裕的。风力发电就是获取风能最主要的一种方法。风力发电的根本工作原理，是通过风力使其叶片转动，然后经过增速机把风轮转动的速度提高到一定的值，继而使发电机正常工作然后发电。现在风力发电技术已经达到了一定的地步，基本风速达到3m/s的速度后，发电机就可以开使正常工作继而发电。该课题是设计一台小型水平轴风力发电机，它的基本组成部件主要有以下五种①叶片②发电机③回转体④塔架⑤控制系统等。本课题对风力发电机进行了基本的讲述，首先计算风轮的扫掠面积，继而确定风轮的直径，选定发电机，然后通过以上计算查表选择轴承等部件，确定塔架的高度及材料，并绘制了图纸。 关键词：风力发电机；回转体；风轮

水泵轴功率计算公式完整版

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水泵轴功率计算公式 这是离心泵的：流量×扬程××介质比重÷3600÷泵效率流量单位：立方/小时，扬程单位：米 P=η,其中H为扬程,单位m,Q为流量,单位为m3/h,η为泵的效率.P为轴功率,单位KW. 也就是泵的轴功率P=ρgQH/1000η（kw),其中的ρ=1000Kg/m3,g= 比重的单位为Kg/m3,流量的单位为m3/h,扬程的单位为m,1Kg=牛顿 则P=比重*流量*扬程*牛顿/Kg =Kg/m3*m3/h*m*牛顿/Kg =牛顿*m/3600秒 =牛顿*m/367秒 =瓦/367 1)离心泵 流量×扬程××介质比重÷3600÷泵效率? 流量单位：立方/小时， 扬程单位：米 P=Η, 其中H为扬程,单位M,Q为流量,单位为M3/H,Η为泵的效率.P为轴功率,单位KW. 也就是泵的轴功率P=ΡGQH/1000Η（KW),其中的Ρ=1000KG/M3,G= 比重的单位为KG/M3,流量的单位为M3/H,扬程的单位为M,1KG=牛顿 则P=比重*流量*扬程*牛顿/KG =KG/M3*M3/H*M*牛顿/KG =牛顿*M/3600秒

=牛顿*M/367秒 =瓦/367 上面推导是单位的由来,上式是水功率的计算,轴功率再除以效率就得到了. 设轴功率为NE，电机功率为P，K为系数（效率倒数） 电机功率P=NE*K( K在NE不同时有不同取值，见下表) NE≤22?K= 22

垂直轴磁悬浮风力发电机与水平轴风力发电机的对比

一、尚特光电公司简介： 深圳尚特绿色能源股份有限公司，德国慕尼黑工业大学新能源技术、澳大利亚新南威尔士大学太阳能研究所、清华大学深圳低碳节能研究院合作伙伴，是一家专门从事太阳能、风能发电与控制技术研发、生产、销售、服务为一体的高新科技企业，凝聚着一批国际新能源领域顶尖的科研人才，拥有多项国家发明专利，公司组织机构完善，管理严格，已建立完善的品质管理体系，顺利通过了ISO09001: 2008质量管理体系认证和产品的CE、ROSH、UL认证等。 核心技术为：磁悬浮风力发电与控制技术、跟踪式太阳能发电系统、高倍聚光太阳能发电系统、风光互补发电与控制系统；产品广泛应用于城市、农村道路照明，家庭别墅、通信基站、交通监控、部队边防用电等中小离网型发电站，以及大型光伏并网发电站等，其中磁悬浮风力发电机能微风启动、轻风发电，解决了世界大部分低风速地区无法发电的技术难题，太阳能跟踪式发电系统比固定式的太阳能发电系统提高40～80%的发电量，高倍聚光太阳能发电系统比固定式的太阳能发电系统提高80～150%的发电量，大大降低了中大型光伏发电厂的发电成本，是目前世界上领先的第三代太阳能发电技术。 尚特不仅提供高品质的追日式太阳能跟踪系统、磁悬浮风力发电机、控制与逆变器等系列产品，同时在太阳能、风能项目的立项咨询、方案设计、施工安装、运行维护方面提供国际化高水准的强大服务团队，服务于全球商用或民用光伏电站建设和各类太阳能、风能应用项目的咨询、设计、系统集成、工程承包等一站式解决方案，保证产品长期稳定运行、最大限度降低用户的建设与维护成本。 “为人类能源可持续发展提供专业高效的解决方案”，一直是尚特的崇高使命；“精益求精、诚臻服务”始终是尚特对客户的永久承诺，我们也必将长期置身于清洁能源技术应用的领先行列，引领绿色节能时代的革命! 二、SUNTOP产品技术特点 ·SUNTOP磁悬浮微风发电机由深圳尚特绿色能源有限公司与德国幕尼黑工业大学历时四年共同研发创造，技术处于世界领先地位，并在全球范围内申请多项专利。 ·SUNTOP磁悬浮微风发电机集磁悬浮技术、电机工程、动力机械、航空大气工程、外观设计、实用设计、风洞测验、电脑模拟分式等学科于一体，采用轻型铝合金、钛金、不锈钢紧固件等轻型特殊材料制造。 ·SUNTOP磁悬浮风力发电机，由磁悬浮风力发电电机、垂直式万向受风装置（风叶）与法兰组成。 （一）、电机部分工作原理是：采用磁悬浮技术理论、将电机线圈悬浮于一 定的空间，在没有任何机械摩擦阻力以及在风力驱动作用下，使电机转动并 切割磁力线发出三相交流电；电机外壳由高强度铝合金模具成型，转动轴材 料为不锈钢，电机内部由定子、外转子、磁缸、稀土磁铁、高纯度铜线圈，通过 磁悬浮技术组合而成。

垂直轴风力机的实度

垂直轴风力机的实度 垂直轴风力机的实度 在水平轴风力机栏目中风轮实度一节中讨论过风轮实度问题，垂直轴风力机的实度虽不是一个有确定值的参数，但是一个重要的参考数，实度大了不光是功率系数会降低，还可能无法正常运行。 下面简介垂直轴风力机的实度问题，内容主要来自《垂直轴风力机原理与设计》一书，供大家参考。该书主要介绍Φ型垂直在风力机，叶片数2或3个，但工作原理与直叶片的H 型风力机相同。 大型的Φ型垂直轴风力机通常采用双叶片或三叶片结构，图1是一个3叶片的Φ型垂直轴风力机风轮立体构造图。图中R是风轮的半径，H是风轮高度的一半，c是叶片截面的弦长。图1 三叶片Φ型垂直轴风力机风轮 大型的Φ型垂直轴风力机叶片较多使用对称翼型，即2叶片，因叶片较长，为加大强度一般采用较厚的NACA0015与NACA0018翼型。大部分的叶片较窄，有些叶片的弦长只有

风轮周长的1/100。 两个或三个叶片弯曲结合成Φ型，弯曲的形状多为抛物线型与悬链线型。 垂直轴风力机的实度定义为Ncl/S,其中N为叶片数，c为叶片翼型的弦长，l为叶片长度，S为风轮的迎风面积。为简单起见，通常认为垂直轴风力机的实度为Nc/R。 图2是气流通过风轮的流线图，上图是气流通过实度小的风轮时流线图；下图是气流通过实度大的风轮时流线图。可看出当风轮实度大时气流如遇到一个旋转的圆柱，绕开而行，通过风轮的气流少了、速度慢了，风轮得到的风功率小了。（注：本图不是气流的瞬时图，是一段时间的平均值图；两图的风轮没有显示实度的不同，仅是风轮的示意图）。图2 气流通过实度不同的风轮的流线图 大型Φ型垂直轴风力机风轮实度一般在0.2左右，不小于0.1。图3是不同实度的风轮在不同叶尖速比时的功率系数曲线图，显示了实度从0.1到0.4时的功率系数随尖速比的变化。实度大的适应风速变化范围窄，实度小的适应风速变化范围大。图3 不同实度的风轮在不同叶尖速比时的功率系数曲线

风力机叶片课程设计(空气动力学)设计报告

课程设计(综合实验)报告( -- 年度第一学期) 名称： 题目： 院系： 班级： 学号： 学生姓名： 指导教师： 设计周数： 成绩： 日期：

一、目的与要求 本次课程设计的主要目的： 1.掌握动量叶素理论设计风力机叶片的原理和方法 2.熟悉工程中绘图软件及办公软件的操作 3.掌握科研报告的撰写方法 本次课程设计的主要要求： 1．要求独立完成叶片设计参数的确定，每人提供一份课程报告 2．每小组提供一个手工制作的风力机叶片 二、主要内容 设计并制作一个风力机叶片 1．原始数据 三叶片风力机功率P＝6.03KW 来流风速7m/s 风轮转速72rpm 风力机功率系数Cp＝0.43 传动效率为0.92 发电机效率为0.95 空气密度为1.225kg/m3 全班分为2个小组，每个小组采用一种风力机翼型，翼型的气动数据（升力系数，阻力系数， 俯仰力矩系数）已知。 2．设计任务 2.1风力机叶片设计：根据动量叶素理论对各个不同展向截面的弦长和扭角进行计算， 按比例画出弦长、扭角随叶高的分布。 2.2根据以上计算结果手工制作风力机叶片，给出简单的制作说明。 四、数据计算 选用翼型s819 (一)叶片半径的计算：

由风力发电机输出功率： 21238 1 ηηπρP r C D V P = 得，叶片直径： m C V P D P r 10.37 .048.08234.1800 883 2 13=?????= = πηηπρ 叶片半径： m D R 55.123.12=== (二) 叶尖速比的计算： 整个叶片的叶尖速比： 31.57 329.460/72260/2110=??=?=Ω= ππλv R n V R 半径r 处的叶尖速比：1 0V r Ω=λ ① 设计中取9处截面，分别是叶片半径的20%处，叶片半径的30%处，叶片半径的40%处，叶片半径的 50%处，叶片半径的60%处，叶片半径的70%处，叶片半径的80%处，叶片半径的90%处，则由式①得到各截面处的叶尖速比分别为： 60.01 %20% 10=?= V R ωλ 1.201 %20% 20=?= V R ωλ 1.801 %30% 30=?= V R ωλ 40.21%40% 40=?= V R ωλ 00.31 %50% 50=?= V R ωλ 3.601 %60% 60=?= V R ωλ 20 .41 %70% 70=?= V R ωλ 80.41%80%80=?=V R ωλ 60 .51 %90% 90=?= V R ωλ 00.61 %90% 100=?= V R ωλ 各截面处翼型弦长： 确定每个剖面的形状参数N: 可根据公式： 9 4 )(/91622 00 + = R r r R N λλπ

垂直轴风力发电机

垂直轴风力发电机在风向改变的时候无需对风，在这点上相对于水平轴风力发电机是一大优势，它不仅使结构设计简化，而且也减少了风轮对风时的陀螺力。 垂直轴风力发电机（vertical axis wind turbine VAWT）从分类来说，主要分为阻力型和升力型。阻力型垂直轴风力发电机主要是利用空气流过叶片产生的阻力作为驱动力的，而升力型则是利用空气流过叶片产生的升力作为驱动力的。 由于叶片在旋转过程中，随着转速的增加阻力急剧减小，而升力反而会增大，所以升力型的垂直轴风力发电机的效率要比阻力型的高很多。 1.阻力型风力发电机的工作原理 阻力型垂直轴风力发电机风轮的转轴周围，有一对或者若干个凹凸曲面的叶片，当它们处于不同方位时，相对于它的来风方向所受的推力F是不同的。风力作用于上述物体上的空气动力差别也很大。作用力F可表示为： F=1/2?ρ?S·V??C 其中ρ——空气密度，一般取1.25（kg/m?） S——风轮迎风面积 V——来流风速 C——空气动力系数 以半球为例，当风吹到半球凹面一侧，c值为1.33，当风吹到半球凸面一侧时，c值为0.34。对于柱面，当风吹向凹面和凸面时，系数c分别为2.3和1.2。 由于组成风轮的叶片不对称性和空气阻力的差异，风对风轮的作用就形成了绕转轴的驱动力偶，整个风轮随即转动。 2.升力型垂直轴风力发电机原理 在下面图中列举了从0度到315度八个位置的叶片，风从左边进入，浅蓝色的矢量v是风速、绿色的矢量u是叶片圆周运动的线速度反向（即无风时叶片感受到的气流速度）、蓝色的矢量w是叶片感受到的合成气流速度（即相对风速）、紫色的矢量L是叶片受到的升力。 我们分析一下叶片在这八个角度的受力情况，在90度与270度的位置，相对风速不产生升力，在其它六个位置上叶片受到的升力均能在运动方向产生转矩力，这也是达里厄风力机能在风力下旋转的道理。 实际上情况要复杂得多，前面分析图是理想状态，是在理想的叶尖速比与没有叶片的阻力时的状态。叶片推动风轮旋转的转矩力是升力与阻力的合成力在叶片前进方向的分力。我们取315度时的情况分析一下有阻力的情况，图中黑色的矢量D为叶片受到的阻力，棕色的矢量F是升力L与阻力D的合成力，该力在叶片前进方向的分力M才是实际的转矩力，显然此时的转矩力明显小于理想状况。 而且在180度与270度附近的角度内，升力与阻力的合成力产生的是反向转矩力。

风力发电机设计与制造课程设计

一.总体参数设计 总体参数就是设计风力发电机组总体结构与功能的基本参数,主要包括额定功率、发电机额定转速、风轮转速、设计寿命等。 1. 额定功率、设计寿命 根据《设计任务书》选定额定功率P r =3、5MW;一般风力机组设计寿命至少为20年,这里选20年设计寿命。 2. 切出风速、切入风速、额定风速 切入风速 取 V in = 3m/s 切出风速 取 V out = 25m/s 额定风速 V r = 12m/s(对于一般变桨距风力发电机组(选3、5MW)的额定风速与平均风速之比为1、70左右,V r =1、70V ave =1、70×7、0≈12m/s) 3. 重要几何尺寸 (1) 风轮直径与扫掠面积 由风力发电机组输出功率得叶片直径: m C V P D p r r 10495.096.095.045.012225.13500000 883 3 213≈???????==πηηηπρ 其中: P r ——风力发电机组额定输出功率,取3、5MW; ——空气密度(一般取标准大气状态),取1、225kg/m 3; V r ——额定风速,取12m/s; D ——风轮直径; 1η——传动系统效率,取0、95; 2η——发电机效率,取0、96; 3η——变流器效率,取0、95; C p ——额定功率下风能利用系数,取0、45。 由直径计算可得扫掠面积: 22 2 84824 1044 m D A =?= = ππ 综上可得风轮直径D=104m,扫掠面积A=84822 m

4. 功率曲线 自然界风速的变化就是随机的, 符合马尔可夫过程的特征, 下一时刻的风速与上一时刻的结果没什么可预测的规律。由于风速的这种特性, 可以把风力发电机组的功率随风速的变化用如下的模型来表示: )()()(△t P t P t P sta t += )(t P ——在真实湍流风作用下每一时刻产生的功率, 它由t 时刻的V(t)决定; )(t P stat ——在给定时间段内V(t)的平均值所对应的功率; )(△t P ——表示t 时刻由于风湍流引起的功率波动。 对功率曲线的绘制, 主要在于对风速模型的处理。若假定上式表示的风模型中P stat (t)的始终为零, 即视风速为不随时间变化的稳定值, 在切入风速到切出风速的范围内按照设定的风速步长, 得到对应风速下的最佳叶尖速比与功率系数,带入式: 32123 8 1ηηπηρD V C P r P = 1η——传动系统效率,取0、95; 2η——发电机效率,取0、96; 3η——变流器效率,取0、95; ——空气密度(一般取标准大气状态),取1、225kg/m 3; V r ——额定风速,取12m/s; D ——风轮直径; C p ——额定功率下风能利用系数,取0、45。

垂直轴风力发电机研究报告分解

垂直轴风力发电机研究报告 1.垂直轴与水平轴对比 垂直轴风力发电机与水平轴风力发电机相比，有其特有的优点： ①水平轴风力发电机组的机舱放置在高高的塔顶，而且是一个可旋转360 度的活动联接机构，这就造成机组重心高，不稳定，而且安装维护不便。垂直轴风力发电机组的发电机，齿轮箱放置在底部，重心低，稳定，维护方便，并且降低了成本。 ②风力发电机的客户越来越需要使用寿命长、可靠性高、维修方便的产品。垂直轴风轮的翼片在旋转过程中由于惯性力与重力的方向恒定，因此疲劳寿命要长于水平轴风轮；垂直轴风力发电机的构造紧凑，活动部件少于水平轴风力机，可靠性较高；垂直轴系统的发电机可以放在风轮下部甚至地面上，因而便于维护。 ③风力发电机由于高度限制和周围地貌引发的乱流，常常处于风向和风强变化剧烈的情况，垂直轴风力发电机有克服“对风损失”和“疲劳损耗”上有水平轴风力发电机不可比的优点，且理论风能利用率可达40％以上．因此在考虑了较小的启动风速和对风力机影响较大的“对风损失”之后，从而提高垂直轴风轮的风能实际利用率。 ④水平轴风力发电机组机仓需360度旋转，达到迎风目的。这个调节系统包含有旋转机构，风向检测，角位移发送，角位移跟踪等系统。垂直轴风力机不要迎风调节系统，可以接受360度方位中任何方向来风，主轴永远向设计方向转动。 ⑤水平轴风力发电机的翼片受到正面风载荷力，离心力，翼片结构相似悬臂梁。翼片根部受到很大弯矩产生的应力。而且翼片在旋转一周的过程中，受惯性力和重力的综合作用，惯性力的方向是随时变化的，而重力的方向始终不变，这样翼片所受的就是一个交变载荷，这就要求翼片有很高的的疲劳强度，因此大量事故都是翼片根部折断。而垂直轴风机的翼片主要承受拉应力，不易折断，寿命长。 ⑥水平轴风力发电机组翼片的尖速比高，一般在5～7左右，在这样的高速下翼片切割气流将产生很大的气动噪音，导致噪声污染。垂直轴风力机翼片的尖速比较水平轴的要小的多，这样的低转速基本上不产生气动噪音，无噪音带来的