立軸式風(fēng)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 0508

1、1立軸式風(fēng)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀立軸式風(fēng)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀簡(jiǎn)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(fēng)車是采用水平軸式的，近代一些國(guó)家研制出了成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的立軸式風(fēng)車.。本文概述了立軸式風(fēng)機(jī)的發(fā)展過程和類型，比較了立軸式風(fēng)機(jī)和水平軸風(fēng)機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)，分析了立軸式風(fēng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，并介紹了在商業(yè)上成功運(yùn)作了立軸式風(fēng)機(jī)的Flowind公司。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：立軸式風(fēng)機(jī)；EHD技術(shù)；F

2、lowind公司；發(fā)展中圖分類號(hào)中圖分類號(hào)：按《中國(guó)圖書分類法》標(biāo)注文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A0引言風(fēng)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(guó)政府都非常重視對(duì)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的開發(fā)和研究。風(fēng)力發(fā)電的原理比較簡(jiǎn)單，是利用風(fēng)輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)來發(fā)電的?，F(xiàn)代風(fēng)力機(jī)從基本結(jié)構(gòu)上分為兩類即水平軸風(fēng)機(jī)(HizontalAxisWindTurbine，縮寫為HAWT)和立軸風(fēng)機(jī)(VerticalAxisWindTurbine，縮寫為VAWT)如圖1所示。這兩類風(fēng)機(jī)

3、都是利用空氣動(dòng)力升力原理來獲取風(fēng)能的。目前水平軸風(fēng)機(jī)較多采用。水平軸風(fēng)機(jī)輪轂上有三個(gè)或兩個(gè)風(fēng)翼也稱葉片。葉片用強(qiáng)化聚酯玻璃纖維、膠合板、鋁或鋼制造[1]。水平軸風(fēng)力機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸與迎面的風(fēng)流平行。立軸式（垂直軸）風(fēng)力機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸垂直于地面，它不需要像水平軸風(fēng)力機(jī)那樣隨風(fēng)向改變轉(zhuǎn)子的方向，設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行都比水平風(fēng)力機(jī)簡(jiǎn)單和方便，很有發(fā)展前途。?圖1水平軸風(fēng)機(jī)Fig.1HizontalaxiswindTurbine圖2立軸式風(fēng)機(jī)Fig.2

4、Verticalaxiswindturbine?收稿日期：1建設(shè)立軸式風(fēng)機(jī)的意義1.1立軸式風(fēng)機(jī)的發(fā)展過程我國(guó)是世界上最早利用風(fēng)能的國(guó)家之一。公元前數(shù)世紀(jì)我國(guó)人民就利用風(fēng)力提水。灌溉、磨面、舂米，用風(fēng)帆推動(dòng)船舶前進(jìn)。宋代更是我國(guó)應(yīng)用風(fēng)車的全盛時(shí)代[2]。當(dāng)時(shí)流行的立軸式風(fēng)車一直沿用至今。最早的立軸式風(fēng)輪（也稱垂直式）是在我國(guó)出現(xiàn)，它是將8個(gè)帆各編在一個(gè)直立的桿上，各帆的正中上端則各由一繩系之。當(dāng)?shù)胤Q此為“走馬燈”式風(fēng)車。我國(guó)沿海產(chǎn)鹽地區(qū)

5、用這種風(fēng)車提海水的很多，如大沽和塘沽一帶在建國(guó)初期仍可看到。圖3復(fù)原的立軸式大風(fēng)車模型照片F(xiàn)ig.3TheRecoveredPhotoofVerticalAxisWindTurbineModel[3]1925年法國(guó)人達(dá)里厄（G.J.M.Darrieus）發(fā)明了現(xiàn)代的立軸式風(fēng)電機(jī)。它的結(jié)構(gòu)是由2～4片跳繩曲線型的葉片組成，呈對(duì)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(dòng)性能好，只是由于葉片呈弧狀，上下兩端受風(fēng)情況

6、不佳，3圖7水平軸風(fēng)機(jī)與立軸式風(fēng)機(jī)的主要零件[8]Fig.7WindTurbineDesigns1.3.1立軸式風(fēng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)立軸式風(fēng)機(jī)的劣勢(shì)1.3.1.1葉片受力分析水平軸式風(fēng)機(jī)槳葉（如圖8）上受到正面風(fēng)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(fēng)機(jī)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(zhǎng)，不易折斷。圖8水平軸風(fēng)機(jī)（左）立軸式風(fēng)機(jī)（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(fēng)機(jī)機(jī)倉(cāng)放置在高高的塔頂，而且是一個(gè)可旋轉(zhuǎn)360度的活動(dòng)聯(lián)接機(jī)構(gòu)。自身重達(dá)十幾噸至幾十噸；葉片上隨機(jī)風(fēng)載荷達(dá)幾十噸.重心高，不穩(wěn)定，易翻倒。高位放置，安裝，維護(hù)不便。立軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)，齒輪箱在底部，重心低，穩(wěn)定。維護(hù)方便。由于不需要塔架，降低了成本。1.3

8、.1.3迎風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)水平軸機(jī)組機(jī)倉(cāng)需360度旋轉(zhuǎn)，達(dá)到＂迎風(fēng)″目的.這個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)包含有風(fēng)向檢測(cè)；角位移發(fā)送；角位移跟蹤閉環(huán)電力拖動(dòng)系統(tǒng)。立軸式風(fēng)機(jī)不要迎風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可以接受360度方位中任何方向來風(fēng)，主軸永遠(yuǎn)向設(shè)計(jì)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。1.3.1.4迎風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)槳矩調(diào)節(jié)系統(tǒng)水平軸風(fēng)機(jī)當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，為了調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速風(fēng)機(jī)要具備槳矩調(diào)節(jié)系統(tǒng)。即在風(fēng)載荷下轉(zhuǎn)動(dòng)槳葉一個(gè)角度.此扭矩非常大，只有用液壓系統(tǒng)才行.這個(gè)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(jià)格貴，維護(hù)難。立軸式風(fēng)機(jī)不要此系統(tǒng).固定葉片。總結(jié)上述：立軸式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(Darrieus)力學(xué)性能好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。1.3.2立軸式風(fēng)機(jī)的劣勢(shì)接近地面的風(fēng)速較低；需要啟動(dòng)裝置；不方便在密集的農(nóng)場(chǎng)建立拉索；更換軸承時(shí)需要拆卸整套設(shè)備[9]。1.4立軸式風(fēng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益1.4.1降低發(fā)電成本開發(fā)立軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以從降低風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的投資和提高能量利用率兩個(gè)方面降低發(fā)電成本，提高風(fēng)電的市場(chǎng)競(jìng)

10、爭(zhēng)力，還可以培育我國(guó)的風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)。1.4.2環(huán)保效益我國(guó)北方地區(qū)頻頻發(fā)生揚(yáng)沙和沙塵暴天氣，若在這些地區(qū)修建大型風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，風(fēng)的能量被風(fēng)力發(fā)電機(jī)吸收轉(zhuǎn)化，既可發(fā)電，又可防風(fēng)護(hù)草。尤其在沙漠地區(qū)，植樹很困難，而修建風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)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(fēng)力資源海上風(fēng)能資源豐富，是目前各國(guó)重點(diǎn)開發(fā)的區(qū)域。在海上修建風(fēng)力發(fā)電機(jī)有一定困難，投資也大。但立軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)重心低，可以安裝在浮動(dòng)的平臺(tái)上，

11、施工容易，投資也省。2FloWind公司的立軸式風(fēng)機(jī)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(duì)不同外形的風(fēng)機(jī)尺寸和能源成本關(guān)系進(jìn)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