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垂直轴风力发电机(VAWT)性能特点介绍
VAWT 性能特点介绍
垂直轴风力发电机(简称VAWT)是全新的风洞力原理所设计的新产品,和日本一家公司几乎同时开始研制,经过5年左右的发展,这种类型的产品已获得全球范围内许多专家的认可,将成为今后中小型风力发电机发展方向。VAWT具有较多显著特点,下面逐一说明:
安全性
由于VAWT采用了垂直叶片和三角形双支点设计,并且主要受力点集中于轮毂,因此叶片脱落、断裂和叶片飞出等问题得到了较好的解决。
噪音
VAWT采用了水平面旋转以及叶片应用飞机机翼原理设计,使得噪音降低到在自然环境下测量不到的程度。
抗风能力
VAWT的水平旋转和三角形双支点设计原理,使得它受风压力小,可以抵抗每秒45米的超强台风。
回转半径
VAWT由于其设计结构和运转原理的不同,比其他形式风力发电具有更小的回转半径,节省了空间,同时提高了效率。
发电曲线特性
由于VAWT的运转特性,它的启动风速低于其他形式的风力发电机,发电功率的上升幅度较平缓,因此在5-8米风速范围内,它的发电量较其他类型的风力发电机高10%—30%。
利用风速范围
VAWT采用了特殊的控制原理,使它的适合运行风速范围扩大到2.5—25m/s,在最大限度利用风力资源的同时获得了更大的发电总量,提高了风电设备使用的经济性。
刹车装置
VAWT可配置机械手动和电子自动刹车两种,在无台风和超强阵风的地区,仅需设置手动刹车即可。
运行维护
由于VAWT采用直驱式永磁发电机,无需齿轮箱和转向机构,定期(一般每半年)对运转部件的连接进行检查即可。
新型垂直轴风力发电机(H型)设计原理(参赛)
针对目前众多网友对新型垂直轴风力发电机(H型)的设计原理比较感兴趣,特在此将部分设计原理以及技术指标作详细地阐述,希望能给各位朋友予以更深入地了解。
最早的垂直轴风力发电机是一种圆弧形双叶片的结构(Φ型或称为达里厄),由于其受风面积小,相应的启动风速较高,一直未得到大力发展,我国也在前几年做了一些尝试,但效果始终不理想。针对一些朋友问及:为何当初采用Φ型设计而没有用现在这种H型结构?实际上,这和科技的发展特别是电脑的发展密切相关的,由于H型垂直轴风力发电机的设计需要非常大量的空气洞力学计算以及数字模拟计算,采用人工的方法计算一次至少需要几年的时间,而且不是一次计算就能得到正确的结果,所以在计算机还不是很发达的年代,人们根本无法完成这一设计构思。
由于特殊应用场合的需要,2003年我国开始了这项研究,并且在以后两年的时间里不断对产品进行改进,在2005年初,产品走向成熟,并在海岛以及边疆大量采用以这种新型垂直轴风力发电机为主要设备的风光互补系统。
下面我就详细讲解一下H型垂直轴风力发电机的技术原理:
一、技术原理
该技术采用空气洞力学原理,针对垂直轴旋转的风洞模拟,叶片选用了飞机翼形形状,在风轮旋转时,它不会受到因变形而改变效率等;它用垂直直线4-5个叶片组成,由4角形或5角形形状的轮毂固定、连接叶片的连杆组成的风轮,由风轮带动稀土永磁发电机发电送往控制器进行控制,输配负载所用的电能。
该技术原理根据空气片条理论,实际计算可选取垂直风机旋转轴的切面进行计算模型,按叶片实际尺寸,每个叶片的旋转轴心距离为N米;用CFD技术进行模拟气动系数计算,计算原理采用离散数字方法求解翼形断面的气动力,用网格方法对雷诺数流动涡量分布比较形成高雷诺数下对Navier-Stokes方程进行数字模拟计算的原理结果。
采用稀土永磁材料发电的原理,配套与空气洞力学原理的风轮,采用直驱式结构进行旋转发电。
专利技术:一种风力发电机(专利号:ZL200420081310.2)
二、功率特性
根据H型风力发电机的原理,风轮的转速上升速度提高较快(力矩上升速度快),它的发电功率上升速度也相应变快,发电曲线变得饱满(如下图)。在同样功率下,垂直轴风力发电机的额定风速较现有水平轴风力发电机要小,并且它在低风速运转时发电量也较大。
三、结构
由于此种设计结构采用了特殊空气洞力学原理、三角形向量法的连接方式以及直驱式结构的原理,使得风轮的受力主要集中于轮毂上,因此抗风能力较强;此种设计的特性还体现在对周围环境的影响上,运转时无噪音以及电磁干扰小等特点使得新型垂直轴风力发电机优越性非常明显。
垂直轴直线叶片永磁发电机风力发电电源系统结构图
附:现有垂直轴风力发电电源比较:
目前,生产该类型垂直轴风力发电电源系统产品最多的是日本(2002年开始研究),还有英国、加拿大等国目前也在研制中,这些国家的大部分产品在风轮设计当中采用平行连接杆,这种方式对发电机输出轴要求较高,并且结构相对复杂,现场安装程序也偏多。另外,从力学方面分析,H型垂直轴风力发电机功率越大、叶片越长、平行杆的中心点与发电机轴的中心点距离越长,抗风能力就越差,因此,MUCE采取的是三角形向量法,弥补了上述的一些缺点(具体比较见下图)。
日本某公司生产 本公司生产
详细指标对比见表:
功能和技术指标项目 日本某公司垂直直线叶片风力发电机 国内静音垂直轴永磁风力发电机
1 抗风能力 35~45m/s 45m/s
2 发电机安装 离轮毂较远 紧靠轮毂
3 连接方式 平行杆连接 三角形向量法
4 发电功率 相 同
5 复杂程度 复杂 简便
6 轮毂数量 2个 1个
7 轮毂连接件 20个 10个
8 上下轴承和轴套 2套 无
9 保护套 2件 无
10 现场组装工序 25个 15个
11 价格 25000元/KW ≤20000元/KW |
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