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水平轴与垂直轴风力发电机有什么区别?

发表日期:2022-05-13     浏览次数:646

水平轴风力发电机是风力发电机中的一种,装置有风向传感元件及伺服电动机,可分为升力型和阻力型两类,可以集中气流,增加气流速度。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。

水平轴与垂直轴风力发电机的区别如下:

1、设计方法

水平轴风力发电机的叶片设计一般采用动量叶片素理论,主要方法有Glauert法、Wilson法等。然而,由于叶片素理论忽略了叶片素之间的流动干扰,在叶片素理论设计的应用中忽略了翼型的阻力,这种简化处理不可避免地导致了结果的不准确性。这种简化对叶片形状设计的影响较小,但对风轮的风能利用率影响较大。同时,风轮叶片之间的干扰也很强烈,整个流动非常复杂。如果只依靠叶片素理论,就没有办法得到准确的结果。

垂直轴风力发电机的叶片设计过去是根据水平轴的设计方法和叶素理论设计的。由于垂直轴风轮的流动比水平轴更复杂,因此是典型的大分离,流动非常大,不适合叶素理论的分析。这也是垂直轴风力发电机长期未发展的一个重要原因。

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水平轴风力发电机

2、风能利用率

大型水平轴风力发电机的风能利用率大多由叶片设计师计算,一般在40%以上。如上所述,由于设计方法本身的缺陷,因此计算风能利用率的准确性值得怀疑。当然,风力发电厂的风力发电机会根据测量的风速和输出功率绘制风力曲线。但是,此时的风速是风轮后部风机测量的风速。如果风速小于来流风速,且风力曲线较高,则必须进行修正。采用修正方法修正后,水平轴的风能利用率应降低30%~50%。中国空气动力研发中心对小型水平轴风力发电机的风能利用率进行了相关风洞实验,测量利用率为23%~29%。

3、结构特征

水平轴风力发电机叶片在旋转一周的过程中,由于惯性力和重力的综合作用,惯性力的方向随时变化,重力的方向保持不变,使叶片承受交变载荷,对叶片的疲劳强度非常不利。此外,水平轴的发电机位于几十米高,给发电机的安装、维护和维护带来了很多不便。

垂直轴风轮叶片在旋转过程中的应力远优于水平轴。由于惯性力和重力的方向保持不变,因此疲劳寿命比水平轴风轮长。同时,垂直轴发电机可放置在风轮下部或地面,便于安装和维护。

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垂直轴风力发电机

4、启动风速

水平轴风轮的良好起动性能是一个共识,但根据我国空气动力研发中心对小型水平轴风力发电机的风洞实验,起动风速一般在4~5m/s之间,Z大的实际达到5.9m/s。显然,这种起动性能并不令人满意。垂直轴风轮的起动性能差也是业内的共识,特别是对于Darrieus型风轮,根本没有自启动能力,这也是限制垂直轴风力发电机应用的原因之一。然而,对于Darrieus型H型风轮,有相反的结论。通过了解小编得知,只要翼型和安装角选择合适,起动性能相当好,双涡轮垂直轴风力发电机、垂直轴风力发电机、鼠笼垂直轴风力发电机的风洞实验,这种Darieus型H型风轮的起动风速仅为2m/s,优于上述。