达里厄风力机Darrieus剖析.docxVIP

达里厄风力机Darrieus Type Wind Turbine HYPERLINK /fengdian-CZZ-ZL/fengdian-ZLCZ.html 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。阻力型风力机的受风面积中只有一半被利用，另一半往往还做负功，所以阻力型的垂直轴风力机功率系数较低，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，使其无法在大型风力机中使用，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。?? 达里厄风力机的基本原理图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 HYPERLINK /fengdian-SPZ/01-FLJ-basic/FLJ-basic.html 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。 H形达里厄风力机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 HYPERLINK /fengdian-SPZ/01-FLJ-basic/FLJ-basic.html 相对风速）、紫色的矢量L是叶片受到的 HYPERLINK /fengdian-SPZ/01-FLJ-basic/FLJ-basic.html 升力，黑色的矢量D为叶片受到的 HYPERLINK /fengdian-SPZ/01-FLJ-basic/FLJ-basic.html 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形达里厄风力机的工作原理，在图中列举了从0度到315度八个位置的叶片，图中角度不是叶片与来风的夹角，角度是按风轮反时针旋转方向，图上部叶片与来风方向平行的位置为0度。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（反向）、深蓝色的矢量w是叶片感受到的合成气流速度（即 HYPERLINK /fengdian-SPZ/01-FLJ-basic/FLJ-basic.html 相对风速）、紫色的矢量L是叶片受到的升力，由于正常工作时的阻力很小，在图中很难标出，故不显示阻力。 我们分析一下叶片在这八个角度的受力情况，除了在0度与180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，在90度与270度能提供最大的的转矩，这些转矩，都朝着同一旋转方向，这就是达里厄风力机能在风力下旋转的道理，所以说达里厄风力机属升力型垂直轴风力机。 图3--达里厄风力机受力旋转原理图下面用一段动画来演示风轮旋转时叶片在各位置受力状态，为了清楚显示各矢量，动画没有采用图3的布局，是把叶片与相关矢量放大后放在动画中部显示，外圆仅显示叶片的运动位置。在动画中部用不同颜色的箭头线来表示叶片在不同位置的角度与相关矢量，见图4。 图4--达里厄风力机受力旋转原理动画截图观看达里厄风力机受力旋转原理示意动画 达里厄风力机受力旋转原理示意动画?? 达里厄风力机的工作特性前面分析图是理想状态，是在理想的叶尖速比与没有叶片阻力时的状态。叶片还会受到阻力，叶片推动风轮旋转的力是升力与阻力的合成力在叶片前进方向的分力，在叶片阻力较明显时阻力会明显影响风