2 国内外风机研究现状
2.1 风力机概念
风力机是以风力作能源，将风力转化为机械恩能而做功的一种动力机。具体地讲风力机就是一种能截获流动的空气所具有的动能并将风轮叶片迎风扫掠面积内的一部分动能转化为有用机械能的装置。俗称风动机、风力发电机或风车。类似的动力机很多，如以汽油作燃烧的动力机称汽油机，以柴油作燃料的动力机称柴油机等。风力机这个名称流行比较普遍，大多数人都使用这个名称。
2.2风力机的分类
风轮轴平行或接近平行于水平的风力机称为水平轴风力机（图2.1）。
风轮轴垂直于水平面的风力机称为垂直轴风力机，也称为竖轴风力机或立式风力机，有时也称为转子式风力机（图2.2）。一般来说，水平轴风力机和垂直轴风力机的风轮结构和叶片形式很不相同。水平轴风力机较为常见。
图2.1 水平轴风力机 图2.2 垂直轴风力机
2.3 水平轴风力机
水平轴风力机是目前国内外研制最多,最常见的一种风力机，也是技术最成熟的一种风力机。其风轮叶片数一般为2～3叶，叶片形状一般为翼形，该风轮启动力矩较大，风能利用系数高。为使扫风面随时对风，需装有调向装置。下图表示了目前应用最广的各种不同迎风式水平轴风力机的示意图。
图2.3 水平轴风力机组类型
2.4 垂直轴风力机
垂直轴风力机叶轮的转动与风向无关,因此不需要像水平轴风力机那样采用迎风装置。图2.4为各种不同的垂直轴风力机的示意图。
图2.4 各种形式的垂直轴风力机
垂直轴风力机可分为两个主要类型，一类是是利用空气动力的阻力做功，典型的结构是S型风轮，它由两个轴线错开的半圆柱形组成，其优点是起动转矩较大，缺点是由于围绕着风轮产生不对称气流,从而对它产生侧向推力。对于较大型的风力机，由于受偏转与极限应力的限制，采用这种结构形式是比较困难的。另一类是利用翼型的升力做功，最典型的是达里厄(Darrieus)型风力机。达里厄风力机有多种形式，Φ型、H型、Y型和菱形。基本上是直叶片和弯叶片两种，以H型、Φ型风轮为典型。H型风轮结构简单，但这种结构造成的离心力使叶片在其连接点处产生严重的弯曲应力，另外，直叶片需要采用横杆或拉索支撑，这些支撑将产生气动阻力，降低效率；Φ型风轮看起来像是个巨型打蛋器，所采用的弯叶片只承受张力，不承受离心力荷载，从而使弯曲应力减至最小。由于材料所承受的张力比弯曲应力要强，所以对于相同的总强度，本文来自辣/文(论"文\网，
毕业论文 www.751com.cn 加7位QQ324~9114找原文Φ型叶片比较轻，且比直叶片可以以更高的速度运行。
垂直轴风电机组的风轮围绕一个与地面垂直的轴旋转，机组的运转与风向无关，故不需要对风驱动装置，同时，其变速箱、发电机、制动机构、控制装置都可安置于地面，使结构和安装大大简化，也便于文修。此外，垂直轴风力发电机组的叶片与轮毂的连接形式可以有多种选择，这样有利于改善叶片所受的载荷。
垂直轴机组的主要缺点是风能利用的系数低，目前最高只能达到0.3~0.35，而且由于风轮靠近地面，高度受到限制，可利用风能资源有限。此外，垂直轴风电机组还存在气动载荷和振动问题复杂、风轮难以自行起动、机组的机构文修比较困难等问题，因此，垂直轴风电机组未得到广泛应用。
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