涨知识 | 平板摆转式风力机

电力专家联盟2018-05-15 04:48:39

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接上篇:屏障平板式风力机

 一个垂直于风向的平板会受到一个与风向相同的力,我们称这个力为阻力。平板摆转式风力机是利用风的阻力做功的风力机。

图1左图是平板摆转式风力机的叶片,在叶片一边有叶片轴,把6个叶片装在风轮支架上,叶片可绕叶片轴旋转,在风轮支架上有挡杆限止叶片的转动角度。风轮支架中心是风轮轴,图1右图。

图1--平板摆转式风力机的叶片与风轮


我们用一段动画来演示平板摆转式风力机的工作原理,图2是动画的截图。当风吹向风叶转子时,在上侧的叶片顺风摆动,对风不产生阻力;在下侧的叶片在风力作用下,转向挡杆限定的位置,并继续受到风力的作用,于是风轮就旋转起来。

图3--平板摆转式风轮旋转原理图


平板摆转式风力机是垂直轴风力机,叶片转子的轴垂直于地面安装,由于风叶转子结构的对称性,各个方向的风力均可推动它旋转,见图3。

图3--平板摆转式风力机


叶片再轻也有一定的质量,风轮旋转时,叶片受离心力作用会向外摆,使逆向叶片不能完全顺风,会增加阻力,所以要使叶片轴两侧的质量尽量平衡。如果把叶片的轴设在靠叶片中部的位置(不能在中部),如图4所示。靠叶片中部的轴使叶片平衡容易解决,还可减缓叶片的摆速以减小对挡杆的冲击。但摆速减慢可能会增加阻力,要适当选择位置平衡利弊。

图4--转轴靠叶片中部的摆转式风轮


平板摆转式风力机在较低风速时也能旋转,能较好的利用风的阻力,在阻力型风力机中效率算高的,在叶尖速比λ值为0.2至0.6时出力最大,增速箱与发电机可安装在地面,方便安装维护。机械磨损与噪声是平板摆转式风力机的缺点,但随着材料与结构的改进,可在中小型风力机中得到应用。

在中国古代就有了平板摆转式风力机,称为中国立轴式大风车,直到上世纪50年代还在广泛应用。

摆转式风力机的式样较多,下面介绍一种把叶片轴水平安装的摆转式风力机。这个模型有4个叶片,每个叶片有叶片轴,叶片轴偏向叶片的一边,2个叶片共用一根轴,2个叶片相对轴成90度角,图5是叶片01与叶片02组成的叶片组01。

图5--叶片轴水平安装摆转式风力机叶片


叶片03与叶片04组成的叶片组02,两个叶片组的轴与地面平行,互相成90度角。为避免两个轴交叉,叶片组02比叶片组01略高一些。两个叶片组的轴都穿过风轮轮毂,叶片可以绕叶片轴转动,风轮轴垂直于地面,见图6。

图中为无风时风轮静止状态,叶片距轴宽的一边由于重力垂向下方(约45度夹角)。叶片轴有叶片转动角度限制挡块(图中没有显示),限制叶片在垂直与水平间的90度范围内摆动。

图6--叶片轴水平安装摆转式风力机


用一个动画来演示相关动作,图7是动画中的一幅截图,有风时,在风轮轴后侧的叶片在风力作用下摆向水平,阻力很小;在风轮轴前侧的叶片由于挡块限制在垂直状态,承受的风阻力大,于是风轮就旋转了。

图7--叶片轴水平安装的摆转式风力机工作原理



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