風力發(fā)電機的分類總結

一、首先，風力發(fā)電機分類有許多種。

國內外風力機的結構形式繁多，從不同的角度有多種分類方法：

①(按風輪軸與地面的相對位置，分為水平軸式風力機和垂直軸（立軸）式風力機。

②按葉片工作原理，分為升力型風力機和阻力型風力機。

③按風力機的用途分類，有風力發(fā)電機、風力提水機、風力鍘草機、風力脫谷機等。

④按風輪葉片的葉尖線速度與吹來的風速之比的大小來分，有高速風力機（比值大于3）和低速風力機（比值小于3）；也有把該比值2～5者稱為中速風力機。

⑤按風機容量大小分類：國際上通常將風力機組分為小型（100KW以下）、中型（100～1000KW）和大型（1000KW以上）3種；

我國則分成微型（1KW以下）、小型（1～10KW）、中型（10～100KW）和大型（100KW以上）4種；也有的將1000KW以上的風機稱為巨型風力機。

⑥按風輪的葉片數量，分單葉片、雙葉片、三葉片、四葉片及多葉片式風力機。

二、又因為葉片工作原理不同，水平軸和垂直軸風力發(fā)電機又可細分為：升力型水平軸風力發(fā)電機，阻力型水平軸風力發(fā)電機；升力型垂直軸風力發(fā)電機，阻力型垂直軸風力發(fā)電機。

以下就是各種風力發(fā)電機的種類和特征概述：

1、風力機的種類及特征：垂直軸風力機

(1)槳葉式風力機槳葉式風力機是一種阻力型風力機，因它的葉片形狀而得名。這種風力機的關鍵集中在如何減少逆風方向葉片的阻力，對此有許多設計方案。使用遮風板的，也有改變迎風角的，不過槳葉式風力機的效率很低，除了在日本局部地區(qū)曾經使用過外，實際上幾乎沒有制造和使用的實例。一般來說，這種風力機歸類為垂直軸型，但是也有把它設計成水平軸的。

(2)薩布紐斯式風力機薩布紐斯式風力機是20年代發(fā)明的垂直軸風力機，它以發(fā)明者薩布紐斯的名字命名(我國有時稱它為S型風力機)。這種風力機通常由兩枚半圓筒形的葉片所構成，也有用三一四枚的。這種風力機往往上下重疊多層。效率最大不超過10％，能產生很大的扭矩。在發(fā)展中國家有人用它來提水、發(fā)電等。是一種傳統的阻力型風力發(fā)電機。

(3)達里厄型風力機達里厄風力機是一種新開發(fā)的垂直軸式風力機，以法國發(fā)明者達里厄的名字命名，下圖為普通的Φ形達里厄風力機和特殊的Δ形達里厄風力機。其葉片多為23枚。該風力機回轉時與風向無關，是升力型的。它裝置簡單，成本也比較便宜，但起動性能差，因此也有人把這種風力機和一部薩布紐斯風力機組合在一起使用。

(4)旋轉渦輪式風力機垂直軸升力型旋轉渦輪式風力機，這種風力杉L垂直安裝34枚對稱翼形的葉片。它有使葉片自動保持最佳攻角的機構。因此結構復雜價格也較高，但它能改變槳距、起動性能好、能保持一定的轉速，效率極高。這種風機也有把同樣的葉片固定安裝的形式。

(5)弗來納式風力機在氣流中回轉的圓筒或球，可以使該物體的周圍的壓力發(fā)生變化而產生升力。這種現象叫馬格努斯效應，利用這個效應的發(fā)電裝置叫弗來納式風力發(fā)電裝置。在大的圓形軌道上移動的小車上裝上回轉的圓筒，由風力驅動小車，用裝在小車軸上的發(fā)電機發(fā)電。這種裝置，是1931年由美國的J馬達拉斯發(fā)明的，并實際制造了重15噸、高27米的巨大模型進行了實驗。這個實驗的詳細情況不清，但時間很短便中止了�，F在弗來納式風力機裝置又受到重視，美國的笛頓大學在重新進行開發(fā)和試驗。

(6)費特肖奈達式風力機這種風力機是由德國費特公司的工程師肖奈達發(fā)明的，費特肖奈達螺旋槳垂直地安裝在船底下部作為船的推進器。推進器圓周的葉片，在刁；同的位置上能夠改變方向，因隨著葉片的角度和回轉速度不同，其升力的大小和方向也不同，所以可以不用舵。把這種費特，肖奈達葉片上下相對可制成風力機(如下圖)，其工作原理和旋轉渦輪式風力機相類似。

2、風力機的種類及特征:水平軸風力機

（1）螺旋槳式風力機

作為風力發(fā)電使用最多的是螺旋槳式風力機.常見的是雙葉片和三葉片風力機,但也有一片或四片以上的風力機.這種風力機的翼形與飛機翼形相類似,為了提高起動性能,盡量減少空氣動力損失,多采用葉根強度高、葉尖強度低帶有螺旋角的結構.螺旋槳式風力機,至少也要達到額定風速,才能輸出額定功率,為了使風向正對風輪臥回轉平面,需要進行方向控制.

（2）荷蘭式風力機

歐洲(特別是荷蘭和比利時)使用的荷蘭式風力機.現有900臺左右,一部分作為游覽用在運行,大型的有直徑超過20米的機組.

（3）多翼式風力機

多翼式風力機在美國的中、西部的牧場大部分用來提水.19世紀來有數百萬臺.多翼式風力機裝有20枚左右的葉片,是典型的低轉速大扭矩風力機,目前不僅在美國使用,在墨西哥、澳大利亞、阿根廷、南美等地也有相當的數量在使用,也是多翼式的風力機,它是美國風力渦輪公司最近研究的自行車車輪式風力機,48枚中空的葉片做放射狀配置,性能比過去的多翼式風力機大有提高.用來發(fā)電的發(fā)電機用皮帶或齒圈傳動.

（4）帆翼式風力機

布制帆翼式風力機在地中海沿岸及島嶼有很長的歷史,大型的有直徑10米、20枚葉片的,但大多數為直徑4米、68枚葉片.絕大部分用來提水,一小部分用來磨面.下圖是美國普林斯頓大學研究的新風力機葉片.這種葉片看起來象是木質的整體,但實際上前緣用金屬管,后緣使用的是綱索,葉片的主體部分用帆布制成.因此,它的重量很輕,性能與剛體螺旋槳沒有什么兩樣,而且通過加在葉尖上的配重也可以控制槳距進行調速.

（5）渦輪式風力機

輪式風力發(fā)電機和燃氣渦輪、蒸汽渦輪一樣由靜葉片(定子)和動葉片(轉子)構成,這種風力機尤其適用于強風地區(qū).下圖是日本大學粟野教授研制并在南極使用的渦輪式風力發(fā)電裝置,它可耐南極40-50米/秒的大風雪,制造得極其堅固并采用軸流渦輪方式以取得高效率.

（6）多風輪式風力機

這是美國的W.畢羅尼瑪斯提出的一種設想,他把許多風輪安裝在一個塔架上,整個機組在海上漂浮,使用由許多風輪組成的發(fā)電設備.這種設備,因為設置在海上,所以把發(fā)出的電力用于電解海水,貯存氫氣和氧氣.不過這種風力機目前還處于設想階段.

擴展閱讀：風力發(fā)電機的分類及各自特點總結

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風力發(fā)電機的分類及各自特點總結

風力發(fā)電機組的分類及各自特點風力發(fā)電機組主要由兩大部分組成：

風力機部分——它將風能轉換為機械能；

發(fā)電機部分——它將機械能轉換為電能。

根據風機這兩大部分采用的不同結構類型、以及它們分別采用的技術方案的不同特征，再加上它們的不同組合，風力發(fā)電機組可以有多種多樣的分類。

(1)如依風機旋轉主軸的方向（即主軸與地面相對位置）分類，可分為：

“水平軸式風機”——轉動軸與地面平行，葉輪需隨風向變化而調整位置；

“垂直軸式風機”——轉動軸與地面垂直，設計較簡單，葉輪不必隨風向改變而調整方向。

(2)按照槳葉受力方式可分成“升力型風機”或“阻力型風機”。

(3)按照槳葉數量分類可分為“單葉片”“雙葉片”“三葉片”和“多葉片”型風機；葉片的數目由很多因素決定，其中包括空氣動力效率、復雜度、成本、噪音、美學要求等等。

大型風力發(fā)電機可由1、2或者3片葉片構成。

葉片較少的風力發(fā)電機通常需要更高的轉速以提取風中的能量，因此噪音比較大。而如果葉片太多，它們之間會相互作用而降低系統效率。目前3葉片風電機是主流。從美學角度上看，3葉片的風電機看上去較為平衡和美觀。

(4)按照風機接受風的方向分類，則有“上風向型”——葉輪正面迎著風向（即在塔架的前面迎風旋轉）和“下風向型”——葉輪背順著風向，兩種類型。

上風向風機一般需要有某種調向裝置來保持葉輪迎風。

而下風向風機則能夠自動對準風向,從而免除了調向裝置。但對于下風向風機,由于一部分空氣通過塔架后再吹向葉輪,這樣,塔架就干擾了流過葉片的氣流而形成所謂塔影效應,使性能有所降低。

(5)按照功率傳遞的機械連接方式的不同，可分為“有齒輪箱型風機”和無齒輪箱的“直驅型風機”。

有齒輪箱型風機的槳葉通過齒輪箱及其高速軸及萬能彈性聯軸節(jié)將轉矩傳遞到發(fā)電機的傳動軸,聯軸節(jié)具有很好的吸收阻尼和震動的特性，可吸收適量的徑向、軸向和一定角度的偏移，并且聯軸器可阻止機械裝置的過載。

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而直驅型風機則另辟蹊徑，配合采用了多項先進技術，槳葉的轉矩可以不通過齒輪箱增速而直接傳遞到發(fā)電機的傳動軸，使風機發(fā)出的電能同樣能并網輸出。這樣的設計簡化了裝置的結構，減少了故障幾率，優(yōu)點很多，現多用于大型機組上。

(6)根據按槳葉接受風能的功率調節(jié)方式可分為：

“定槳距（失速型）機組”——槳葉與輪轂的連接是固定的。當風速變化時，槳葉的迎風角度不能隨之變化。由于定槳距（失速型）機組結構簡單、性能可靠，在20年來的風能開發(fā)利用中一直占據主導地位。

“變槳距機組”——葉片可以繞葉片中心軸旋轉，使葉片攻角可在一定范圍內（一般0－90度）調節(jié)變化，其性能比定槳距型提高許多，但結構也趨于復雜，現多用于大型機組上。

(7)按照葉輪轉速是否恒定可分為：

“恒速風力發(fā)電機組”——設計簡單可靠，造價低，維護量少，直接并網；缺點是：氣動效率低，結構載荷高，給電網造成電網波動，從電網吸收無功功率。

“變速風力發(fā)電機組”——氣動效率高，機械應力小，功率波動小，成本效率高，支撐結構輕。缺點是：功率對電壓降敏感，電氣設備的價格較高，維護量大。現常用于大容量的主力機型。

(8)根據風力發(fā)電機組的發(fā)電機類型分類，可分為兩大類：

“異步發(fā)電機型”“同步發(fā)電機型”

只要選用適當的變流裝置，它們都可以用于變速運行風機。

異步發(fā)電機按其轉子結構不同又可分為：

(a)籠型異步發(fā)電機——轉子為籠型。由于結構簡單可靠、廉價、易于接入電網，而在小、中型機組中得到大量的使用；

(b)繞線式雙饋異步發(fā)電機——轉子為線繞型。定子與電網直接連接輸送電能，同時繞線式轉子也經過變頻器控制向電網輸送有功或無功功率。

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