垂直轴风力机的分类

一、垂直轴风力机的分类

垂直轴风力机主要有两种类型：阻力型和升力型。

1.阻力型垂直轴风力机

阻力型垂直轴风力机主要利用空气对叶片的阻力来推动风轮旋转做功，其类型包括风杯型、S形、涡流型和萨渥纽斯型等，如图4-40所示。

这些阻力型垂直轴风力机多由风杯等形状的构成要素组成，利用风推动其凸凹两侧的阻力不同而产生旋转力矩来工作。当前被广泛应用的阻力型垂直轴风力机是萨渥纽斯型风力机。设计良好的萨渥纽斯型风力机在低风速时能获得很好的功率输出。但是同其他阻力型垂直轴风力机一样，萨渥纽斯型风力机的叶片在逆风区时会产生较大的反向力，降低转动轴的总力矩，故其能量利用率较低，能量利用率最大仅能达到0.3左右。因此，萨渥纽斯型风力机通常只适合于小型垂直轴风力发电机组，用来给抽水设备等供电。

2.升力型垂直轴风力机

升力型垂直轴风力机主要是利用翼型的升力作为主要旋转力矩来工作的，其主要采用飞机机翼翼型断面的形状。这类风力机主要包括直线翼型和达里厄型等，如图4-41所示。(https://www.daowen.com)

达里厄型风力机的叶片采用Troposkien曲线（如图4-42所示，其中R为叶轮的半径，H0为叶轮的半高）的形状，其特点是叶片类似于一根两端固定的柔性绳索，不计重力时，在离心力的作用下自然形成弯曲形状，故叶片主要承受展向张力，极大地减小了弯曲应力。

加拿大魁北克安装的一台直径为64 m、高96 m的达里厄型风力机Eole，其额定功率为4MW，如图4-43所示。

升力型垂直轴风力机的风轮有多种形式，例如图4-44所示的Φ形、H形、△形、Y形和菱形等，基本上是直叶片和弯叶片两种，以H形风轮和Φ形风轮最为典型。叶片具翼型剖面，空气绕叶片流动，产生的合力形成转矩。H形风轮结构简单，但这种结构造成的离心力使叶片在其连接点处产生较大的弯曲应力。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，会降低效率。Φ形风轮所采用的弯叶片只承受张力，不承受离心力，从而可使弯曲应力减至最小。由于材料可承受的张力比弯曲应力大，所以对于相同的总强度，Φ形叶片比较轻，且可以比直叶片以更高的速度运行。但对于高度和直径相同的风轮，Φ形转子比H形转子的扫掠面积要小一些。