常见风力发电机组的结构形式

一、常见风力发电机组的结构形式

(一)水平轴风力发电机

1．结构特点

风轮的旋转平面与风向垂直。叶片径向安置，垂直于旋转轴。主要机械部件都在机舱中。

(1)优点

1)风轮离地较高，随高度增加发电量增加。

2)叶片角度可以调节功率。

3)风轮叶片的叶形可以进行空气动力最佳设计，达到最高的风能利用率。

4)启动风速低，可自启动。

(2)缺点

1)主要机械部件在高空，拆卸大型部件时不方便。

2)与垂直轴风机比较，叶型设计及风轮制造较为复杂。

3)需要对风装置及调向装置，而垂直轴不需要对风装置。

4)质量大，材料消耗多，造价较高。

2．上风向与下风向

水平轴风力发电机可分为上风向和下风向两种结构形式。

上风向特点:风先通过风轮，再到达塔架。

下风向特点:有塔影效应，噪声大。

3．主轴、齿轮箱和发电机的相对位置

(1)紧凑型

结构特点:风轮直接与齿轮箱低速轴相连，结构较紧凑。

(2)长轴布置型

结构特点:风轮通过固定在机舱主框架的主轴，再与齿轮箱低速轴相连。

4．叶片数的选择

风力发电场的风力发电机通常有两片或三片叶片，叶尖速度50～70m/s，具有这样的叶尖速度，三叶片叶轮通常能够提供最佳效率，然而两叶片叶轮仅降低2%～3%效率。甚至可以使用单叶片叶轮，它带有平衡的重锤，其效率又降低一些，通常比两叶片叶轮低6%。尽管叶片少了，自然降低了叶片的费用，但这是有代价的，对于外形很均衡的叶片，叶片少的叶轮转速就要快些，这样就会导致叶尖噪声和腐蚀等问题。更多的人认为三叶片从审美的角度更令人满意。三叶片叶轮上的受力更平衡，轮毂可以简单些，而两叶片、单叶片叶轮的轮毂通常比较复杂，因为叶片扫过风时，速度是变的，为了限制力的波动，轮毂具有翘翘板的特性。翘翘板的轮毂，叶轮链接在轮毂上，允许叶轮在旋转平面内向后或向前倾斜几度。叶片的摆动运动，在每周旋转中会明显的减少由于阵风和剪切在叶片上产生的载荷。

理论上，减少叶片数提高风轮转速可以减小齿轮箱速比，减小齿轮箱的费用，叶片费用也有所降低，但采用1～2个叶片时，动态特性降低，产生振动。另外，转速较高时，噪声加大。一般风轮叶片数取决于风轮的尖速比λ。目前用于风力发电的风力发电机组一般属于高速风力发电机组，即λ为4～7，叶片数一般取2～3片。用于风力提水的风力发电机一般属于低速风力发电机，叶片数较多。叶片数多的风力发电机在低尖速比运行时有较低的风能利用系数，即有较大的转矩，而且启动风速亦低，因此适用于提水。而叶片数少的风力发电机组在高尖速比运行时有较高的风能利用系数，且启动风速较高。另外，叶片数目确定应与实度一起考虑，既要考虑风能利用系数，也要考虑启动性能，总之要以达到最多的发电量为目标。由于三叶片的风力发电机的运行和输出功率较平稳，目前风力发电机采用三叶片的较多。

(二)垂直轴风力发电机

1．结构特点

风轮叶片绕垂直于地面的轴旋转。

2．常见形式

常见的形式有达里厄型和H形。

3．优缺点

垂直轴风力发电机的主要机械部件在地面，部件维护较方便，但无法自启动，风轮接近地面，风能利用率较低，造价昂贵。