不同类型的风力机

实现将风能转化为电能的装置是风力发电机组。风力发电机组的单机容量由几十瓦到几兆瓦不等，按照容量大小可将风力发电机组分为大型（100kW以上）、中型（10～100kW）、小型（1～10kW）和微型（50～1000W）；按照风轮结构及其旋转轴相对于气流的位置又可分为水平轴风力机和垂直轴风力机，其中旋转轴与气流平行的为水平轴风力机，与气流垂直的为垂直轴风力机。

图1-6　水平轴风力机结构体系示意图

1—叶片；2—轮毂；3—机舱；4—叶轮轴与主轴连接件；5—主轴；6—齿轮箱；7—刹车机构；8—联轴器；9—发电机；10—散热器；11—冷却风扇；12—风速仪与风向标；13—控制系统；14—液压系统；15—偏航驱动；16—偏航轴承；17—机舱盖；18—塔架；19—变桨距系统

1.水平轴风力机

水平轴风力机一般由叶片、轮毂、机舱、叶轮轴与主轴连接件、主轴、齿轮箱、刹车机构、联轴器、发电机、散热器、冷却风扇、风速仪与风向标、控制系统等部件所组成，水平轴风力机结构体系示意图如图1-6所示。叶片安装在轮毂上组成风轮，其作用是将风能转换为机械能，低速转动的风轮由增速齿轮箱增速后，将动力传递给发电机。齿轮箱与发电机都布置在机舱里，机舱由塔架支撑。为了有效地利用风能，偏航装置根据风向传感器测得的风向信号，由控制器控制偏航电机，驱动与塔架上大齿轮啮合的小齿轮转动，使风轮始终正对风向。由于齿轮箱在兆瓦级风力机中损坏率较高，国外研制出了直驱型风力机，这种风力机采用风轮与多级异步电机直接连接并进行驱动的方式，避免使用齿轮箱。(www.xing528.com)

图1-7　垂直轴风力机结构体系示意图

1—叶片；2—水平支撑杆；3—斜支撑杆；4—轴套；5—塔架；6—基座；7—机房；8—传动轴；9—发电机；10—刹车装置；11—电器柜

2.垂直轴风力机

垂直轴风力机一般由叶片、支撑杆、轴套、塔架、基座、机房、传动轴、发电机、刹车装置、电器柜等部件组成，垂直轴风力机结构体系示意图如图1-7所示。叶片截面一般采用NACA 00XX系列对称翼型，叶片通过水平支撑杆与转子中心支柱连接。转子中心支柱一般为薄壁圆筒钢管，部分采用三菱柱桁架结构。刹车装置、变速箱与发电机可安装在地面，结构稳定性好，便于维修。

实践表明，与水平轴风力机相比，垂直轴风力机单位千瓦的投资成本可下降50%左右，且维护费用低、检修简单、寿命更长。由于研究不足，一段时间内人们普遍认为垂直轴风力机风能利用率低于水平轴风力机，因此垂直轴风力机不被重视。后经大量的试验和计算表明垂直轴风力机实际风能利用率可达0.4以上，与水平轴风力机相当。因此，发展垂直轴风力机发电技术可有效降低风电成本，对风电行业的发展具有重大意义。