第五节 垂直轴风力发电机组结构

垂直轴风力发电机组的主要优点是结构简单，不用调向，并且增速器和发电机等可以置于地面上，便于安装和维护。但垂直轴风力发电机组不能自行起动，并且效率也不如水平轴风力发电机组高，因而，其发展受到了限制。

目前，国内外垂直轴风力发电机组常用的结构形式是达里厄和旋翼式两种。有的为了结构简单，又将旋翼式改为固定翼用在独立运行的小型风电机组上。

1.达里厄垂直轴风力发电机组的结构

达里厄垂直轴风力发电机组主要由叶片、垂直轴、增速器、制动器、发电机、塔架、拉线等组成。如图4-22所示。

图4-22 达里厄垂直轴风力发电机

1—上轴承座 2—拉线 3—叶片 4—风轮轴 5—下轴承及座 6—联轴器 7—制动器 8—联轴器 9—发电机 10—增速器 11—离合器 12—起动机 13—塔架 14—爬梯

美国和加拿大自20世纪80年代就开始研究达里厄风力发电机组。美国政府委托桑迪亚研究所（Sandia）研究垂直轴风力发电机组，加拿大主要是DAF研究所研制垂直轴风力发电机组。进入21世纪，很多国家都涉足了垂直轴风力发电机组的研制，也取得了一定的成果。

20世纪90年代，加拿大DAF研究所研制成功了50kW达里厄垂直轴风力发电机组和风轮直径24.4m的230kW的达里厄垂直轴风力发电机组。

达里厄垂直轴风力发电机组通常不能调速。如果风轮轴上端制造成花键轴，叶片上座内孔设有内花键，当风速超过额定风速时，叶片转速加快，叶片的离心力增大使叶片上座下移，减小叶片接受风能的面积，从而使叶片转速降低。叶片这样会保持在一定的转速范围内，达到调速的目的。笔者认为，只要设计计算合理，叶片的选材得当，热处理工艺合理，达里厄垂直轴风力发电机组可以获得调速功能。

图4-23 旋翼式垂直轴风力发电机

1—叶片 2—风轮轴 3—制动器 4—联轴器 5—增速器 6—发电机 7—支撑架 8—上支架 9—下支架

2.旋翼式垂直轴风力发电机组的结构及特点

早期的旋翼式垂直轴风力发电机组由上支架、叶片、风轮轴、下支架、叶片迎角改变器、下支架、增速器、联轴器、制动器、发电机和塔架等组成。现代的旋翼式垂直轴风力发电机组一般都省去了叶片迎角改变器，而保留了其余的结构。

旋翼式垂直轴风力发电机组的叶片是垂直于地面方向布置的，多数为4叶片。早期的叶片迎角改变器是为了改变迎角以获得更多的风能和减小叶片阻力，但结构复杂，也难以达到适合不同风速的迎角。现代的旋翼式垂直轴风力发电机组去掉了叶片迎角改变器，按最佳迎角固定叶片，如图4-23所示。因而出现了新的旋翼式垂直轴风力发电机组。

旋翼式垂直轴风力发电机组不能调速，当风速超过额定风速时往往容易飞车，通常用制动器对其限速或采用阻尼器进行限速，当达到切出风速时应进行制动。在叶片上安装气动调速板可以使旋翼式垂直轴风力发电机组具有调速功能。当旋翼在额定风速之内运行的，气动调速板不张开；当风速达到额定风速时气动调速板由于离心力的作用张开一定角度与回位弹簧相平衡，气动调速板对旋转的叶片形成阻力，风速越高，则板张开的越大，对叶片的阻力越大，从而达到调速的目的

旋翼式垂直轴风力发电机组不能自行起动。近年来人们在其垂直轴上安装垂直布置的索旺尼斯叶片，使其能自动起动，并提高了旋翼式垂直轴风力发电机组的效率。