升力型垂直轴风力发电机

1931年达里厄发明的机器
大中型风电主要采用水平轴风力机,属升力型风力机,具有转速高、风的利用率较高的优点,其叶尖速比通常在4以上,转速高,最大功率系数可达50%。垂直轴风力机也有升力型风力机,法国航空工程师达里厄(Darrieus)在1931年发明了升力型垂直轴风力机,后人习惯把升力型垂直轴风力机统称为达里厄风力机(D式风力机)。

工作原理

在下面图中列举了从0度到315度八个位置的叶片,风从左边进入,浅蓝色的矢量v是风速、绿色的矢量u是叶片圆周运动的线速度反向(即无风时叶片感受到的气流速度)、蓝色的矢量w是叶片感受到的合成气流速度(即相对风速)、紫色的矢量L是叶片受到的升力
我们分析一下叶片在这八个角度的受力情况,在90度与270度的位置,相对风速不产生升力,在其它六个位置上叶片受到的升力均能在运动方向产生转矩力,这也是达里厄风力机能在风力下旋转的道理。
实际上情况要复杂得多,前面分析图是理想状态,是在理想的叶尖速比与没有叶片的阻力时的状态。叶片推动风轮旋转的转矩力是升力与阻力的合成力在叶片前进方向的分力。我们取315度时的情况分析一下有阻力的情况,图中黑色的矢量D为叶片受到的阻力,棕色的矢量F是升力L与阻力D的合成力,该力在叶片前进方向的分力M才是实际的转矩力,显然此时的转矩力明显小于理想状况。