屏障平板式风力机

Barrier Plate Wind Turbine

一个垂直于风向的平板会受到一个与风向相同的力,我们称这个力为阻力。屏障平板式风力机就是利用风的阻力做功的风力机。

据说三千年前的古波斯就有了用于抽水或碾米的风车,见图1。上面部分是风车,下面房内是碾米或抽水的机械。

古波斯风车

图1--古波斯风车

古波斯风车属于屏障平板式风力机。图2左图是一个屏障平板式风力机的叶片转子(风轮),在转轴上分布着六个平板叶片,风轮转轴与地面垂直。当风吹向风叶转子时,转子并不会旋转,因为风在转子两侧的阻力相同,见图2右图。

平板叶片风轮在无屏障时风轮不会旋转

图2--平板叶片风轮在无屏障时风轮不会旋转

如果在轴的一侧装上挡风的屏障,见图3左图。在挡风屏障一侧的风将绕屏障外面通过,不对叶片产生推力;而另一侧接受风的推力,叶片转子就会旋转。见图3右图。

安装挡风屏障的平板叶片风轮在风作用下会旋转

图3--安装挡风屏障的平板叶片风轮在风作用下会旋转  
下面是用屏障遮挡风轮一侧的风后风轮旋转的动画,动画格式: .mp4,分辨率:800x480。
风轮一侧被屏障遮挡后旋转的3D动画

再回头看图1,古波斯风车的屏障是用转砌成的,图4是两台风车结构的平面示意图,蓝色是风轮,棕色是砖砌的屏障与围墙,由于屏障是固定的,只能接受固定方向的来风。

古波斯风车平面示意图

图4—古波斯风车平面示意图

当风向变化时,为了保证屏障总在转子逆风一面,屏障必须是可绕轴旋转的。

在屏障后侧装上尾舵。安有尾舵的屏障可保证在任何风向下叶片转子都朝一个方向旋转,见图5。

有尾舵的屏障平板式风力机在不同风向作用下都可旋转

图5--有尾舵的屏障平板式风力机在不同风向作用下都可旋转

屏障平板式风力机

图6--屏障平板式风力机
 

 

叶片转子的轴垂直于地面安装,属于垂直轴风力机,结构简单,维护方便,见图6。

风力机叶片可以是平板,也可以是别的形状,图7中屏障式风力机的叶片是圆弧面的。

 

圆弧面叶片屏障平板式风力机

图7--圆弧面叶片屏障平板式风力机
 

屏障平板式风力机对风的利用效率不高,在叶尖速比λ值为0.2至0.6时出力最大。由于结构简单,增速箱与发电机可安装在地面,方便安装维护,适合在小型风电应用。

请观看屏障平板式风力机模型的运转3D动画。动画格式: .mp4,分辨率:800x600。

 
屏障平板式风力机运转3D动画

 
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