叶片可摆动的升力型垂直轴风力机模型试验－新能源DIY园地


叶片可摆动的升力型垂直轴风力机的组装与试验
在上节“叶片可摆动的升力型垂直轴风力机模型部件制作”已经介绍了风轮架、叶片、塔架、底座的制作方法，本节介绍该风力机的组装与试验。
风力机模型的组装
图1是风轮架插入塔架的状态。
图1--垂直轴风力机模型的塔架与风轮架
为了限制叶片摆动的角度，在风轮支架上还要安装挡杆。在这个小模型上我们用直径1.5mm铁丝弯成挡杆，见图2。
图2--摆动叶片的挡杆
在风轮支架下方的叶片轴孔放置1或2个M3平垫圈（见图2），选光滑无毛刺的。把叶片插入风轮支架的轴孔中，见图3。注意：风轮支架不能夹住叶片，要与2mm左右的间隙，保证叶片的自由摆动。
图3--装好叶片的垂直轴风力机模型
调整挡杆位置，使风力机叶片双向摆动范围在25度左右（不超过30度）。图4是叶片后部向风轮内侧摆动，挡杆直接挡住叶片，限制了叶片的摆角。
图4--叶片向风轮内侧摆动
图5是叶片后部向风轮外侧摆动，挡杆挡住离心锤连接件，限制了叶片的摆角。
、图5-叶片向风轮外侧摆动
风力机模型的试验
给风力机模型加上负载，把三相微型发电机安装在塔架上，风轮轴上安装0.5模，80齿，孔径6mm塑料齿轮，发电机上安装0.5模20齿，孔径3mm塑料齿轮，两个齿轮相啮合。齿轮传动增速比为4。用6个整流二极管焊接成三相整流电路，连接到发电机输出端，见图6。
图6-微型发电机与全波整流器
一台叶片可摆动的升力型垂直轴风力机模型组装完成。为了对风力机模型进行试验，做一个风向标，见图7。风速测量采用华谊仪表的MS6252数字风速仪。
图7-风向标
在全波整流器的输出接了4个1W的LED灯珠，整个电路图见图8。
图8-风力发电机模型输出电路图
在所有转轴与孔之间加入润滑脂或润滑油。试验在室内进行，风力机与风向标均放在地上，风从一边打开的门吹进来，风向标摆在风力机前面，见图9。
图9-垂直轴风力机模型与风向标
这是一个风况非常恶劣的环境，从门吹进来的风速不稳定，在门后两边有漩涡，风向也很不稳定，波动很大，固定叶片的升力型垂直轴风力机在这样的风况下根本不能运行。塔架底座太小，加了木条增大面积，并用一个台钳压住，以减小振动。通过摄像机记录了风力机工作状况，下面是其中一段录像，请观看。
叶片可摆动的升力型垂直轴风力机模型转动录像

从录像中听到风力机模型旋转时噪声很大，主要是是齿轮噪声，是齿轮质量不好引起的。叶片可摆动的升力型垂直轴风力机模型在风速1.5m/s可启动运转，在风速2.5m/s进入升力运行，可发电。在风速4m/s至5m/s 时，风轮转速约6周/秒，微型发电机整流输出电压约6伏，4个1W的LED灯珠能够发出亮光。看到风向标不停摆动，有时幅度还很大，说明风力机模型能在风向风速极不稳定的情况下正常运行。把摄像机置于风力机模型上侧进行高速拍摄，从慢放的摄像中可以看到叶片在上风侧向风轮内侧偏摆，在下风侧向风轮外侧偏摆。由于叶片两侧是透空的，可能不是太清晰，请仔细观看，下面就是相关摄像。
高速摄像下的风力机叶片摆动
注意：风速不要超过6m/s，不能让转速升得太高，在转速为6周/秒时风轮叶片处的离心加速度是重力加速度的25倍，转速再升高时离心力可能损坏风力机。该模型仅为简单的实验模型，各转轴均无轴承，切勿长时间运行。

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