新型螺旋垂直軸風力機的性能及結構優化

《農業工程學報》2017年第33卷第22期刊載了華北電力大學謝典、顧煜炯、楊宏宇、孫旺、耿直和王兵兵的論文——「一種螺旋型垂直軸風力機的氣動性能研究及結構參數優化」。該研究由國家海洋局海洋可再生能源專項資金項目（項目號：GHME2011BL01）等資助。

風電產業處於蓬勃發展時期。在小型風力機組中，垂直軸風力機因雜訊小、結構簡單、便於安裝維護等獨特的優勢，尤其適於城市、園區、農田等環境。但最常見的Ф型和H型垂直軸風力機，存在起動困難、運行過程中力矩波動、產生交變載荷等問題。在H型風力機基礎上，若將直葉片變成螺旋型葉片，則可有效克服以上諸多缺點。

通過控制變數法，該文對不同因素對風力機的風能利用效率等性能的影響規律進行研究分析，最終實現最優參數的獲取。

風力機的性能，主要包括風能利用效率、啟動風速和運行平穩性等，而影響這些性能的因素主要有風力機的葉片數目、葉片弦長、高徑比（即風力機的外輪廓高度和直徑的比值）。若將葉片變為螺旋型，則還要包括螺旋角因素。

結果表明，相較於常規的H型風力機，螺旋型風力機在整體性能上有所提升。因為葉片的扭轉，保證了葉片在風力機的整個旋轉面基本均勻分布，從而保證了風力機在運行過程中受力波動更小。

在此基礎上，對風力機的葉片數、弦長、高徑比等結構參數進行優化，使螺旋型風力機的風能利用效率有所提升、更容易起動、運行更平穩，綜合性能大大提升。其中，螺旋型風輪在直徑4 m、高 6 m，葉片數為3，弦長320 mm 時性能最優。

這些進步將使該種風力機技術得到更快發展，相信在不久的將來，這種風力機將會更廣泛地應用於我們的生活中。

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