风力涡轮机是一种采用风能做动力的涡轮机。美国马萨诸塞州威尔布拉汉的某航空航天研究机构已经研发了一种风力涡轮机,其发电时的成本仅为常规涡轮机的一半。

1.风力涡轮机结构

 

(1)塔架

风力涡轮机最值得注意的部件之一是其高大的塔架。人们通常所见的是一个高度超过200英尺的塔式风力涡轮机。而这并没有考虑叶片的高度。风力涡轮机叶片的高度在塔架的基础上很容易地将风力涡轮机的总高度再增加100英尺。

(2)发动机舱

在塔顶上,人们会进入发动机舱,这是一个流线型外壳,内置风力涡轮机内部组件。机舱外观像一个方形盒子,并且位于塔架的顶端。

机舱为风力涡轮机的重要内部部件提供保护。这些部件将包括发电机、变速箱和低速和高速轴。

(3)叶片/转子

可以说,风力涡轮机中最引人注目的部件是其叶片。风力涡轮机叶片的长度可超过100英尺,人们经常会发现商用风力涡轮机上安装三个叶片,构成转子。

风力涡轮机的叶片采用空气动力学的设计,以便它们能够更容易地利用风能。当风吹动时,风力涡轮机叶片将开始转动,提供在发电机内产生电力所需的动能。

(4)风速计和风向标

风力涡轮机的其他外部部件包括风速计和风向标。人们在远处并不容易在商用风力涡轮机上发现这些组件,因为它们与涡轮机相比尺寸相对较小。

风速计和风向标通常安装在机舱的后部,用于测量当前的风速和风向。然后可以将该数据馈送到风力涡轮机内部控制系统,该系统然后可以调节涡轮机的偏航角度和叶片的桨距,以便最大化其效率。应该注意的是,并非所有商用风力涡轮机都具有偏航和俯仰机构。

风力涡轮机结构

(图片来源于互联网)

 

2.风力涡轮机的工作原理

 

通常情况下,当风通过涡轮机,几乎有一半的空气被迫停留在叶片周围,而不是通过它们,这些风中的能量就丢失了。传统的风力涡轮机最多只能利用59.3%的风能,这个值被称为贝兹极限(Betzlimit)。

风力涡轮机,借鉴喷气发动机技术的设计克服了存在于传统风力涡轮机的一个基本缺陷。风力涡轮机的叶片周围罩上遮蔽物,引导空气通过叶片并使其加速,这增加了电力产量。

风力涡轮机就像喷气发动机的进气口。当空气进入时,首先会遇到一套固定的叶片,被称为定子,它能把空气引导进一套可转动的叶片--转子。空气推动转子并出现在另一边,此时空气流动的速度比在涡轮机外流动的速度更慢。遮蔽物做成合适的形状,以便其引导在外面相对流动较快的空气进入转子后面的区域。快速流动的空气加速缓慢移动的空气,使涡轮机叶片后的区域变成低气压,以吸纳更多的空气通过它们。

风力涡轮机的工作原理

(图片来源于互联网)

 

3.风力涡轮机的特点

 

遮蔽风力涡轮机叶片的主意并不是新的,早期的设计都太大以至于无法付诸实践,或者性能不好,部分原因是因为叶片必须排列地非常紧密来对准风向在30或40之间。新的叶片更小,在工作时偏离风向的角度能够达到150~200。

风力涡轮机的特点

(图片来源于互联网)