2、升力型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)翼型調(diào)節(jié)的方式

　　在水平軸風(fēng)力機(jī)中采用變漿距角的方法來適應(yīng)風(fēng)速的變化、調(diào)節(jié)風(fēng)速與負(fù)荷間的關(guān)系，在垂直軸風(fēng)力機(jī)中通過改變翼型也可改善運(yùn)行性能。下面淺析幾種控制翼型的方法及優(yōu)缺點(diǎn)：

　　1）按程序指定的角度來改變?nèi)~片的角度

　　用微處理機(jī)來控制葉片的角度是最好的方法，不過本文不討論用微處理機(jī)控制的方式只討論用最簡(jiǎn)單的機(jī)械方法控制葉片的角度。

　　采用凸輪推桿或偏心輪調(diào)整葉片攻角，在葉片長(zhǎng)度方向有葉片轉(zhuǎn)軸，葉片通過葉片轉(zhuǎn)軸安裝在風(fēng)輪的葉片支架上，有連桿拉動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，連桿受凸輪或偏心輪的控制，還裝有對(duì)風(fēng)裝置使凸輪受風(fēng)向控制，凸輪是按設(shè)定的控制規(guī)律來設(shè)計(jì)，使葉片運(yùn)轉(zhuǎn)到不同的位置轉(zhuǎn)向預(yù)定的角度。

　　這種風(fēng)力機(jī)能自起動(dòng)，能在較寬的風(fēng)速范圍內(nèi)工作。

　　缺點(diǎn)是：由于葉片在各個(gè)位置上的轉(zhuǎn)角相對(duì)于風(fēng)向是固定的，與風(fēng)速無關(guān)，故僅對(duì)設(shè)計(jì)的風(fēng)速有高的轉(zhuǎn)換效率，在其它風(fēng)速時(shí)，葉片攻角并不一定最佳，在正常工作時(shí)葉片應(yīng)基本不擺動(dòng)，故這種固定的擺動(dòng)規(guī)律是無法在較寬的風(fēng)速的得到大的轉(zhuǎn)換效率。

　　結(jié)構(gòu)上的缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機(jī)械磨損大，不適合惡劣環(huán)境運(yùn)行，噪聲也大。

　　2）利用風(fēng)力與擋塊控制葉片的角度

　　靠風(fēng)力直接推動(dòng)葉片擺動(dòng)，用擋桿限制擺動(dòng)角度。在葉片長(zhǎng)度方向有葉片轉(zhuǎn)軸，葉片轉(zhuǎn)軸位置在葉片的壓力中心前側(cè)（標(biāo)準(zhǔn)的常用翼型正常運(yùn)行時(shí)壓力中心在離葉片前緣1/4葉片弦長(zhǎng)位置），葉片通過葉片轉(zhuǎn)軸安裝在風(fēng)輪的葉片支架上，葉片可繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。葉片轉(zhuǎn)軸設(shè)在離葉片前緣1/4葉片弦長(zhǎng)前的位置，可保證葉片在任何角度風(fēng)對(duì)葉片的作用力合力的作用點(diǎn)在轉(zhuǎn)軸的后方，能使葉片隨風(fēng)擺動(dòng)。在支架上還有擋桿限制葉片擺動(dòng)的角度，圖4是其結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4利用風(fēng)力與擋塊控制葉片的擺動(dòng)角度

　　圖5是葉片受風(fēng)力作用下葉片擺動(dòng)的示意圖，葉片隨風(fēng)擺動(dòng)可使風(fēng)力機(jī)在較低的風(fēng)速下也能較好的工作，葉片旋轉(zhuǎn)至風(fēng)輪向風(fēng)側(cè)時(shí)，葉片向風(fēng)輪內(nèi)側(cè)偏擺，葉片旋轉(zhuǎn)至風(fēng)輪背風(fēng)側(cè)時(shí)，葉片向風(fēng)輪外側(cè)偏擺，均能形成較大的轉(zhuǎn)矩力，圖中葉尖速比約為2，左方是葉片旋轉(zhuǎn)至風(fēng)輪向風(fēng)側(cè)時(shí)受力狀況，右方是葉片旋轉(zhuǎn)至風(fēng)輪背風(fēng)側(cè)時(shí)受力狀況。

圖5葉片受風(fēng)力作用擺動(dòng)示意圖

　　這種方式優(yōu)點(diǎn)是風(fēng)力機(jī)能夠自起動(dòng)，而且在低風(fēng)速到較高的風(fēng)速下都能工作。

　　缺點(diǎn)是葉片運(yùn)行至90度或270度附近的區(qū)域時(shí)，葉片擺至兩側(cè)擋桿間的位置，處于順風(fēng)位置，沒有升力僅有阻力。而且隨葉尖速比的增加，葉片處于順風(fēng)的區(qū)域加大；如果葉片可擺動(dòng)的范圍是±15度，葉片的最高葉尖速比就不會(huì)超過4，因?yàn)槿~尖速比超過4時(shí)，葉片在風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)整周都處于順風(fēng)位置，沒有升力僅有阻力，即使沒有負(fù)荷，轉(zhuǎn)速也不會(huì)增加。所以葉片可擺動(dòng)的范圍若超過±15度時(shí)風(fēng)力機(jī)風(fēng)能利用效率會(huì)明顯降低，若葉片可擺動(dòng)的范圍小于±15度時(shí)風(fēng)力機(jī)自起動(dòng)能力會(huì)很差。

　　從結(jié)構(gòu)上看優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)副最少，加工安裝維護(hù)容易。缺點(diǎn)是頻繁撞擊擋塊易造成構(gòu)件損傷、噪聲也大。

　　3）利用風(fēng)力與離心擋塊控制葉片的角度方案一

　　在轉(zhuǎn)速增高時(shí)減小葉片的擺動(dòng)角度，可適應(yīng)較寬的風(fēng)速范圍，運(yùn)行到較高的葉尖速比，下面是一種控制偏擺角度的方式：

　　葉片的轉(zhuǎn)軸與安裝與2小節(jié)相同。在葉片上固定有擺桿，離心滑動(dòng)擋塊可沿支架軸線滑動(dòng)，并通過彈簧與支架連接，圖6左圖為其結(jié)構(gòu)示意圖。葉片擺動(dòng)時(shí)擺桿在離心滑動(dòng)擋塊的V型口內(nèi)擺動(dòng)，V型口的邊沿將限制葉片的擺動(dòng)角度。

　　當(dāng)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，離心滑動(dòng)擋塊受離心力作用向風(fēng)輪外側(cè)移動(dòng)，移動(dòng)量隨轉(zhuǎn)速增高加大。在風(fēng)輪轉(zhuǎn)速低時(shí)檔桿在V型口上端，葉片有較大的擺動(dòng)幅度，見圖6中部圖；在風(fēng)輪轉(zhuǎn)速升高時(shí)檔桿在V型口底部，葉片可擺動(dòng)幅度較小，見圖6右部圖。

圖6利用V形離心滑動(dòng)擋塊控制葉片的擺動(dòng)角度

　　這種控?cái)[方式的優(yōu)點(diǎn)是：風(fēng)力機(jī)可自起動(dòng)，在未達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，如葉尖速比在2時(shí)也會(huì)有功率輸出，在達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，葉片不擺動(dòng)，可運(yùn)行到較高的葉尖速比。

　　缺點(diǎn)是：葉片仍然是在一個(gè)限位區(qū)間內(nèi)擺動(dòng)，該區(qū)間隨轉(zhuǎn)速增加而減小，也就是說當(dāng)轉(zhuǎn)速不變時(shí)葉片可擺動(dòng)的角度是不變的，葉片運(yùn)行至90度或270度附近的一段區(qū)域時(shí)，葉片在限位區(qū)間內(nèi)順風(fēng)擺動(dòng)，沒有升力僅有阻力。

　　從結(jié)構(gòu)上看是復(fù)雜了，滑動(dòng)件對(duì)機(jī)械加工要求高，密封潤(rùn)滑較麻煩，而且在低于額定轉(zhuǎn)速時(shí)仍有限位時(shí)的撞擊，對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有影響，也會(huì)有噪聲。

　　4）利用風(fēng)力與離心擋塊控制葉片的角度方案二

圖7利用離心滑動(dòng)擋塊控制葉片的擺動(dòng)角度

　　圖7是另一種利用離心滑塊控制偏擺角度的方式，在風(fēng)輪支架上有帶擋輪的離心滑塊，滑塊在靠葉片端自由滑動(dòng)。風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)滑塊受離心力作用靠緊葉片，風(fēng)則推動(dòng)葉片擺動(dòng)，擺動(dòng)的葉片又把滑塊推向支架內(nèi)側(cè)，葉片將擺至風(fēng)力與離心力平衡的位置。風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)滑塊的擋輪始終靠緊葉片，滑塊對(duì)葉片的作用是連續(xù)的，葉片的擺動(dòng)也是連續(xù)的，消除了順風(fēng)擺動(dòng)的區(qū)間。

　　圖7中左圖是風(fēng)輪不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，葉片與擋塊都處于任意位置；圖7中圖是風(fēng)輪還未進(jìn)入額定轉(zhuǎn)速，葉片在上風(fēng)位置，有較大擺角；圖7右圖是葉片在兩側(cè)位置，或進(jìn)入額定轉(zhuǎn)速的狀態(tài)，擺角很小。

　　這種控?cái)[方式比上種方式的優(yōu)點(diǎn)是：連續(xù)的控?cái)[，沒有順風(fēng)擺動(dòng)區(qū)間，有利于進(jìn)一步提高風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行效率。

　　結(jié)構(gòu)上的優(yōu)點(diǎn)是沒有了沖擊，減小了噪聲。但滑塊的移動(dòng)非常頻繁，仍存在滑動(dòng)件對(duì)機(jī)械加工要求高，密封潤(rùn)滑較麻煩等問題，同時(shí)小擋輪的防塵也較麻煩。