简介
将风能转变为机械能的动力机。风能是一种无污染可再生的能源,当风通过风力机的风轮时,风的动能就转变为风轮旋转的机械能。可用于驱动提水机、发电机和一些固定作业机械如农产品加工机械等。中国东南沿海及内蒙古、甘肃、新疆等边远地区,风力资源比较丰富,适宜发展0.1~3千瓦级的风力发电机、风轮直径5~8米的风力提水机等。国际上80年代致力于发展50~100千瓦级的风力发电机,并且采用群体式的“风力田”形式,把几十以至几百台风力机集中安装在一个地区。
类型 按风轮叶片的数量分为多叶式(6~36叶)和少叶式(1~4叶);按风轮的转速分为低速型和高速型;按风轮轴的位置分为水平轴式和垂直轴式;按叶片受力的形式分为升力型和阻力型;按功率大小分为大、中、小型,中国的划分范围是10千瓦以下为小型,10~100千瓦为中型,100千瓦以上属大型。80年代,世界上风力机最大功率已达3 000千瓦,其风轮直径达到100米。
基本结构 通常由风轮、机头、尾翼、塔架、传动机构、调速机构以及制动等装置组成。风轮是风能的收集器,风轮叶片与风轮旋转面成一定角度,叶片安装在轮毂上。一般低速风轮叶片由镀锌薄钢板制成,高速风轮叶片采用玻璃钢复合材料。机头是支承风轮及上部传动机构、尾翼等部件的支座,可以绕塔架作水平转动。尾翼使风轮迎风,以获取最大能量。塔架能使风轮架设在必要的高度上,以减少周围障碍物的不利影响,通常由金属桁架或支柱构成。传动机构包括变速装置和传动轴。变速装置一般为增速箱,风力发电机变速装置的增速比较大;风力提水机变速装置的增速比较小,以适应龙骨水车、管链式水车或螺旋泵低转速的需要。对于100瓦以下的微型风力机多不设增速器。有的风力提水机采用曲柄连杆机构带动往复式活塞泵作业。
调速机构用以防止因风速过高造成的风轮超速现象,保证风力机安全运转。调速方式主要有三种: ①通过在风轮一侧或上方设置迎风板,高速时风轮处于不对称的受力状态而偏离风向,当风速减小时,则利用弹簧或配重使风轮复位;②在高风速时通过叶片的偏转改变其安装角;③在叶片上安装阻风翼,当风速达到一定值时,自动打开阻风翼使风轮减速。在特大风速下为确保安全,风力机设有制动机构,小型风力机多采用蹄式制动器,直接制动风轮轴,有的采用人工操纵使风轮顺风而停止运转;中型风力机则采用机械或液压操作使叶片顺风而制动风轮。
输出功率 可按下式计算:

式中 P为输出功率;ρ为空气密度(千克/米3); D为风轮直径(米);V为风速(米/秒);CP为风轮功率系数。为获得大的功率,风力机安装地点的选择至关重要。根据贝茨
千克/米3; D为风轮直径(米);V为风速(米/秒);CP为风轮功率系数。为获得大的功率,风力机安装地点的选择至关重要。根据贝茨(Betz)理论,理想风轮可以把风能的59.3%转变为机械能。在实际使用中,传统风车的功率系数为0.2左右;多叶式风力机的达0.3以上;现代旋桨式风力机可达0.47。
英文
windmill