常见的风力发电机组结构型式

（一）水平轴风力发电机

1.结构特点

水平轴风力发电机的风轮旋转平面与风向垂直，叶片径向安置，垂直于旋转轴，主要机械部件都安装在机舱中（图3-2-1）。

图3-2-1　水平轴风力发电机

（1）优点。

1）风轮离地较高，随高度增加发电量增加。

2）叶片角度可以调节功率。

3）风轮叶片的叶形可以进行空气动力最佳设计，达到最高的风能利用率。

4）启动风速低，可自启动。

（2）缺点。

1）主要机械部件在高空，拆卸大型部件时不方便。

2）与垂直轴风机比较，叶型设计及风轮制造较为复杂。

3）需要对风装置即调向装置，而垂直轴不需要对风装置。

4）质量大，材料消耗多，造价较高。(www.xing528.com)

2.上风向与下风向

水平轴风力发电机也可分为上风向和下风向两种结构型式。

（1）上风向特点：风先通过风轮，再到达塔架。

（2）下风向特点：有塔影效应，噪声大。

3.主轴、齿轮箱和发电机的相对位置

（1）紧凑型。结构特点：风轮直接与齿轮箱低速轴相连，结构较紧凑。

（2）长轴布置型。结构特点：风轮通过固定在机舱主框架的主轴，再与齿轮箱低速轴相连。

4.叶片数的选择

风电场的风力机通常有2片或3片叶片，叶尖速度50～70m/s，具有这样的叶尖速度，3叶片叶轮通常能够提供最佳效率，然而2叶片叶轮仅降低2%～3%效率。甚至可以使用单叶片叶轮，它带有平衡的重锤，其效率又降低一些，通常比2叶片叶轮低6%。叶片的减少，自然降低了叶片的费用，但这是有代价的。对于外形很均衡的叶片，叶片少的叶轮转速就要快些，这样就会导致叶尖噪声和腐蚀等问题。更多的人认为3叶片从审美的角度更令人满意。3叶片叶轮上的受力更平衡，轮毂可以简单些，然而2叶片、单叶片叶轮的轮毂通常比较复杂，因为叶片扫过风时，速度是变的，为了限制力的波动，轮毂具有跷跷板的特性。具有跷跷板特性的轮毂，叶轮链接在轮毂上，允许叶轮在旋转平面内向后或向前倾斜几度。叶片的摆动运动，在每周旋转中会明显地减少由于阵风和剪切在叶片上产生的载荷。

理论上减少叶片数提高风轮转速可以减小齿轮箱速比，减小齿轮箱的费用，叶片费用也有所降低，但采用1～2个叶片时，动态特性降低，产生振动。另外，转速较高时，噪声加大。一般风轮叶片数取决于风轮的尖速比λ。目前用于风力发电一般属于高速风力发电机组，即λ=4～7左右，叶片数一般取2～3。用于风力提水的风力机一般属于低速风力机，叶片数较多。叶片数多的风力机在低尖速比运行时有较低的风能利用系数，即有较大的转矩，而且启动风速亦低，因此适用于提水。而叶片数少的风电机组的高尖速比运行时有较高的风能利用系数，且启动风速较高。另外，叶片数目确定应与实度一起考虑，既要考虑风能利用系数，也要考虑启动性能，总之要达到最多的发电量为目标。由于三叶片的风力发电机的运行和输出功率较平稳，目前风力发电机采用三叶片的较多。

（二）垂直轴风力发电机

（1）结构特点：风轮叶片绕垂直于地面的轴旋转。

（2）常见型式：达里厄型和H型。

（3）优缺点：主要机械部件在地面，部件维护较方便，但无法自启动，风轮接近地面，风能利用率较低，造价昂贵。