了解风力涡轮机

在今天的美国，风力涡轮机是最常见和最清洁的发电方式之一。这种发电发生在从大型风电场到为单个家庭供电的小型涡轮机中。全球各地的风力涡轮机产生清洁电力，能够满足各种电力需求。

今天，您将了解风力涡轮机的定义、应用、功能、组件、图表、类型和工作原理。您还将了解这些类型的风力涡轮机的优缺点。

什么是风力涡轮机？

风力涡轮机是将风的动能转化为清洁电力的机器。它也可以看作是一种将风的动能转化为清洁、可再生电能的装置。

涡轮机的叶片每分钟转动 13 到 20 转，尽管这取决于他们的技术。这可能是由于速度恒定或可变，即转子的速度相对于风速不同。这通常有助于提高效率。

风力涡轮机的设计平均寿命超过 25 年。风力技术的快速发展带来了风力涡轮机的耐用性和可用性的提高。

风力涡轮机具有广泛的尺寸和类型，水平轴或垂直轴。它们可以称为风电场 安装了数十万台大型涡轮机的地方。它们产生超过 650 吉瓦的电力，每年增加 60 吉瓦，这使它们成为越来越重要的间歇性可再生能源来源。大多数国家都使用风力涡轮机来降低能源成本并减少化石燃料的使用。

风力发电机的应用

风力涡轮机的应用是如此广泛，因为几乎所有人类现象都需要能量。自从早期使用风能以来，它一直被用来产生机械动力。早在公元前 5000 年，埃及人就利用风能推动尼罗河沿岸的船只。美国殖民者使用该系统在锯木厂抽水、研磨谷物和切割木材。

如今，较小的风力涡轮机用于诸如电力交通警告标志、为船或大篷车提供辅助电源的电池充电等应用。较大的涡轮机旨在为家庭供电做出贡献，因为未使用的电力通过电网卖回给公用事业供应商。

此外，在大型涡轮机上，它们的应用是为电网提供电力，范围从 100 千瓦到几兆瓦不等。这些公用事业规模的涡轮机通常在风电场中组合在一起，以便产生更多的电力。产生的电力足以为数万户家庭供电。

在小型风力涡轮机中，它们通常靠近应用将供电，例如，靠近水泵站、家庭、电信盘等，它产生高达 100 千瓦的电力。该涡轮机有时连接到柴油发电机、电池和光伏系统。又称混合风系统。

最后，海上风力涡轮机往往更大且更高。它们能够捕捉强大的海风并产生约 4,000 吉瓦电力的大量能量。许多国家经常使用它来利用强大的能量。

注意 :风力涡轮机的主要功能是发电或直接将其用作机械能。

风力涡轮机的组件

风力涡轮机将风能转换为电能以进行分配。以下是常规水平轴涡轮机的组成部分。

• 转子 - 大约占设备成本的 20%，包括将风能转换为低速旋转能的叶片。
• 发电机 - 约占风力涡轮机成本的 34%，包括发电机、控制电子设备以及最有可能的齿轮箱（例如行星齿轮箱）、可调速驱动器或无级变速器。这些风力涡轮机组件负责将传入的低速旋转转换为适合发电的高速旋转。
• 周边结构 - 约占风力涡轮机成本的 15%，包括塔架和转子偏航机构。

风力涡轮机系统图：

风力涡轮机的类型

基本上有两种类型的风力涡轮机：水平轴和垂直轴。

水平轴风力涡轮机：

今天大多数风力涡轮机使用的是水平轴，这意味着螺旋桨式的叶片设计为围绕水平轴旋转。这些类型的风力涡轮机要么是逆风的，即风在塔架之前撞击叶片。顺风是另一种类型，风在叶片之前撞击塔。

逆风使用偏航驱动器和电机，这些组件转动机舱以在其改变方向时保持转子面向风。这是通过安装在大型涡轮机偏航系统上的风传感器来实现的。小型涡轮机由一个简单的风向标指向。

水平轴风力涡轮机简称为HAWT。在当今世界上，风力发电占绝大多数的风力涡轮机在今天很普遍，其叶片位于塔的上风向。

顺风涡轮机类型的建造是为了消除一些额外的机制来保持它们与风保持一致。它的叶片设计为在强风中弯曲，从而减少了它们的扫掠面积，从而减少了它们的风阻。

尽管有好处，顺风提供，逆风设计仍然是首选。这是因为当每个叶片从支撑塔后面经过时，风载荷的变化会损坏涡轮机。

垂直轴风力涡轮机：

垂直轴风力涡轮机或VAWT具有垂直布置的主转子轴。这种布置的目的是不需要涡轮机为了有效而指向风。这对于风向变化很大的场地来说是一个优势。将涡轮机集成到建筑物中也是一个好处，因为它本身就不太容易转向。

在这些类型的风力涡轮机中，发电机和齿轮箱可以放置在靠近地面的位置，使用从转子组件到地面齿轮箱的直接驱动。这提高了维护的可访问性。然而，随着时间的推移，这些设计提供的平均能量要少得多，这是一个主要缺点。

垂直涡轮类型的效率比水平设计低得多。相对较低的转速以及相应的更高扭矩和更高的传动系统成本也会影响系统。这些类型的风力涡轮机主要分为两种设计：

基于阻力的涡轮机或 savonius 涡轮机 – 它们通常具有带有实心叶片的转子，这些叶片围绕垂直轴旋转。

基于升降机的或 Darrieus 涡轮机 – 有一个高大的垂直翼型，虽然有些看起来有打蛋器的形状。风尖塔是一种基于升力的涡轮机，尽管它仍在进行独立测试。

风力涡轮机的工作

风力涡轮机的工作不太复杂，而且很容易理解。大多数风力涡轮机由三个叶片组成，尽管具有两个叶片的风力涡轮机很常见。这些刀片安装在由钢管制成的塔架上。由于塔距地面 100 英尺或更高，因此涡轮机利用了在较高海拔地区发现的更快风速。

风的能量被螺旋桨状的叶片捕获，看起来像飞机机翼。因此，当风吹来时，叶片的一侧会形成一个低压空气袋。然后这个低压气穴将叶片拉向它，使转子转动。这被称为电梯。左侧的力远大于风对叶片前侧的力，称为阻力。升力和阻力的结合使转子像螺旋桨一样旋转。

一系列齿轮用于将转子的旋转速度从每分钟约 18 转增加。这大约是每分钟 1800 转，这使得涡轮发电机能够产生交流电。

如前所述，机舱是容纳一些关键涡轮部件的部件。其中包括安装在涡轮机塔顶上的转子、齿轮和发电机。这些机舱足够大。另一个重要部分是涡轮控制器，它可以防止转子速度超过 55 mph。这有助于保护系统免受强风的影响。

风速计在系统中用于连续测量风速并将数据发送到控制器。机舱还包含一个制动器，可在紧急情况下以机械、电动或液压方式停止转子。

观看下面的视频，了解有关风力涡轮机工作的更多信息：

风力发电机的优缺点

优点：

以下是风力涡轮机在各种应用中的优势：

• HAWT 有一个高塔，底座可以在有风切变的地方获得更强的风。
• 效率高，因为叶片垂直于风移动，通过 HAWT 的整个旋转接收能量。

对于 VAWT

• 它们在任何风向都可以发电
• 与水平轴风力涡轮机相比，生产成本低。
• 不需要坚固的支撑塔
• 易于从一个地方运输到另一个地方
• 维护成本低。
• 可安装在市区。

缺点

尽管这些类型的风力涡轮机具有良好的优势，但仍然存在一些限制。以下是风力涡轮机的缺点。

对于 HAWT：

• 需要大型塔式建筑。
• 变速箱、转子轴和制动器总成等组件正在提升到位。
• 顺风变型会出现疲劳和结构故障。

对于 VAWT：

• 与 HAWT 相比，效率非常低。
• 经历高振动。
• 会产生噪音污染。
• 由于振动，轴承磨损增加，导致维护成本高。
• 需要进行初始推送。

结论

风力涡轮机是将风的动能转化为清洁电力的机器。它有两种类型，简称为HAWT和VAWT。整个工作方式不同，并提供不同的好处。这就是本文的全部内容，我们在其中解释了风力涡轮机的定义、应用、功能、组件、图表、类型和工作。我们还列出了这些风力涡轮机的优缺点。

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