葉片可擺動的升力型垂直軸風(fēng)力機的組裝與試驗

在上節(jié)“葉片可擺動的升力型垂直軸風(fēng)力機模型部件制作”已經(jīng)介紹了風(fēng)輪架、葉片、塔架、底座的制作方法,本節(jié)介紹該風(fēng)力機的組裝與試驗。

   風(fēng)力機模型的組裝

圖1是風(fēng)輪架插入塔架的狀態(tài)。

垂直軸風(fēng)力機模型的塔架與風(fēng)輪架

圖1--垂直軸風(fēng)力機模型的塔架與風(fēng)輪架

為了限制葉片擺動的角度,在風(fēng)輪支架上還要安裝擋桿。在這個小模型上我們用直徑1.5mm鐵絲彎成擋桿,見圖2。

可變攻角風(fēng)力機葉片的擋桿

圖2--擺動葉片的擋桿

在風(fēng)輪支架下方的葉片軸孔放置1或2個M3平墊圈(見圖2),選光滑無毛刺的。把葉片插入風(fēng)輪支架的軸孔中,見圖3。注意:風(fēng)輪支架不能夾住葉片,要與2mm左右的間隙,保證葉片的自由擺動。

裝好葉片的垂直軸風(fēng)力機模型

圖3--裝好葉片的垂直軸風(fēng)力機模型

調(diào)整擋桿位置,使風(fēng)力機葉片雙向擺動范圍在25度左右(不超過30度)。圖4是葉片后部向風(fēng)輪內(nèi)側(cè)擺動,擋桿直接擋住葉片,限制了葉片的擺角。

葉片向風(fēng)輪內(nèi)側(cè)擺動

圖4--葉片向風(fēng)輪內(nèi)側(cè)擺動

圖5是葉片后部向風(fēng)輪外側(cè)擺動,擋桿擋住離心錘連接件,限制了葉片的擺角。

葉片向風(fēng)輪外側(cè)擺動

圖5-葉片向風(fēng)輪外側(cè)擺動

   風(fēng)力機模型的試驗

給風(fēng)力機模型加上負載,把三相微型發(fā)電機安裝在塔架上,風(fēng)輪軸上安裝0.5模,80齒,孔徑6mm塑料齒輪,發(fā)電機上安裝0.5模20齒,孔徑3mm塑料齒輪,兩個齒輪相嚙合。齒輪傳動增速比為4。

用6個整流二極管焊接成三相整流電路,連接到發(fā)電機輸出端,見圖6。

微型發(fā)電機與全波整流器-風(fēng)力機模型制作

圖6-微型發(fā)電機與全波整流器

一臺葉片可擺動的升力型垂直軸風(fēng)力機模型組裝完成。

為了對風(fēng)力機模型進行試驗,做一個風(fēng)向標,見圖7。風(fēng)速測量采用華誼儀表的MS6252數(shù)字風(fēng)速儀。

風(fēng)向標-風(fēng)力機模型制作

圖7-風(fēng)向標

在全波整流器的輸出接了4個1W的LED燈珠,整個電路圖見圖8。

風(fēng)力發(fā)電機模型輸出電路圖

圖8-風(fēng)力發(fā)電機模型輸出電路圖

在所有轉(zhuǎn)軸與孔之間加入潤滑脂或潤滑油。

試驗在室內(nèi)進行,風(fēng)力機與風(fēng)向標均放在地上,風(fēng)從一邊打開的門吹進來,風(fēng)向標擺在風(fēng)力機前面,見圖9。

垂直軸風(fēng)力機模型與風(fēng)向標

圖9-垂直軸風(fēng)力機模型與風(fēng)向標

這是一個風(fēng)況非常惡劣的環(huán)境,從門吹進來的風(fēng)速不穩(wěn)定,在門后兩邊有漩渦,風(fēng)向也很不穩(wěn)定,波動很大,固定葉片的升力型垂直軸風(fēng)力機在這樣的風(fēng)況下根本不能運行。

塔架底座太小,加了木條增大面積,并用一個臺鉗壓住,以減小振動。

通過攝像機記錄了風(fēng)力機工作狀況,下面是其中一段錄像,請觀看。

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葉片可擺動的升力型垂直軸風(fēng)力機模型轉(zhuǎn)動錄像

從錄像中聽到風(fēng)力機模型旋轉(zhuǎn)時噪聲很大,主要是是齒輪噪聲,是齒輪質(zhì)量不好引起的。

葉片可擺動的升力型垂直軸風(fēng)力機模型在風(fēng)速1.5m/s可啟動運轉(zhuǎn),在風(fēng)速2.5m/s進入升力運行,可發(fā)電。在風(fēng)速4m/s至5m/s 時,風(fēng)輪轉(zhuǎn)速約6周/秒,微型發(fā)電機整流輸出電壓約6伏,4個1W的LED燈珠能夠發(fā)出亮光。

看到風(fēng)向標不停擺動,有時幅度還很大,說明風(fēng)力機模型能在風(fēng)向風(fēng)速極不穩(wěn)定的情況下正常運行。

把攝像機置于風(fēng)力機模型上側(cè)進行高速拍攝,從慢放的攝像中可以看到葉片在上風(fēng)側(cè)向風(fēng)輪內(nèi)側(cè)偏擺,在下風(fēng)側(cè)向風(fēng)輪外側(cè)偏擺。由于葉片兩側(cè)是透空的,可能不是太清晰,請仔細觀看,下面就是相關(guān)攝像。

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高速攝像下的風(fēng)力機葉片擺動

注意:風(fēng)速不要超過6m/s,不能讓轉(zhuǎn)速升得太高,在轉(zhuǎn)速為6周/秒時風(fēng)輪葉片處的離心加速度是重力加速度的25倍,轉(zhuǎn)速再升高時離心力可能損壞風(fēng)力機。

該模型僅為簡單的實驗?zāi)P停鬓D(zhuǎn)軸均無軸承,切勿長時間運行。

 
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