屏障平板式風(fēng)力機(jī)

Barrier Plate Wind Turbine

一個垂直于風(fēng)向的平板會受到一個與風(fēng)向相同的力,我們稱這個力為阻力。屏障平板式風(fēng)力機(jī)就是利用風(fēng)的阻力做功的風(fēng)力機(jī)。

據(jù)說三千年前的古波斯就有了用于抽水或碾米的風(fēng)車,見圖1。上面部分是風(fēng)車,下面房內(nèi)是碾米或抽水的機(jī)械。

古波斯風(fēng)車

圖1--古波斯風(fēng)車

古波斯風(fēng)車屬于屏障平板式風(fēng)力機(jī)。圖2左圖是一個屏障平板式風(fēng)力機(jī)的葉片轉(zhuǎn)子(風(fēng)輪),在轉(zhuǎn)軸上分布著六個平板葉片,風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸與地面垂直。當(dāng)風(fēng)吹向風(fēng)葉轉(zhuǎn)子時,轉(zhuǎn)子并不會旋轉(zhuǎn),因?yàn)轱L(fēng)在轉(zhuǎn)子兩側(cè)的阻力相同,見圖2右圖。

平板葉片風(fēng)輪在無屏障時風(fēng)輪不會旋轉(zhuǎn)

圖2--平板葉片風(fēng)輪在無屏障時風(fēng)輪不會旋轉(zhuǎn)

如果在軸的一側(cè)裝上擋風(fēng)的屏障,見圖3左圖。在擋風(fēng)屏障一側(cè)的風(fēng)將繞屏障外面通過,不對葉片產(chǎn)生推力;而另一側(cè)接受風(fēng)的推力,葉片轉(zhuǎn)子就會旋轉(zhuǎn)。見圖3右圖。

安裝擋風(fēng)屏障的平板葉片風(fēng)輪在風(fēng)作用下會旋轉(zhuǎn)

圖3--安裝擋風(fēng)屏障的平板葉片風(fēng)輪在風(fēng)作用下會旋轉(zhuǎn)  
下面是用屏障遮擋風(fēng)輪一側(cè)的風(fēng)后風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)的動畫,動畫格式: .mp4,分辨率:800x480。
風(fēng)輪一側(cè)被屏障遮擋后旋轉(zhuǎn)的3D動畫

再回頭看圖1,古波斯風(fēng)車的屏障是用轉(zhuǎn)砌成的,圖4是兩臺風(fēng)車結(jié)構(gòu)的平面示意圖,藍(lán)色是風(fēng)輪,棕色是磚砌的屏障與圍墻,由于屏障是固定的,只能接受固定方向的來風(fēng)。

古波斯風(fēng)車平面示意圖

圖4—古波斯風(fēng)車平面示意圖

當(dāng)風(fēng)向變化時,為了保證屏障總在轉(zhuǎn)子逆風(fēng)一面,屏障必須是可繞軸旋轉(zhuǎn)的。

在屏障后側(cè)裝上尾舵。安有尾舵的屏障可保證在任何風(fēng)向下葉片轉(zhuǎn)子都朝一個方向旋轉(zhuǎn),見圖5。

有尾舵的屏障平板式風(fēng)力機(jī)在不同風(fēng)向作用下都可旋轉(zhuǎn)

圖5--有尾舵的屏障平板式風(fēng)力機(jī)在不同風(fēng)向作用下都可旋轉(zhuǎn)

屏障平板式風(fēng)力機(jī)

圖6--屏障平板式風(fēng)力機(jī)
 

 

葉片轉(zhuǎn)子的軸垂直于地面安裝,屬于垂直軸風(fēng)力機(jī),結(jié)構(gòu)簡單,維護(hù)方便,見圖6。

風(fēng)力機(jī)葉片可以是平板,也可以是別的形狀,圖7中屏障式風(fēng)力機(jī)的葉片是圓弧面的。

 

圓弧面葉片屏障平板式風(fēng)力機(jī)

圖7--圓弧面葉片屏障平板式風(fēng)力機(jī)
 

屏障平板式風(fēng)力機(jī)對風(fēng)的利用效率不高,在葉尖速比λ值為0.2至0.6時出力最大。由于結(jié)構(gòu)簡單,增速箱與發(fā)電機(jī)可安裝在地面,方便安裝維護(hù),適合在小型風(fēng)電應(yīng)用。

請觀看屏障平板式風(fēng)力機(jī)模型的運(yùn)轉(zhuǎn)3D動畫。動畫格式: .mp4,分辨率:800x600。

 
屏障平板式風(fēng)力機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)3D動畫

 
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