新疆大型风机的工作原理（升力与阻力、风机类型）

风力机的基本工作原理

   风力机的基本功能是利用风轮接收风能，并将其转换成机械能，再由风轮轴将它输送出去。风力机的工作原理：空气流经风轮叶片产生升力或阻力，推动叶片转动，将风能转化为机械能。
   尽管风力机的类型很多，但是普遍应用的是水平轴和垂直轴两大类。国内外普遍应用的风力机以水平新疆大型风机轴升力型居多。下面重点介绍水平轴升力型和垂直轴阻力型风力机的基本工作原理。

鼓风机的工作原理：是通过机体内部二转子反方向旋转，由于叶轮相互之间和叶轮与机体之间只有很小的间隙，当其中一转子叶端经过吸入口时，与壳体之间所捕捉之一定量空气，自进气腔移送至排气腔，压向高压端，以吸入之状态吐出。

1、升力与阻力

当气流流经如图! 所示的翼型叶片时，叶片上面气流速度增高，压力下降，叶片下面几乎保持原来的气流压力，于是叶片受到了向上的作用力F。此力可分解成与气流方向平行的力"Fx（称为阻力）和与气流方向垂直的力Fy（ 称为升力）。



图片（1）气体流经翼新疆大型风机型叶片的受力示意图


 （1）升力的计算公式

   图1中气流对叶片的作用力F 用下式计算：



  （2）影响升力系数与阻力系数的因素

   影响升力系数与阻力系数的主要因素有翼型、攻角、雷诺数和粗糙度等。

   1、翼型的影响

   图2 所示为3种不同横截面形状（翼型）的叶片在气流中的升力和阻力。



图2、3种不同翼型叶片的升力和阻力

   当气流由左向右吹过，对于不同的翼型产生的升力与阻力不同。平板型阻力》弧板型阻力》流线型阻力；流线型升力》弧板型升力》平板型升力。相对应的Cy与Cx值亦如此。

    2、攻角的影响

气流方向与叶片横截面的弦长L的夹角a 称为攻角，也称迎角，其值正、负如图3所示。Cy与Cx随a的变化情况如图4所示。


图3 风轮叶片的攻角



图Cy与Cx与攻角a的关系

当攻角a 值在一定范围内变化时，升力随攻角的增加而变大，阻力也在变化； 当攻角a值增加到某一临界值时，升力达到最大值（即Cy—— >Cymax）；当a值再增大时，升力突然开始下降，同时阻力也急剧增加，这种现象称为“失速”。产生失速的根本原因，是气体的比较有规则的流线与翼型后上部（见图3-2-4之Q 处）的轮廓分离，并在分离区形成涡流，使翼型上下压差变小。

    3、雷诺数的影响

空气流经叶片时，气体的粘性力将表现出来，这种粘性力可以用雷诺数Re表示：



    4、叶片表面粗糙度的影响
叶片表面不可能做得绝对光滑，我们把凹凸不平的波峰与波谷之间高度的平均值称为粗糙度。波峰与波谷之间高度的平均值大，阻力增加Cx值高，但是粗糙度对Cy值的影响不大。制造叶片时应尽量使叶片表面平滑，避免产生过大的摩擦阻力。


2、风力机的类型



国内外风力机的结构形式繁多，从不同的角度有多种分类方法。
   1、按风轮轴与地面的相对位置，分为水平轴式风力机和垂直轴（立轴）式风力机。
   2、按叶片工作原理，分为升力型风力机和阻力型风力机。
   3、按风力机的用途分类，有风力发电机、风力提水机、风力铡草机、风力脱谷机等。
   4、按风轮叶片的叶尖线速度与吹来的风速之比的大小来分，有高速风力机（比值大于3）和低速风力机（比值小于3）；也有把该比值2-5者称为中速风力机。
   5、按风机容量大小分类：国际上通常将风力机组分为小型（1kw以下）、中型（100-1000kw）和大型（1000kw 以上）3种；我国则分成微型（1kw以下）、小型（1-10kw）、中型（10-100kw）和大型（1000kw以上）4种；也有的将1000kw以上的风机称为巨型风力机。
   6、按风轮相对于塔架的位置，分为上风式前置式）风力机和下风式（后置式）风力机。
   7、按风轮的叶片数量，分单叶片、双叶片、三叶片、四叶片及多叶片式风力机。

现在各国应用较多的是水平轴、升力型和少叶式的风力发电机（多数为2-3个叶片），本讲座将侧重介绍此类风力发电机。