2、升力型垂直軸風力發(fā)電機翼型調節(jié)的方式

　　在水平軸風力機中采用變漿距角的方法來適應風速的變化、調節(jié)風速與負荷間的關系，在垂直軸風力機中通過改變翼型也可改善運行性能。下面淺析幾種控制翼型的方法及優(yōu)缺點：

　　1）按程序指定的角度來改變?nèi)~片的角度

　　用微處理機來控制葉片的角度是最好的方法，不過本文不討論用微處理機控制的方式只討論用最簡單的機械方法控制葉片的角度。

　　采用凸輪推桿或偏心輪調整葉片攻角，在葉片長度方向有葉片轉軸，葉片通過葉片轉軸安裝在風輪的葉片支架上，有連桿拉動葉片轉動，連桿受凸輪或偏心輪的控制，還裝有對風裝置使凸輪受風向控制，凸輪是按設定的控制規(guī)律來設計，使葉片運轉到不同的位置轉向預定的角度。

　　這種風力機能自起動，能在較寬的風速范圍內(nèi)工作。

　　缺點是：由于葉片在各個位置上的轉角相對于風向是固定的，與風速無關，故僅對設計的風速有高的轉換效率，在其它風速時，葉片攻角并不一定最佳，在正常工作時葉片應基本不擺動，故這種固定的擺動規(guī)律是無法在較寬的風速的得到大的轉換效率。

　　結構上的缺點：結構復雜、機械磨損大，不適合惡劣環(huán)境運行，噪聲也大。

　　2）利用風力與擋塊控制葉片的角度

　　靠風力直接推動葉片擺動，用擋桿限制擺動角度。在葉片長度方向有葉片轉軸，葉片轉軸位置在葉片的壓力中心前側（標準的常用翼型正常運行時壓力中心在離葉片前緣1/4葉片弦長位置），葉片通過葉片轉軸安裝在風輪的葉片支架上，葉片可繞軸轉動。葉片轉軸設在離葉片前緣1/4葉片弦長前的位置，可保證葉片在任何角度風對葉片的作用力合力的作用點在轉軸的后方，能使葉片隨風擺動。在支架上還有擋桿限制葉片擺動的角度，圖4是其結構示意圖。

圖4利用風力與擋塊控制葉片的擺動角度

　　圖5是葉片受風力作用下葉片擺動的示意圖，葉片隨風擺動可使風力機在較低的風速下也能較好的工作，葉片旋轉至風輪向風側時，葉片向風輪內(nèi)側偏擺，葉片旋轉至風輪背風側時，葉片向風輪外側偏擺，均能形成較大的轉矩力，圖中葉尖速比約為2，左方是葉片旋轉至風輪向風側時受力狀況，右方是葉片旋轉至風輪背風側時受力狀況。

圖5葉片受風力作用擺動示意圖

　　這種方式優(yōu)點是風力機能夠自起動，而且在低風速到較高的風速下都能工作。

　　缺點是葉片運行至90度或270度附近的區(qū)域時，葉片擺至兩側擋桿間的位置，處于順風位置，沒有升力僅有阻力。而且隨葉尖速比的增加，葉片處于順風的區(qū)域加大；如果葉片可擺動的范圍是±15度，葉片的最高葉尖速比就不會超過4，因為葉尖速比超過4時，葉片在風輪旋轉整周都處于順風位置，沒有升力僅有阻力，即使沒有負荷，轉速也不會增加。所以葉片可擺動的范圍若超過±15度時風力機風能利用效率會明顯降低，若葉片可擺動的范圍小于±15度時風力機自起動能力會很差。

　　從結構上看優(yōu)點是：結構簡單，運動副最少，加工安裝維護容易。缺點是頻繁撞擊擋塊易造成構件損傷、噪聲也大。

　　3）利用風力與離心擋塊控制葉片的角度方案一

　　在轉速增高時減小葉片的擺動角度，可適應較寬的風速范圍，運行到較高的葉尖速比，下面是一種控制偏擺角度的方式：

　　葉片的轉軸與安裝與2小節(jié)相同。在葉片上固定有擺桿，離心滑動擋塊可沿支架軸線滑動，并通過彈簧與支架連接，圖6左圖為其結構示意圖。葉片擺動時擺桿在離心滑動擋塊的V型口內(nèi)擺動，V型口的邊沿將限制葉片的擺動角度。

　　當風輪旋轉時，離心滑動擋塊受離心力作用向風輪外側移動，移動量隨轉速增高加大。在風輪轉速低時檔桿在V型口上端，葉片有較大的擺動幅度，見圖6中部圖；在風輪轉速升高時檔桿在V型口底部，葉片可擺動幅度較小，見圖6右部圖。

圖6利用V形離心滑動擋塊控制葉片的擺動角度

　　這種控擺方式的優(yōu)點是：風力機可自起動，在未達到額定轉速時，如葉尖速比在2時也會有功率輸出，在達到額定轉速時，葉片不擺動，可運行到較高的葉尖速比。

　　缺點是：葉片仍然是在一個限位區(qū)間內(nèi)擺動，該區(qū)間隨轉速增加而減小，也就是說當轉速不變時葉片可擺動的角度是不變的，葉片運行至90度或270度附近的一段區(qū)域時，葉片在限位區(qū)間內(nèi)順風擺動，沒有升力僅有阻力。

　　從結構上看是復雜了，滑動件對機械加工要求高，密封潤滑較麻煩，而且在低于額定轉速時仍有限位時的撞擊，對結構強度有影響，也會有噪聲。

　　4）利用風力與離心擋塊控制葉片的角度方案二

圖7利用離心滑動擋塊控制葉片的擺動角度

　　圖7是另一種利用離心滑塊控制偏擺角度的方式，在風輪支架上有帶擋輪的離心滑塊，滑塊在靠葉片端自由滑動。風輪旋轉時滑塊受離心力作用靠緊葉片，風則推動葉片擺動，擺動的葉片又把滑塊推向支架內(nèi)側，葉片將擺至風力與離心力平衡的位置。風輪旋轉時滑塊的擋輪始終靠緊葉片，滑塊對葉片的作用是連續(xù)的，葉片的擺動也是連續(xù)的，消除了順風擺動的區(qū)間。

　　圖7中左圖是風輪不轉動時，葉片與擋塊都處于任意位置；圖7中圖是風輪還未進入額定轉速，葉片在上風位置，有較大擺角；圖7右圖是葉片在兩側位置，或進入額定轉速的狀態(tài)，擺角很小。

　　這種控擺方式比上種方式的優(yōu)點是：連續(xù)的控擺，沒有順風擺動區(qū)間，有利于進一步提高風力機的運行效率。

　　結構上的優(yōu)點是沒有了沖擊，減小了噪聲。但滑塊的移動非常頻繁，仍存在滑動件對機械加工要求高，密封潤滑較麻煩等問題，同時小擋輪的防塵也較麻煩。