风力机的种类及特征

水平轴风力机

(1)螺旋桨式风力机

作为风力发电使用最多的是螺旋桨式风力机。常见的是双叶片和三叶片风力机，但也有一片或四片以上的风力机。这种风力机的翼形与飞机翼形相类似，为了提高起动性能，尽量减少空气动力损失，多采用叶根强度高、叶尖强度低带有螺旋角的结构。螺旋桨式风力机，至少也要达到额定风速，才能输出额定功率，为了使风向正对风轮卧回转平面，需要进行方向控制。

(2)荷兰式风力机

欧洲(特别是荷兰和比利时)使用的荷兰式风力机。现有900台左右，一部分作为游览用在运行，大型的有直径超过20米的机组。

荷兰单柱风车

(3)多翼式风力机

多翼式风力机在美国的中、西部的牧场大部分用来提水。19世纪来有数百万台。多翼式风力机装有20枚左右的叶片，是典型的低转速大扭矩风力机，目前不仅在美国使用，在墨西哥、澳大利亚、阿根廷、南美等地也有相当的数量在使用， 也是多翼式的风力机，它是美国风力涡轮公司最近研究的自行车车轮式风力机，48枚中空的叶片做放射状配置，性能比过去的多翼式风力机大有提高。用来发电的发电机用皮带或齿圈传动。

(4)帆翼式风力机

布制帆翼式风力机在地中海沿岸及岛屿有很长的历史，大型的有直径10米、20枚叶片的，但大多数为直径4米、6—8枚叶片。绝大部分用来提水，一小部分用来磨面。下图是美国普林斯顿大学研究的新风力机叶片。这种叶片看起来象是木质的整体，但实际上前缘用金属管，后缘使用的是纲索，叶片的主体部分用帆布制成。因此，它的重量很轻，性能与刚体螺旋桨没有什么两样，而且通过加在叶尖上的配重也可以控制桨距进行调速。

(5)涡轮式风力机

涡轮式风力发电机和燃气涡轮、蒸汽涡轮一样由静叶片（定子）和动叶片（转子）构成，这种风力机尤其适用于强风地区。下图是日本大学粟野教授研制并在南极使用的涡轮式风力发电装置，它可耐南极40-50米/秒的大风雪，制造得极其坚固并采用轴流涡轮方式以取得高效率。

(6)多风轮式风力机

这是美国的W.毕罗尼玛斯提出的一种设想，他把许多风轮安装在一个塔架上， 整个机组在海上漂浮，使用由许多风轮组成的发电设备。这种设备，因为设置在海上，所以把发出的电力用于电解海水，贮存氢气和氧气。不过这种风力机目前还处于设想阶段。

 

垂直轴风力机

(1)桨叶式风力机

桨叶式风力机是一种阻力型风力机，因它的叶片形状而得名。这种风力机的关键集中在如何减少逆风方向叶片的阻力，对此有许多设计方案。使用遮风板的，也有改变迎风角的，不过桨叶式风力机的效率很低，除了在日本局部地区曾经使用过外，实际上几乎没有制造和使用的实例。一般来说，这种风力机归类为垂直轴型，但是也有把它设计成水平轴的。

(2)萨布纽斯式风力机

萨布纽斯式风力机是20年代发明的垂直轴风力机，它以发明者萨布纽斯的名字命名(我国有时称它为S型风力机)。这种风力机通常由两枚半圆筒形的叶片所构成，也有用三一四枚的。这种风力机往往上下重叠多层。效率最大不超过10％，能产生很大的扭矩。在发展中国家有人用它来提水、发电等。

(3)达里厄型风力机

达里厄风力机是一种新开发的垂直轴式风力机，以法国发明者达里厄的名字命名，下图为普通的Φ形达里厄风力机和特殊的Δ形达里厄风力机。其叶片多为2—3枚。该风力机回转时与风向无关，是升力型的。它装置简单，成本也比较便宜，但起动性能差，因此也有人把这种风力机和一部萨布纽斯风力机组合在一起使用。

(4)旋转涡轮式风力机

垂直轴升力型旋转涡轮式风力机，这种风力杉L垂直安装3—4枚对称翼形的叶片。它有使叶片自动保持最佳攻角的机构。因此结构复杂价格也较高，但它能改变桨距、起动性能好、能保持一定的转速，效率极高。这种风机也有把同样的叶片固定安装的形式。

(5)弗来纳式风力机

在气流中回转的圆筒或球，可以使该物体的周围的压力发生变化而产生升力。这种现象叫马格努斯效应，利用这个效应的发电装置叫弗来纳式风力发电装置。在大的圆形轨道上移动的小车上装上回转的圆筒，由风力驱动小车，用装在小车轴上的发电机发电。这种装置，是1931年由美国的J·马达拉斯发明的，并实际制造了重15吨、高27米的巨大模型进行了实验。这个实验的详细情况不清，但时间很短便中止了。现在弗来纳式风力机装置又受到重视，美国的笛顿大学在重新进行开发和试验。

(6)费特·肖奈达式风力机

这种风力机是由德国费特公司的工程师肖奈达发明的，费特·肖奈达螺旋桨垂直地安装在船底下部作为船的推进器。推进器圆周的叶片，在刁；同的位置上能够改变方向，因随着叶片的角度和回转速度不同，其升力的大小和方向也不同，所以可以不用舵。把这种费特，肖奈达叶片上下相对可制成风力机(如下图)，其工作原理和旋转涡轮式风力机相类似。

特殊风力机

(1)离心甩出式风力机

这种风力机用风吹动带空腔的叶片使其回转，空气因受离心力作用从叶片中用出，在塔的内部放置空气涡轮机，由涡轮转动来发电。这个设计是法国人J.安东略发明的，第二次大战后，由英国的弗里特电缆公司建造。下图为此风力机的原理图。它是一种不直接利用自然风的独特设计，因结构比较复杂，空气流动的摩擦损失大，所以效率很低，以后再没有制造这种风力机。

(2)移动翼栅式风力机

它是在大型的圆形轨道上(直径为8—10公里)装置着竖着的帆状翼栅形小车，借助风力小车车轮沿圆形轨道滚动，从而驱动连接在车轴上的发电机发电(如下图)应当说这是一种用在地上跑的快艇驱动的发电机，把它叫“风力机”似乎并不恰当。因它能够获得巨大的发电量(在上述的8—10公里直径的轨道上发电量为10—20兆瓦)，美国的蒙达纳州立大学正在进行研制。

(3)四螺旋风力机

这种风力机是下图所示的特殊装置，放松张紧绳，可使风力机的回转部分折合。因是利用卷成涡旋状的帆接受风力，所以叫四螺旋风力机。在美国的塞法风力发电机公司2.5千瓦的原型机正在试验之中。

(4)升降传送式风力机

由美国的D，修纳伊达设计的升降传送式风力机的原理如下图所示。这种风力机是在环形的传送带上装上机翼似的叶片，一侧的一排叶片受风压往上推，而另一侧的一排叶片受风压往下拉。该形式不象普通螺旋桨风力机那样的受风速的限制，它能在较宽的风速范围内运行。

(5)无塔架式风力机

五十年代曾在英国的奥克尼岛上建造过100千瓦大型风力发电机，当时的约翰·布拉文公司的，r·密斯霍斯工程师提出了建造10兆瓦大型风力发电装置的方案，这个装置的方案如下图所示。它用滚子支撑风轮的周边，但结构比较复杂。