水平轴风力机组成与形式

Horizontal Axis Wind Turbine  Composition and Form

水平轴风力机的组成

水平轴风力机的风轮旋转轴是水平方向的，和风向平行，水平轴风力机主要由叶片、轮毂、机舱、塔架构成。常见的风力机有三个叶片，叶片安装在轮毂上构成风轮，风吹风轮旋转带动机舱内的发电机发电，塔架是整个风力机的支撑。

图1 水平轴风力机组成图

什么是升力式风力机

在“风力机基础知识”已介绍过升力与阻力知识，水平轴风力机则是利用升力推动风机旋转做功的，是升力式风力机。图2中表示的是一个叶片的截面的受力图，叶片弦线与风轮旋转平面的夹角为β，风是向上吹,风速为v；叶片向左方运动，线速度为u；叶片实际受到的是相对风速w。风速w与叶片弦线的夹角为α（攻角），在风w的作用下,叶片受到升力Fl与阻力Fd， Fl与Fd的合力为F1，F1在风轮旋转平面上的投影为F，F就是推动风轮旋转的力。

图2 叶片的升力与阻力矢量图

关于叶片的升力与阻力的更多知识在“叶片的气动特性”一节中有介绍。

风力机的对风形式

风轮要正面对着来风方向才能最好的接受风能，风轮在塔架前方的称为迎风式风力机，风轮在塔架背风方向的称为顺风式风力机，见下图。

图3 迎风式风力机与顺风式风力机

使风力机自动朝向风向称为对风（偏航）功能。小型风力机普遍采用尾舵来对风，风把尾舵吹向风力机后方使风轮面向风，上图中的迎风式风力机就是带尾舵的风力机。顺风式风力机勿需任何装置即可自动对风，称之为自由偏航。 大中型风力机采用专门的偏航装置对风，在后面的章节有相关介绍。

风力机的叶片数目

风轮除了三叶的还有双叶的，甚至单叶片的，见图4。

图4 双叶片风轮与三叶片风轮

也有4叶、5叶、6叶的，在许多农用风力机中采用多叶片结构的风轮，见图5。

图5 多叶片风轮

采用多少叶片合适请到“风轮实度”一节观看。

机舱主要组成

在风力机的机舱里主要有发电机、齿轮箱、偏航装置、风向标、控制柜等，发电机是风力机产生电能的设备，由于发电机转速高，风轮转速低，风轮需通过齿轮箱增加转速后才能使发电机以正常转速工作；控制柜控制风力机的对风、风轮转速等；风向标测量风向发出信号给控制柜；偏航装置按控制柜的信号推动风力机对风。

图6 机舱主要设备示意图