垂直轴风力机的现在和未来

　　摘 要： 本文主要介绍小型垂直轴风力机的类型，各类小型垂直轴风力机的优缺点、小型垂直轴风力机的设计思想，以及小型垂直轴风力机主要设计参数的关联性和未来垂直轴风力机的发展方向，也简要介绍了磁悬浮在垂直轴风力机中的应用状态。

　　 0 引言
　　小型垂直轴风力机具有无需对风向、无噪音、安全、可靠、外形美观和维护简单等优点，目前已经开始应用于城市中心区域的公共照明、居民家庭、大型户外广告、电信基站、油田、风电大楼、高速公路全程监控系统、游船、乡村电站等领域。由于国内外各垂直轴风力机制造商使用的研发手段、研发工具的差异以及研发技术水平的参差不齐，导致垂直轴风力机外观五花八门，大部分的产品性能难以与水平轴风力机相提并论。使得主流风力机厂商（大型水平轴风力机制造商）未进入该行业，也造成用户对垂直轴风力机产生很多认识上的误区。但因其具有传统水平轴风力机难以比拟的优势，其地位也被越来越多的人重视，近些年越来越多的人摒弃传统观念，投入到该行业的研究与开发当中。
　　1垂直轴风力机分类
根据驱动垂直轴风力机转动的气动力的不同，垂直轴风力机可分为两个主要类别，一类是利用空气产生的阻力作功，典型的结构是萨布纽斯型风力机( 有时也称为S 型风力机)。它通常由两枚轴线错开的半圆柱形叶片组成，也有用3 至4 枚的，这种风力机往往上、下重叠多层。其优点是启动转矩较大，缺点是由于围绕着风轮产生不对称气流，从而对它产生侧向推力更易产生振动，同时迎风面积大，抗风能力差，而且效率都很低，因此较难以商业化。
　　另一类是利用空气产生的升力作功，叶片具翼型剖面，空气绕叶片流动产生的合力形成转矩。最典型的是达里厄（Darrieus）型垂直轴风力机和衍生出的H 型垂直轴风力机。达里厄（Darrieus）型风力机的结构型式有Φ 型和特殊的Δ 型，其叶片多为2-3 枚， 装置简单， 成本也较低，但启动性能差，因此也有人把这种风力机和萨布纽斯风力机组合在一起使用。H 型垂直轴风力机结构型式较多，叶片和轴的连接形式也多样化，不同的连接形式将影响风力机的气动性能和力学结构。通过对翼型、攻角、叶片数量和实度比等参数较好的选择，以及良好的结构设计后，该型垂直轴风力机具有较好的空气动力学性能，其风能/ 电能的转换效率可达到26%左右。
　　2 垂直轴风力机现状