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内容大纲
本书系统地论述了垂直轴风力机的空气动力原理、机械结构和电气控制原理。本书共14章，第1～3章介绍风能与风力机基本知识；第4～5章介绍水平轴风力机的原理；第6～14章介绍垂直轴风力机。书中不仅有各种丰富的图表和计算公式，还列举了作者在工作实践中的大量设计案例，以期为读者提供更加翔实、可靠的经验数据。
本书的读者对象范围很广，可以包含：中小型风力发电机初学者；政府和企业的风力发电机（尤其是垂直轴风力机）项目管理者；从事垂直轴风力机设计的工程技术人员。本书既能帮助初学者构建关于风力发电机的基础知识，也能帮助研发设计人员做深层的分析计算及风轮设计，并计算载荷、校核构件。本书既适合科普，又适合深入和提高，本书按照知识深浅程度，层层递进，力求让读者易学易懂、提升阅读体验。 -
作者介绍
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目录
前言
第1章 风能利用的基本知识
1.1 空气密度与风速
1.1.1 通过热气球理解空气密度
1.1.2 空气密度与海拔和温度的关系
1.1.3 风阻力
1.1.4 风级与风速
1.1.5 风速的跳变性
1.1.6 地面粗糙度与风切变
1.1.7 风的平顺性
1.1.8 年平均风速与极限风速
1.1.9 工作风速
1.1.10 关于年满发小时数
1.2 测风及其设备
1.2.1 风速测量
1.2.2 风向测量
1.2.3 配套设备
1.2.4 测风数据的利用
1.3 风功率与捕风面积
1.3.1 风的动能
1.3.2 风功率与风功率密度
1.3.3 风力机的捕风面积与风含功率
1.3.4 风力发电机的效率
1.4 风能利用与风频图
1.4.1 风频图与12m/s额定风速的来由
1.4.2 风频图是怎样得到的
1.4.3 根据什么确定额定风速
1.4.4 怎样决定风力机的捕风面积
1.4.5 轻风起动与轻风的利用价值
1.5 因地制宜使用风力发电机
1.5.1 风力机的地域适应性问题
1.5.2 高空取能
1.6 度电成本
1.6.1 各种电源的度电成本
1.6.2 风电的度电成本
1.7 中小型风力发电机的应用场合
1.8 年平均风功率密度
1.8.1 定义
1.8.2 风资源分级
思考题
参考文献
第2章 风力机概述
2.1 历史上的风力机
2.2 风力机的种类
2.2.1 水平轴风力机
2.2.2 垂直轴风力机
2.3 词语解释
2.4 风力机的一般规律
2.4.1 风力机的几个工作状况
2.4.2 控制的意义
2.5 风力机的“天敌”
2.5.1 飞车
2.5.2 共振
2.6 风力机常用概念
2.6.1 叶尖速比
2.6.2 功率曲线
2.6.3 风能利用系数与贝茨极限
2.7 风力机的一般参数
2.7.1 风力机的起动风速、工作风速、安全风速
2.7.2 风轮参数与实度
2.8 中小型风力发电设备的配置与使用
2.8.1 并网使用
2.8.2 离网使用
2.9 怎样评判风力机
2.9.1 易于操作的评判指标
2.9.2 评判指标解释
2.9.3 补充指标
2.10 相关标准
思考题
参考文献
第3章 风力机原理概述
3.1 风力机各部分的关系
3.2 风力机原理框架及构造体系概述
3.2.1 空气动力原理
3.2.2 机械系统
3.2.3 电气系统
3.2.4 控制系统
3.3 空气动力的产生
3.4 翼型
3.4.1 流线型翼型知识
3.4.2 翼型怎样产生升力
3.4.3 水平运动物体的阻力系数
3.4.4 升力系数与阻力系数
3.4.5 升力、阻力的计算
3.4.6 对称翼型
3.5 翼型的全攻角解读
3.6 相对风速
3.7 叶素分析—空气动力分析的基本方法
3.7.1 取叶素
3.7.2 抓住4条线及其相互关系
3.7.3 风速三角形
3.8 水平轴叶片空气动力原理
3.8.1 受力三角形
3.8.2 水平轴桨叶分段空气动力计算
3.8.3 水平轴桨叶整叶受力分析
3.8.4 计算叶片空气动力的目的
3.8.5 关于空气动力计算几个问题的处理
3.9 水平轴风力机与垂直轴风力机分析方法的不同
3.10 转动惯量
3.11 关于雷诺数的解读
本章小结
思考题
参考文献
第4章 中小型水平轴风力机原理
4.1 叶片角度
4.1.1 作图观察扭角
4.1.2 计算扭角
4.2 水平轴风轮的起动与运行
4.2.1 风力机转动的力来源于切向力
4.2.2 定桨水平轴叶片的起动力
4.2.3 变桨水平轴叶片的起动力
4.2.4 停机保护时的桨角
4.2.5 变桨机构
4.2.6 功率控制逻辑
4.3 水平轴风力机叶片的受力
4.3.1 气动力
4.3.2 离心力
4.3.3 轴向力的简易计算
4.4 中小型机基本结构
4.4.1 中型机结构
4.4.2 小型机结构
4.5 最简结构怎样解决功率限制问题
4.5.1 用控制器控制
4.5.2 风轮侧偏的功率限制方式
4.5.3 尾舵板飘摆功率限制方式
4.5.4 折尾式功率限制方式
4.6 水平轴风力机控制器、逆变器的相关功能
4.6.1 水平轴风力机的起动情况
4.6.2 控制器是如何满足起动要求的
4.7 电气匹配与管理使用
4.7.1 电池失效问题
4.7.2 离网设备的电压匹配问题
4.7.3 风光互补离网设备的电压匹配问题
4.7.4 并网逆变器的功率点设置
4.8 最大功率跟踪
4.8.1 发电机的电磁阻力
4.8.2 控制电流，变阻抗运行
4.8.3 最大功率跟踪的思路
4.8.4 大功率开关管
4.8.5 开关逆变与脉宽调制
4.8.6 脉宽调制的控制信号
4.8.7 超过额定功率时的控制
思考题
参考文献
第5章 中小型水平轴风力机的探讨
5.1 小型机设计、应用的若干问题
5.1.1 平衡问题
5.1.2 尾舵与轮毂结构问题
5.1.3 机械制动与控制问题
5.1.4 技术与非技术问题
5.2 中小型水平轴风力机的课题
5.2.1 加长叶片
5.2.2 改变叶片形状
5.2.3 水平轴的一轴多机模式
5.3 一个小型水平轴风力机村级电站案例
5.3.1 项目概况
5.3.2 项目问题
5.3.3 查明问题
5.3.4 项目的教训
5.3.5 建设乡村级小微型风电站应有的做法
5.3.6 疑问
思考题
第6章 垂直轴风力机概述
6.1 升力型垂直轴风力机介绍
6.2 升力型垂直轴风力机的历史
6.2.1 大型达里厄型垂直轴风力机曾并网运营
6.2.2 为什么顶部拉绳式Φ形垂直轴风力机会退出历史舞台
6.2.3 落地是优势还是劣势
6.3 升力型垂直轴风力机的结构及特点
6.3.1 基本结构
6.3.2 关于磁悬浮
6.3.3 叶片材料
6.4 为什么是直叶片
6.5 升力型垂直轴风力机的翼型
6.6 垂直轴风力机的优点
本章小结
思考题
第7章 升力型垂直轴风力机原理详解
7.1 垂直轴与水平轴风轮的本质不同
7.2 叶片旋转一周总览
7.3 从3叶风轮的分图看风速三角形
7.3.1 以3叶风轮的分图进行分析
7.3.2 对称翼型的扩展攻角
7.4 垂直轴风轮是怎样起动的
7.4.1 阻力起动力计算
7.4.2 升力起动力计算
7.4.3 阻力起动推理
7.4.4 起动阻力矩计算
7.4.5 垂直轴风力机起动计算的步骤
7.4.6 不能起动的情形
7.5 垂直轴风轮是怎样运行的
7.6 垂直轴空气动力计算
7.6.1 求相对风速Vw
7.6.2 求攻角α
7.6.3 求投影角β、切向力Fq
7.7 求输出功率的一般式
7.7.1 风力发电机输出功率
7.7.2 风力发电机效率式
7.8 径向力
7.8.1 径向力的分析
7.8.2 径向力—水平推力的计算
7.8.3 水平推力的频率
7.8.4 计算实例
本章小结
思考题
第8章 垂直轴风力机的结构与受力
8.1 垂直轴风力机的常见机身结构
8.1.1 单发电机的机身结构
8.1.2 多发电机的机身结构
8.2 机体易破坏位置
8.3 简易校核概述
8.4 受力分析计算
8.4.1 机体上力的作用点
8.4.2 机体、塔柱受力计算
8.5 机体弯曲应力简易校核举例
8.5.1 机体校核举例
8.5.2 塔柱校核举例
8.6 直叶片的受力分析
8.6.1 直叶片受力损坏的情形
8.6.2 直叶片的离心力分析
8.7 直叶片的受力校核
8.7.1 怎样校核流线型叶片
8.7.2 叶片校核举例
本章小结
本章要点
思考题
第9章 升力型垂直轴风力机的设计
9.1 设计思想
9.1.1 追求较高的叶尖速比
9.1.2 安全生存的目标
9.1.3 造价要低、结构要简
9.1.4 便于风场组装、运输和吊装
9.2 怎样规划风力机
9.2.1 风轮参数规划
9.2.2 风轮转速与发电机参数的规划
9.3 垂直轴风力机的机体参数的计算
9.4 轴承参数及载荷考察
9.5 关于加工
9.5.1 法兰-圆管焊合结构体
9.5.2 轴柱体的制作要求
9.5.3 关于齿轮啮合精度
9.5.4 齿圈材料
9.5.5 齿轮校核
9.5.6 齿轮的简便校核方法
9.6 零部件设计
9.6.1 轴承选用
9.6.2 选定钢材
9.6.3 选定轴柱体机身直径
9.6.4 传动方式的设计
9.6.5 关于叶片设计
9.6.6 不锈钢焊合式钣金叶片
9.7 防雷设计
9.8 地基设计
第10章 设计实例
10.1 规划
10.2 计算载荷
10.2.1 动态水平推力
10.2.2 静态水平推力
10.3 机体设计
10.3.1 求钢管轴尺寸
10.3.2 求轴承规格
10.3.3 轴的设计
10.4 叶片设计
10.5 支臂设计
10.6 传动设计
10.7 防雷设计
10.8 阻力轮设计
10.9 塔柱设计
10.10 吊装设计
10.11 气动减速方案
第11章 垂直轴风力机的研发
11.1 技术路线的选择
11.1.1 三层选择
11.1.2 关于机型的选择
11.1.3 实度的选择
11.1.4 叶片厚度的选择
11.2 技术布局的必要性
11.3 技术布局的内容
11.3.1 落实试验风场
11.3.2 定好控制模式、决定控制系统
11.3.3 选定数据采集系统
11.3.4 加工、监造与吊装
11.3.5 组织研发班子
11.3.6 制定评判标准
11.4 模拟风动试验
11.4.1 车载风动试验
11.4.2 风口吹风试验
11.4.3 风洞试验
11.4.4 简易风洞
11.4.5 简易风洞实测记录 （5个记录例）
11.5 饱和转速法
11.6 一个9m2风洞设计案例
11.6.1 设计简易风洞应知事项
11.6.2 设计案例
11.7 破坏性试验
11.7.1 未经检验结果惨遭风毁的案例
11.7.2 找到首个破坏点
11.7.3 拖动试验
11.7.4 检验后再宣传
11.8 加工不合格危害研发的案例
第12章 关于垂直轴风力机的探讨
12.1 低风速机型
12.2 轴柱抗倾覆
12.3 叶片抗弯
12.4 气动减速问题
12.4.1 阻力减速法
12.4.2 破坏升力法
12.4.3 气动减速方面的现状
12.5 安装角问题
12.6 非对称叶片问题
12.7 功率做大的问题
12.8 叶端的压差损失
12.9 造价与微风发电等问题
第13章 阻力型垂直轴风力机
13.1 什么是阻力型风轮
13.2 萨沃纽斯阻力轮
13.2.1 S轮的实机野外实测数据
13.2.2 S轮风洞试验数据
13.3 分离风斗式阻力轮
13.4 转帆式阻力轮
13.4.1 特点概述
13.4.2 转帆式阻力轮是怎样工作的
13.4.3 转帆式阻力轮的分析计算
13.4.4 转帆式阻力轮为什么用平板
13.5 可对风的遮挡式阻力轮
13.5.1 遮挡式阻力轮的计算
13.5.2 遮挡式阻力轮宜采取3风板
13.5.3 遮挡式横轴阻力轮
13.6 翻身风斗式阻力轮
13.6.1 翻身风斗式阻力轮的工作机理
13.6.2 小结：一整圈风斗姿态与出力状况
13.6.3 双风斗自动对风可行性分析
13.6.4 3风斗自动对风可行性分析
13.6.5 出力和效率分析
13.7 其他阻力轮
13.8 极地应用——阻力轮可能的应用场合
13.8.1 极端风况下利用风能必须做专门研究
13.8.2 极地可采用的阻力型风力机
13.8.3 一个极地小微电站的构成
思考题
参考文献
第14章 国内垂直轴风力机的探索历程
14.1 概述
14.2 大型机的探索
14.2.1 拉绳式达里厄型机
14.2.2 独立塔柱式达里厄型机
14.2.3 H形8叶大型机
14.2.4 双叶组H形大型机
14.3 中小型机的兴起
14.3.1 达萨机的流行
14.3.2 纯升力直5叶H形机的流行
14.3.3 10kW达萨型样机设计
14.3.4 35kW达萨型样机设计
14.4 近年来的发展
14.4.1 直叶升阻结合H形机成为主流
14.4.2 垂直轴风力机市场的新形势
14.5 其他方面的探索
14.5.1 塔柱上装机的问题
14.5.2 楼顶上装机的问题
14.6 应留下的思考
思考题
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