制造風(fēng)能機(jī)械,利用風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)是風(fēng)能利用的兩項(xiàng)主要內(nèi)容。風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)是一種把風(fēng)能變成機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)化裝置。風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)由5部分組成:
(1)風(fēng)輪。風(fēng)輪由二個(gè)或多個(gè)葉片組成,安裝在機(jī)頭上,是把風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的主要部件。
(2)機(jī)頭。機(jī)頭是支承風(fēng)輪軸和上部構(gòu)件(如發(fā)電機(jī)和齒輪變速器等)的支座,它能繞塔架中的豎直軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)。
(3)機(jī)尾。機(jī)尾裝于機(jī)頭之后,它的作用是保證在風(fēng)向變化時(shí),使風(fēng)輪正對(duì)風(fēng)向。
(4)回轉(zhuǎn)體。回轉(zhuǎn)體位于機(jī)頭底盤和塔架之間,在機(jī)尾力矩的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)。
(5)塔架。塔架是支撐風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)本體的構(gòu)架,它把風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)架設(shè)在不受周圍障礙物影響的高空中。
根據(jù)風(fēng)輪葉片的數(shù)目,風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)分為少葉式和多葉式兩種。少葉式有2~4個(gè)葉片,具有轉(zhuǎn)速高,單位功率的平均質(zhì)量小,結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn);常用在年平均風(fēng)速較高的地區(qū)。是目前主要用作風(fēng)力發(fā)電機(jī)的原動(dòng)機(jī)。其缺點(diǎn)是啟動(dòng)較為困難。多葉式一般有4~24個(gè)葉片,常用于年平均風(fēng)速低于3~4米/秒的地區(qū);具有易啟動(dòng)的優(yōu)點(diǎn),因此利用率較高。由于轉(zhuǎn)速低,多用于直接驅(qū)動(dòng)農(nóng)牧業(yè)機(jī)械。
風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)輪與紙風(fēng)車轉(zhuǎn)動(dòng)原理一樣,但是,風(fēng)輪葉片具有比較合理的形狀。為了減小阻力,其斷面呈流線型。前緣有很好的圓角,尾部有相當(dāng)尖銳的后緣,表面光滑,風(fēng)吹來時(shí)能產(chǎn)生向上的合力,驅(qū)動(dòng)風(fēng)輪很快地轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)于功率較大的風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī),風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速是很低的,而與之聯(lián)合工作的機(jī)械,轉(zhuǎn)速要求較高,因此必須設(shè)置變速箱,把風(fēng)輪轉(zhuǎn)速提高到工作機(jī)械的工作轉(zhuǎn)速。風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)只有當(dāng)風(fēng)垂直地吹向風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)面時(shí),才能發(fā)出最大功率來,由于風(fēng)向多變,因此還要有一種裝置,使之在風(fēng)向變化時(shí),保證風(fēng)輪跟著轉(zhuǎn)動(dòng),自動(dòng)對(duì)淮風(fēng)向,這就是機(jī)尾的作用。風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)是多種工作機(jī)械的原動(dòng)機(jī)。利用它帶動(dòng)水泵和水車,就是風(fēng)力提水機(jī);帶動(dòng)碾米機(jī),就是風(fēng)力碾米機(jī);此類機(jī)械統(tǒng)稱為風(fēng)能的直接利用裝置。帶動(dòng)發(fā)電機(jī)的就叫風(fēng)力發(fā)電機(jī)。它們均由兩大部分組成,一部分是風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)本體和附件,是把風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置;另一部分是電氣部分,包括發(fā)電機(jī)及電氣裝置,把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,并可靠地提供給用戶。小風(fēng)力發(fā)電機(jī)的容量不大,功率一般從幾瓦到幾千瓦,大都具有結(jié)構(gòu)簡單,搬運(yùn)方便的優(yōu)點(diǎn)。按風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)的連接方式分,有變速連接的和直接連接的兩種。
在風(fēng)能的利用中,蓄能是一個(gè)重要的問題。特別是對(duì)于風(fēng)力發(fā)電,在很大程度上,其生命力由蓄能裝置(如蓄電池)的可靠程度來決定。有了蓄能裝置,在有風(fēng)的時(shí)候,把多余的能量儲(chǔ)存起來;在無風(fēng)時(shí),輸出應(yīng)用。各種蓄能方式的研究是風(fēng)能利用的一個(gè)急待解決的重要任務(wù)。
在自然界的能源中,風(fēng)能是極其豐富的。據(jù)粗略估計(jì),近期可以利用的風(fēng)能總功率約為106~107兆瓦,這個(gè)數(shù)值比全世界可以利用的水力資源大10倍。但是,這筆巨大的自然財(cái)富還有待人類去大力開發(fā)。
我國是利用風(fēng)能最早的國家。早在2000多年以前,利用風(fēng)力驅(qū)動(dòng)的帆船已經(jīng)在江河中行駛,明代開始應(yīng)用風(fēng)力水車灌溉農(nóng)田,并且出現(xiàn)了用于農(nóng)產(chǎn)品加工的風(fēng)力機(jī)械。