本文提供 达里厄(Darrieus)风车实验装置的 3D 列印 .STL档,说明文件与图片等等。有兴趣的人可以下载,实际製作来玩玩看!达里厄(Darrieus)风车属于升力型垂直轴风车,转速高,效率也高,是很值得研究的主题。本专案之实验装置,如下影片所示:
专案档下载点 => iCloud
本专案注意事项与安全须知:
本专案是针对实验需求而设计,为了能快速验证想法而採用 3D 列印来製作零件,因此不适合长时间与强风状况使用,原因说明如下:
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- 3D 列印之零件,材质的机械强度较弱,请避免在强风之环境下使用,
- 3D 列印若採用 PLA 材质,长时间使用会有脆化现象,有解体风险,需特别注意!
- 为避免叶片重量对横杆与主轴的连接件(如下左图)造成过大的弯曲应力使零件受损,可用束带强化之,并在主轴与横杆间设置拉索。
- 达里厄风车是升力型,转速较高,叶尖速比(TSR)可达 4 以上,因此横杆与主轴之固定必须牢固,可採用插销(如下右图)以避免受离心力甩出。
- 横杆与叶片採用 M4 螺丝锁紧,因此横杆必须攻内牙,请参阅下载之专案档内容。
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本专案 3D 列印零件搭配的其他零件说明如下,请自行加工或购买:
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- 风车主轴之外径为 12 mm,水平支撑(横杆)外径为 5 mm。
- 叶片(NACA0015)内支撑杆外径分别为 8mm 与 5 mm。
- 叶片,主轴与横杆长度可自行设计。
- 主轴之轴承座是根据轴承 6901 而设计。
达里厄(Darrieus)风车的基本特性:
- 为升力型 垂直轴风车,转速高,效率也高。
- 叶尖速比(Tip Speed Ratio,简称 TSR)可达 4 以上,表示叶片速度可超过风速 4 倍以上,远高于阻力型的不到 1 倍。
- 根据文献,效率可以达到 40%,比阻力型不到 20% 高很多。
- 低速时扭力小,通常无法自行起动。必须仰赖其他辅助装置来起动。
- 通常在 TSR < 2 时,扭矩很小,不足以起动。
- 常见的起动方式为加装阻力叶片来协助起动,但也会使升力叶片的效率下降。
- 与阻力叶片相比,本站推荐用 马格努斯转子来协助起动,起动扭矩更大,风车效率也更高,新/旧 方法 PK 的影片如下:
Ref. 马格努斯效应 与 垂直轴风车,风车发电量计算神器,