垂直轴风力机是一种将风能转化为电能的装置,相对市场广为应用的水平轴风力机,其具有无需对风装置、维修方便、噪音小、安全性高、结构简单好制造等优点,目前垂直轴风力机多以中小型为主,据相关资料显示风力发电机逐渐大型化是一种趋势,但大型垂直轴风力机受风剪效应、偏振效应等因素影响更加严重,为此本文针对大型H型垂直轴风力机,以垂直轴风力机叶片、主轴为研究对象,通过研究其在风剪效应、偏振效应、不同工况下的情况,进行风轮特性影响因素分析。本文的主要研究内容包括:1)基于双致动盘多流管模型,计算了风剪切效应下垂直轴风力机叶片上的气动载荷,发现不稳定因素主要集中在法向力载荷上。在此基础上,提出通过改变叶片倾角的方法来改善叶片受力不均情况,研究显示:针对1.5 MW H型垂直轴风力机,叶片的最佳倾角为-7°,经过倾角优化后,一周范围内表征叶片受力不均匀的最大方差值由1.53降到0.96,方差平均值由0.66降到0.52,叶片受力不均现象得到明显改善。2)理论分析了垂直轴风力机主轴偏振效应产生的原因,研究了风剪效应、叶片数量、高径比、展弦比等不同风机参数对主轴偏振效应的影响,结果显示,风剪切降低了偏振效应对主轴的作用。在此基础上,优化得到最佳风机结构参数:叶片数量为3,高径比为0.5088,展弦比为14.2015。3)风机的不同运行工况也是其影响风轮特性的重要因素。采用数值仿真方法,研究了垂直轴风力机在再启动过程、停车过程、四种极端风况下的风轮特性,结果表明:在进行再启动、停车操作时,需适当延长启动/停车时间或者降低风力机的额定转速;正常垂直风剪切、极端运行阵风、极端垂直风剪切、极端风向变化等四种风况中极端风向变化对风轮特性的影响最大。本文对大型H型垂直轴风力机风轮特性的重要影响因素进行了分析,这将为垂直轴风力机向大型化、长寿命方向发展提供一定理论参考。