CN108204330A - 风力机增能器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于风力发电机的基于空气动力学的风力增能器(1)，包括风力机前方设置的具有流线型剖面的导流板(3)及其支撑结构(2)。基于不同的风力机轮毂高度和叶片长度，在保证不干涉风力机叶片转动和不产生有害气动干扰的情况下，在风力机前方附近设置合适尺寸的风力机增能器(1)，通过在风力机叶轮上游处形成一个收缩的通道，提高了风力机叶轮区域气流的平均速度，使速度分布更加均匀，由此提高了风力机的效率，降低了风力机起动风速，改善了风轮运行的稳定性，降低了风轮转轴受到的外力矩，提高了叶片、轮毂和传动系统的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种风力机增能器。
技术背景
在各种可再生能源中，风能是相对比较成熟的技术。
由于大气的地面附面层的存在，地面附近风速接近于零，气流的速度到一定高度才能达到较高水平，这使得通过风力机叶轮的气流速度有不可忽视的损失。且由于大气附面层存在着较大的速度梯度，使得风力机风轮在运行过程中承受周期性的不均匀载荷，这将导致风力机叶片受到周期性疲劳损伤，风力机机械传动结构的磨损加大。改善风力机叶轮前方气流的速度分布是解决上述问题的关键。
另一方面，迄今为止，大量的投资被投放到了叶片设计、塔架设计和发动机设计等上面，对于进入风力机的气流问题的关注相对较少。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种风力机增能器，其特征在于包括：导流板，其至少一部分被设置在风力机的叶片的前方，用于改变气流运动。
根据本发明的一个进一步的方面，上述的风力机增能器进一步包括：支撑结构，用于支撑所述导流板。
根据本发明的一个进一步的方面，上述的风力机增能器的特征在于:
导流板的高度低于叶片的尖部在转动过程中的最低点，
导流板具有流线型剖面，能够使气流平滑流动，不产生分离，从而保证在不损耗气流能量的情况下提高气流的平均速度，改善气流的速度分布，使气流更加集中于风轮扫掠区域，使风速沿风轮高度方向分布更加均匀。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的风力机增能器的原理图；
图2显示了根据本发明的一个实施例的风力机增能器的配置结构；
图3显示了根据本发明的一个实施例的风力机增能器在单个风力机的场合下的安装示意图；
图4显示了根据本发明的一个实施例的风力机增能器在多个排列式风力机的场合下的安装示意图。
附图标记：
1：风力增能器；2：支撑结构；3：导流板。
具体实施方式
针对上述现有技术的问题，本发明一方面涉及针对进入风力机的气流进行的优化，另一方面则提供了改善风力机叶轮前方气流的速度分布的解决方案。
本发明提供了一种风力机增能器，作为运用空气动力学原理改变风力机风轮前方气流状态的工具。
根据本发明的一个实施例的风力机增能器的结构和配置如图2所示，其中，风力机增能器包括导流板3和支撑结构2。其中，支撑结构2支撑着导流板3。导流板3的至少一部分被设置在风力机叶片的气流上游的位置。
根据本发明的风力机增能器1的原理如图1所示。风力机增能器1在风力机前方形成一个收缩通道，基于低速空气流动的伯努利方程，这将使风力机叶轮区域的空气流量增大，平均速度提高；同时，通过大幅提高底部风速，少量提高顶部风速，使速度分布更加均匀。
根据本发明的风力机增能器1的优点在于，通过将流速提高，并且流速提高的区域集中在风轮扫掠的范围内，可以有效的弥补大气附面层中地面对气流的减速带来的亏损，从而持续地增加风力机的效率，降低风力机起动风速。同时，由于提高了风轮扫掠范围内的气流速度分布的均匀性，使得风力机叶片在每个转动周期内的叶片受力的不均匀性大大减小，减小了风力机叶片受到的周期性疲劳损伤，提高了风轮运行的稳定性，降低了风轮转轴受到的外力矩，从而减小了叶片、轮毂、传动系统的机械疲劳损伤，大大地提高了整个风力机的使用寿命，节约了风力机的维护成本。
根据本发明的一个实施例，为了保证气流经过导流板3时平滑流动，减少分离，导流板3剖面设计成向气流的来流方向凸出的、曲率适中的圆弧型。
导流板3的具体几何参数根据不同的风力机的参数，如：叶片长度、轮毂高度、塔筒尺寸等，以及实际地形情况等，而得到确定。考虑抗风能力和气流收缩效率，导流板3的倾斜角选择为约30到50度(需要在图中显示出该“倾斜角”)。导流板3的高度不高于叶片尖部转动过程中的最低点，以避免可能的干涉和气流干扰。
根据本发明的具体实施例，导流板3的支撑结构2可以采用实心的水泥结构，从而可以保证坚固耐用；也可以采用金属焊接结构，从而可以更加灵活地拆卸、运输和组装。
根据不同的实际风力机部署情况，可以使用不同的导流板安装方式。在一个实施例中，导流板和支撑结构可以是一体的。在另一些实施例中，可以省略单独的支撑结构(例如在下文所述的环绕式的风力增能器中(图3)。)
例如对于风向变化较大的独立部署风力机，可以采用环绕式的风力增能器1，如图3所示。
在根据本发明的一个具体实施例中，考虑到可能的气流干扰，环绕式风力增能器1的导流板的半径选择为约等于风力机叶片的长度。
根据本发明的一个具体实施例，在风向比较固定的成排的大型风力机阵列中，采用排列式风力增能器1，即线型风力增能器1，如图4所示。在根据本发明的一个具体实施例中，考虑到可能的气流干扰，排列式风力增能器的导流板与风力塔筒的水平距离选择为约等于风力机叶片的长度。
根据实际情况，在根据本发明的一个具体实施例中，在风力增能器的导流板上安装有太阳能电池板；在根据本发明的另一个具体实施例中，直接由太阳能电池板构成导流板，形成风光互补系统，以获得更多的能源和更强的适应性。
Claims (10)
1.一种风力机增能器(1)，其特征在于包括：
导流板(3)，其至少一部分被设置在风力机的叶片的前方，用于改变气流运动。
2.根据权利要求1所述的风力机增能器(1)，其特征在于进一步包括：
支撑结构(2)，用于支撑所述导流板(3)。
3.根据权利要求1所述的风力机增能器(1)，其特征在于:
导流板(3)的高度低于叶片的尖部在转动过程中的最低点，
导流板(3)具有流线型剖面，能够使气流平滑流动，不产生分离，从而保证在不损耗气流能量的情况下提高气流的平均速度，改善气流的速度分布，使气流更加集中于风轮扫掠区域，使风速沿风轮高度方向分布更加均匀。
4.根据权利要求1所述的风力机增能器(1)，其特征在于：
支撑结构(2)保证导流板(3)的结构不被破坏，并帮助形成和维持导流板的流线型。
5.根据权利要求1所述的风力机增能器(1)，其特征在于：
导流板(3)为围绕所述风力机的环形导流板(3)。
6.根据权利要求5所述的风力机增能器(1)，其特征在于：
导流板(3)的半径约等于风力机的叶片的长度。
7.根据权利要求1所述的风力机增能器(1)，其特征在于：
导流板(3)为设置在风力机的叶片的气流上游侧的线型导流板(3)。
8.根据权利要求1所述的风力机增能器(1)，其特征在于：
导流板(3)为设置在并排的多个风力机的叶片的气流上游侧的线型导流板(3)。
9.根据权利要求7或8所述的风力机增能器(1)，其特征在于：
导流板(3)与风力机的风力塔筒的水平距离为约等于风力机的叶片的长度。
10.根据权利要求1－9之一所述的风力机增能器(1)，其特征在于：
导流板(1)表面上安装有太阳能电池板，以形成风光互补的发电装置。
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Cited By (1)
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| CN115506964A (zh) * | 2022-09-27 | 2022-12-23 | 华能广东汕头海上风电有限责任公司 | 一种带有阻风结构的海上风电系统 |
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- 2016-12-16 CN CN201611168140.5A patent/CN108204330A/zh active Pending
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