CN109779828B - 一种适用于聚能式微小型风力机的高效集风罩 - Google Patents

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Abstract

一种适用于聚能式微小型风力机的高效集风罩，包括圆弧段、边缘刚性直线段及边缘柔性直线段；圆弧段圆心角为120°；圆弧段来流上游侧端点为A，来流下游侧端点为B，线段AB长度为L，圆弧段圆心点为O，圆弧段半径为r；圆心点O与风轮回转中心线的垂线在中心线上交点为C，圆弧段圆弧中间点为D，线段OC与OD夹角β为0～30°；β＝0时，线段AB中间点设为坐标系(X、Y)的原点O′，风轮回转中心线平行X轴且垂直Y轴；坐标系内，端点A坐标为(XA、YA)，端点B的坐标为(XB、YB)；边缘刚性直线段与风轮回转中心线垂直，其内端与端点A相连；边缘柔性直线段与风轮回转中心线垂直，其内端与边缘刚性直线段外端相连；两直线段长度为0.1～0.5倍风轮回转半径。

Description

一种适用于聚能式微小型风力机的高效集风罩
技术领域
本发明属于风力发电技术领域，特别是涉及一种适用于聚能式微小型风力机的高效集风罩。
背景技术
目前，能源紧缺和环境污染是已经成为威胁人类发展的两大主要问题，积极开发和利用新能源则是缓解上述问题的有效途径之一。风能作为一种可再生无污染的清洁能源，经过几十年的发展，风电技术现已成为发展和应用最成熟的技术之一。对于微小型风力发电系统来说，其更适用于分布式发电领域，不仅能够提供电能，而且能够有效降低电能传输过程的损耗。然而，微小型风力发电系统仍然面临变风向、低风速和高湍流度等因素的挑战。只有微小型风力发电系统在城市复杂风场环境下应用发电，才会使分布式发电具有发展前景，为其它诸如充电装置、自动化系统以及低耗能装置的可替代技术也才能得到发展。
为了解决复杂风场环境时的变风向和低风速的技术难题，聚能型微小型风力机得到发展，聚能型微小型风力机的集风罩环绕在水平轴风力机外周侧，通过集风罩可以诱导更多空气流过水平轴风力机，同时因集风罩的存在，还可以对风力机叶片的叶尖损失产生一定的抑制作用。但是，现阶段采用的集风罩普遍具有大扩张角，虽然有利于集风，但较大的外形尺寸会导致集风罩的气动载荷显著增加。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种适用于聚能式微小型风力机的高效集风罩，摒弃了传统的大扩张角设计结构，采用了全新的气动外形，在低风速下具有更高的集风系数，能够有效提高风力机的输出功率，在高风速下能够大幅度减小气动载荷。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种适用于聚能式微小型风力机的高效集风罩，包括圆弧段、边缘刚性直线段及边缘柔性直线段；
所述圆弧段的圆心角记为θ，且θ＝120°；
所述圆弧段的来流上游侧的端点记为A，圆弧段的来流下游侧的端点记为B，线段AB的长度设为L，圆弧段的圆心点记为O，圆弧段的半径记为r；
所述圆心点O与风力机风轮回转中心线的垂线在风力机风轮回转中心线上的交点记为C，圆弧段的圆弧中间点记为D，线段OC与线段OD的夹角记为β，且β＝0～30°；
当β＝0时，所述线段AB的中间点设为坐标系(X、Y)的原点O′，坐标系(X、Y)的X轴与风力机风轮回转中心线相平行，坐标系(X、Y)的Y轴与风力机风轮回转中心线相垂直；
在所述坐标系(X、Y)内，所述圆弧段的端点A的坐标为(XA、YA)；
其中，式中，L为线段AB的长度，r为圆弧段的半径，β为线段OC与线段OD的夹角；
在所述坐标系(X、Y)内，所述圆弧段的端点B的坐标为(XB、YB)；
其中，式中，L为线段AB的长度，r为圆弧段的半径，β为线段OC与线段OD的夹角；
所述边缘刚性直线段与风力机风轮回转中心线相垂直，边缘刚性直线段内端与圆弧段的端点A相连，边缘刚性直线段的长度记为H1，且H1＝0.1R～0.5R，其中，R为风力机风轮回转半径；
所述边缘柔性直线段与风力机风轮回转中心线相垂直，边缘柔性直线段内端与边缘刚性直线段外端相连，边缘柔性直线段的长度记为H2，且H2＝0.1R～0.5R，其中，R为风力机风轮回转半径。
本发明的有益效果：
本发明的适用于聚能式微小型风力机的高效集风罩，摒弃了传统的大扩张角设计结构，采用了全新的气动外形，在低风速下具有更高的集风系数，能够有效提高风力机的输出功率，在高风速下能够大幅度减小气动载荷。
附图说明
图1为本发明的一种适用于聚能式微小型风力机的高效集风罩的立体图；
图2为本发明的一种适用于聚能式微小型风力机的高效集风罩的正向剖视图；
图中，1—圆弧段，2—边缘刚性直线段，3—边缘柔性直线段，4—风力机风轮回转中心线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1、2所示，一种适用于聚能式微小型风力机的高效集风罩，包括圆弧段1、边缘刚性直线段2及边缘柔性直线段3；
所述圆弧段1的圆心角记为θ，且θ＝120°；
所述圆弧段1的来流上游侧的端点记为A，圆弧段1的来流下游侧的端点记为B，线段AB的长度设为L，圆弧段1的圆心点记为O，圆弧段1的半径记为r；
本实施例中，L＝1000mm，r＝577mm；
所述圆心点O与风力机风轮回转中心线4的垂线在风力机风轮回转中心线4上的交点记为C，圆弧段1的圆弧中间点记为D，线段OC与线段OD的夹角记为β，且β＝0～30°；
本实施例中，β取30°；
当β＝0时，所述线段AB的中间点设为坐标系(X、Y)的原点O′，坐标系(X、Y)的X轴与风力机风轮回转中心线4相平行，坐标系(X、Y)的Y轴与风力机风轮回转中心线4相垂直；
在所述坐标系(X、Y)内，所述圆弧段1的端点A的坐标为(XA、YA)；
其中，式中，L为线段AB的长度，r为圆弧段1的半径，β为线段OC与线段OD的夹角；
本实施例中，将L＝1000mm、r＝577mm及β＝30°带入上述公式，可以求得圆弧段1的端点A的坐标为(-290、-212)；
在所述坐标系(X、Y)内，所述圆弧段的端点B的坐标为(XB、YB)；
其中，式中，L为线段AB的长度，r为圆弧段1的半径，β为线段OC与线段OD的夹角；
本实施例中，将L＝1000mm、r＝577mm及β＝30°带入上述公式，可以求得圆弧段1的端点A的坐标为(712、212)；
所述边缘刚性直线段2与风力机风轮回转中心线4相垂直，边缘刚性直线段2内端与圆弧段1的端点A相连，边缘刚性直线段2的长度记为H1，且H1＝0.1R～0.5R，其中，R为风力机风轮回转半径；本实施例中，R＝2500mm，H1＝0.1R＝250mm；
所述边缘柔性直线段3与风力机风轮回转中心线4相垂直，边缘柔性直线段3内端与边缘刚性直线段2外端相连，边缘柔性直线段3的长度记为H2，且H2＝0.1R～0.5R，其中，R为风力机风轮回转半径；本实施例中，R＝2500mm，H2＝0.1R＝250mm。
当聚能式微小型风力机安装了本发明的高效集风罩后，在低风速下，集风罩的边缘柔性直线段3的变形量可以忽略不计，边缘刚性直线段2的高度视为不变，此时通过集风罩的圆弧段1进行高效集风，用以提高风力机的输出功率；在高风速下，集风罩的边缘柔性直线段3的变形量增大，使边缘刚性直线段2的高度变小，最终使集风罩的所受的气动载荷减小。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (1)

1.一种适用于聚能式微小型风力机的高效集风罩，其特征在于：包括圆弧段、边缘刚性直线段及边缘柔性直线段；
所述圆弧段的圆心角记为θ，且θ＝120°；
所述圆弧段的来流上游侧的端点记为A，圆弧段的来流下游侧的端点记为B，线段AB的长度设为L，圆弧段的圆心点记为O，圆弧段的半径记为r；
所述圆心点O与风力机风轮回转中心线的垂线在风力机风轮回转中心线上的交点记为C，圆弧段的圆弧中间点记为D，线段OC与线段OD的夹角记为β，且β＝0～30°；
当β＝0时，所述线段AB的中间点设为坐标系(X、Y)的原点O′，坐标系(X、Y)的X轴与风力机风轮回转中心线相平行，坐标系(X、Y)的Y轴与风力机风轮回转中心线相垂直；
在所述坐标系(X、Y)内，所述圆弧段的端点A的坐标为(XA、YA)；
其中，式中，L为线段AB的长度，r为圆弧段的半径，β为线段OC与线段OD的夹角；
在所述坐标系(X、Y)内，所述圆弧段的端点B的坐标为(XB、YB)；
其中，式中，L为线段AB的长度，r为圆弧段的半径，β为线段OC与线段OD的夹角；
所述边缘刚性直线段与风力机风轮回转中心线相垂直，边缘刚性直线段内端与圆弧段的端点A相连，边缘刚性直线段的长度记为H1，且H1＝0.1R～0.5R，其中，R为风力机风轮回转半径；
所述边缘柔性直线段与风力机风轮回转中心线相垂直，边缘柔性直线段内端与边缘刚性直线段外端相连，边缘柔性直线段的长度记为H2，且H2＝0.1R～0.5R，其中，R为风力机风轮回转半径。
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