CN110285012A - 一种适用于水平轴风力机的双层结构聚能罩 - Google Patents

一种适用于水平轴风力机的双层结构聚能罩 Download PDF

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李国文
朱建勇
王成军
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    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/04—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor  having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels
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Abstract

一种适用于水平轴风力机的双层结构聚能罩，包括内层罩及外层罩，外层罩径向尺寸大于内层罩径向尺寸，风力机通过内支杆架设在内层罩圆心处，外层罩通过外支杆同心架设在内层罩外部，外层罩与内层罩之间形成环向气流加速通道；外层罩轴向宽度小于内层罩轴向宽度，外层罩与内层罩在背风侧对齐设置；环向气流加速通道在背风侧的间隙尺寸小于环向气流加速通道在迎风侧的间隙尺寸，环向气流加速通道的间隙在迎风侧与背风侧之间平滑过渡。本发明首次将双层结构引入聚能罩设计中，由于外层罩的存在，会对内层罩与外层罩之间气流产生加速作用，该加速气流会对流过内层罩的气流产生引射作用，二者会在叶轮后部混合并增大压差，最终提高了风力机风能利用率。

Description

一种适用于水平轴风力机的双层结构聚能罩
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水平轴风力机的双层结构聚能罩。
背景技术
目前，并网运行的大型风力发电机组多为水平轴风力发电机组，水平轴风力机一般靠叶片的升力在旋转剖面的切向分力做功，俗称升力型风力机。
虽然升力型风力机具有高尖速比、高风能利用率的优点，但也具有启动性能较弱的不足，一般的升力型风力机的启动风速都在5m/s以上，个别的升力型风力机的启动风速甚至高达7m/s，如此便导致风力机的发电量和发电范围降低。
为此，技术人员为了克服升力型风力机的启动性能较弱的不足，在传统的水平轴风力机外增设了聚能罩，通过聚能罩可以调高风速，通常可以将风速调高1.5～2倍左右。
但是，传统聚能罩始终存在一个局限性，当风力机叶轮的前后压差到达上限值时，聚能罩所收集的气流量也会达到上限值，因此，也就无法进一步提高风力机的风能利用率了。
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水平轴风力机的双层结构聚能罩，首次将双层结构引入聚能罩的设计中，由于外层罩的存在，会对内层罩与外层罩之间的气流产生加速作用，而该加速气流会对流过内层罩的气流产生引射作用，且该加速气流还会与风力机叶轮后部由内层罩流出的气流进行混合，从而整体上加速了风力机叶轮后部气流的流动，以使风力叶轮后部的压力进一步降低，此时风力机叶轮的前后部压差也得到进一步提高，进而使风力机叶轮的动能得到增加，最终进一步提高了风力机的风能利用率。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种适用于水平轴风力机的双层结构聚能罩，包括内层罩及外层罩，外层罩的径向尺寸大于内层罩的径向尺寸，风力机通过内支杆架设在内层罩的圆心处，所述外层罩通过外支杆同心架设在内层罩外部，外层罩与内层罩之间形成环向气流加速通道；所述外层罩的轴向宽度小于内层罩的轴向宽度，且外层罩与内层罩在背风侧对齐设置；所述环向气流加速通道在背风侧的间隙尺寸小于环向气流加速通道在迎风侧的间隙尺寸，且环向气流加速通道的间隙在迎风侧与背风侧之间平滑过渡。
本发明的有益效果：
本发明的适用于水平轴风力机的双层结构聚能罩，首次将双层结构引入聚能罩的设计中，由于外层罩的存在，会对内层罩与外层罩之间的气流产生加速作用，而该加速气流会对流过内层罩的气流产生引射作用，且该加速气流还会与风力机叶轮后部由内层罩流出的气流进行混合，从而整体上加速了风力机叶轮后部气流的流动，以使风力叶轮后部的压力进一步降低，此时风力机叶轮的前后部压差也得到进一步提高，进而使风力机叶轮的动能得到增加，最终进一步提高了风力机的风能利用率。
附图说明
图1为本发明的一种适用于水平轴风力机的双层结构聚能罩的结构示意图；
图中，1—内层罩，2—外层罩，3—风力机，4—内支杆，5—外支杆，6—环向气流加速通道。
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所示，一种适用于水平轴风力机的双层结构聚能罩，包括内层罩1及外层罩2，外层罩2的径向尺寸大于内层罩1的径向尺寸，风力机3通过内支杆4架设在内层罩1的圆心处，所述外层罩2通过外支杆5同心架设在内层罩1外部，外层罩2与内层罩1之间形成环向气流加速通道6；所述外层罩2的轴向宽度小于内层罩1的轴向宽度，且外层罩2与内层罩1在背风侧对齐设置；所述环向气流加速通道6在背风侧的间隙尺寸小于环向气流加速通道6在迎风侧的间隙尺寸，且环向气流加速通道6的间隙在迎风侧与背风侧之间平滑过渡。
本实施例中，风力机3的叶轮旋转直径为300mm，内层罩1迎风侧的直径为360mm，内层罩1背风侧的直径为300mm，外层罩2迎风侧的直径为420mm，外层罩2背风侧的直径为360mm，内层罩1及外层罩2均采用厚度为0.2mm的铝板制造，内支杆4和外支杆5均采用直径为φ2mm的铝合金杆制造。
随着风力机3的启动，内层罩1内部气流的流通能力会随着风力机3叶轮的转速发生变化，当风力机3叶轮的前部压力达到平衡后，内层罩1内部气流的流量将不在发生改变，即内层罩1内部气流的流通能力将达到上限值。此时，如果没有外层罩2的存在，仅依靠内层罩1，风力机3的风能利用率也将达到瓶颈。
由于外层罩2的存在，当气流流经内层罩1与外层罩2之间的环向气流加速通道6后，会使气流产生加速作用，而加速后的气流从环向气流加速通道6流出后，会直接与从内层罩1流出的气流进行混合，并对从内层罩1流出的气流产生引射作用，进而使风力机3叶轮的后部气流产生加速，并使风力机3叶轮的后部压力进一步降低，直接结果就是风力机3叶轮的前后部压差增大，进而使风力机3叶轮的动能得到增加，最终进一步提高了风力机3的风能利用率。
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)

1.一种适用于水平轴风力机的双层结构聚能罩，其特征在于：包括内层罩及外层罩，外层罩的径向尺寸大于内层罩的径向尺寸，风力机通过内支杆架设在内层罩的圆心处，所述外层罩通过外支杆同心架设在内层罩外部，外层罩与内层罩之间形成环向气流加速通道；所述外层罩的轴向宽度小于内层罩的轴向宽度，且外层罩与内层罩在背风侧对齐设置；所述环向气流加速通道在背风侧的间隙尺寸小于环向气流加速通道在迎风侧的间隙尺寸，且环向气流加速通道的间隙在迎风侧与背风侧之间平滑过渡。
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