CN115875215A - 风力发电机组及尾流整流装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电机组，包括叶轮和机舱，所述叶轮安装于所述机舱的前端，还包括栅格网，所述栅格网安装于所述机舱的后端，所述栅格网与所述机舱相对固定。该风力发电机组的结构设计能够减少叶轮的尾流对下游机组的影响，应用于风场时，可在缩短机组之间的距离的基础上，提升风场的发电量。本发明还公开了一种尾流整流装置。

Description

风力发电机组及尾流整流装置

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种风力发电机组及尾流整流装置。

背景技术

风力发电机组是将风能转换为机械能，机械能转换为电能的电力设备，随着技术的成熟和进步，陆上风场及海上风场均处于大规模的开发阶段。

风力发电机组在旋转运行过程中，在叶轮的后方会产生一个尾流区域，该区域会影响10～20倍叶轮直径范围内的流场，即上游机组的尾流会对下游机组的发电量造成影响。

为了降低上游机组的尾流对下游机组的发电量的影响，需要将风场内每两台机组的间距增大，但这样一来就会使整个风场的面积以及导线的铺设长度大幅增加，整个风电项目的成本急速上升。

目前，在安装面积和建设成本的限制下，风力发电机组与风力发电机组之间的距离普遍在3～5倍叶轮直径之间，该距离实际上并不足以消除上游机组的尾流对下游机组的影响，尾流的影响会使整个风场的发电效率降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种风力发电机组及尾流整流装置，该尾流整流装置安装在风力发电机组的尾部，其结构设计能够减少叶轮的尾流对下游机组的影响，应用于风场时，可在缩短机组之间的距离的基础上，提升风场的发电量。

为解决上述技术问题，本发明提供一种风力发电机组，包括叶轮和机舱，所述叶轮安装于所述机舱的前端，还包括栅格网，所述栅格网安装于所述机舱的后端，所述栅格网与所述机舱相对固定。

本发明提供的风力发电机组在机舱的后端固定有栅格网，这样，前端的叶轮旋转产生的涡流传递到机舱的后端时，会被栅格网的网孔分割，由大尺度的涡流转化为小尺度的涡流，从而降低对下游机组发电量的影响。该风力发电机组的结构设置在应用与风场时，能够在缩短机组之间的距离的基础上，提升风场的发电量。

如上所述的风力发电机组，所述栅格网的中心轴线与所述叶轮的中心轴线重合。

如上所述的风力发电机组，所述栅格网的整体形状为圆形、多边形、椭圆形或正方形之一。

如上所述的风力发电机组，所述栅格网通过支撑桁架与所述机舱相对固定。

如上所述的风力发电机组，所述支撑桁架呈锥形结构，其小径端与所述机舱的机舱罩固定连接，其大径端与所述栅格网固定连接。

如上所述的风力发电机组，所述支撑桁架上设有加强筋。

如上所述的风力发电机组，所述机舱罩在与所述支撑桁架连接的部位设有加强结构。

如上所述的风力发电机组，还包括设置在所述栅格网上的避雷针，用于防止所述栅格网遭受雷击；所述避雷针通过导线和所述机舱内的电缆与接地电位连接。

如上所述的风力发电机组，所述栅格网具有多个网孔，所述网孔形状为圆形、四边形、三角形和六边形中的至少一种。

如上所述的风力发电机组，所述栅格网为玻纤复合材料制成的栅格网。

如上所述的风力发电机组，所述栅格网的表面经过防盐雾处理。

如上所述的风力发电机组，所述栅格网与所述机舱的后端面之间的距离为所述机舱的长度的2～5倍。

如上所述的风力发电机组，所述栅格网的面积为所述叶轮的扫风面积的15％～30％。

如上所述的风力发电机组，所述栅格网的厚度为3～10mm。

本发明还提供一种尾流整流装置，用于安装在风力发电机组机舱的尾部，包括栅格网和支撑桁架，所述栅格网上固定安装有所述支撑桁架。

如上所述的尾流整流装置，所述支撑桁架呈锥形结构，其小径端用于与所述机舱的机舱罩固定连接，其大径端与所述栅格网固定连接。

如上所述的尾流整流装置，所述栅格网的整体形状为圆形、多边形、椭圆形或正方形之一。

如上所述的尾流整流装置，所述支撑桁架上设有加强筋。

如上所述的尾流整流装置，还包括设置在所述栅格网上的避雷针，用于防止所述栅格网遭受雷击。

如上所述的尾流整流装置，所述栅格网具有多个网孔，所述网孔形状为圆形、四边形、三角形和六边形中的至少一种。

如上所述的尾流整流装置，所述栅格网为复合材料制成的栅格网。

如上所述的尾流整流装置，所述栅格网的表面经过防盐雾处理。

如上所述的尾流整流装置，所述栅格网的厚度为3～10mm。

附图说明

图1为本发明所提供风力发电机组的一种实施例的结构示意图；

图2为图1中风力发电机组的机舱的结构示意图；

图3为本发明所提供第一实施例的栅格网的结构示意图；

图4为本发明所提供第二实施例的栅格网的结构示意图；

图5为本发明所提供第三实施例的栅格网的结构示意图。

附图标记说明：

塔架11，机舱12，机舱罩121，叶轮13，栅格网14，网孔14a、14b、14c，支撑桁架15，杆部151，加强筋152，避雷针16，导线17。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1和图2，图1为本发明所提供风力发电机组的一种实施例的结构示意图；图2为图1中风力发电机组的机舱的结构示意图。

该实施例中，风力发电机组包括塔架11、安装在塔架11上的机舱12和叶轮13，其中，机舱12内主要安装风力发电机组的主要设备，包括齿轮箱、发电机和偏航装置等。

叶轮13安装在机舱12的前端。本文中定义叶轮13所在的一端为前端，相应地，远离叶轮13的一端为后端，只是为了表述清楚及方便，不应理解为对保护范围的限制。

风力发电机组还包括安装在机舱12后端的栅格网14，可以理解，栅格网14和叶轮13分别位于机舱12的两端。以图1和图2所示方位来说，机舱12的左侧为前端，安装有叶轮13，右侧为后端，安装有栅格网14。栅格网14为具有网孔的网状结构。

图示中，叶轮13包括三支叶片，叶轮13旋转时会产生叶根涡流和叶尖涡流两种类型的气流漩涡，叶根涡流会在叶轮13的中心处融合，同时受到机舱12的干扰会形成一股中心涡流，三支叶片的叶尖分别产生三股叶尖涡流，中心涡流和三股叶尖涡流是一台风力发电机组的尾流中的主要成分，这些涡流可以传播到下游，后方的机组遇到这样的气流，其发电量会大幅下降。

该实施例中，在风力发电机组的机舱12的后端即远离叶轮13的一端安装有栅格网14，这样，前述中心涡流传播到栅格网14处时会被栅格网14分割而整流，根据栅格网14的大小设置，也会对叶尖涡流起到一定的整流作用，即通过栅格网14可以将尾流中的大尺度涡流转化为小尺度的涡流，大幅降低对下游的机组发电量的影响，该风力发电机组应用至风场后，因削弱了尾流对下游机组的影响，所以可以缩短机组之间的距离，提升风场的发电量。

该实施例中，为确保栅格网14对叶轮13产生的涡流的整流作用，栅格网14与机舱12相对固定，这样，即便是偏航时也能确保栅格网14始终位于叶轮13的后方，一直起到对叶轮13产生的涡流进行整流的作用。

具体设置时，栅格网14的中心轴线与叶轮13的中心轴线重合，以尽可能地使栅格网14的整流作用最大化，尽可能地降低尾流对下游机组的影响。

具体的，栅格网14的整体形状为圆形，以便将叶轮13的中心涡流都转化为小尺度涡流。在其他实施例中，栅格网14的整体形状也可以为多边形或者椭圆形或者正方形等形状。

在此基础上，栅格网14具体可通过支撑桁架15与机舱12的机舱罩121固定连接。

该实施例中，支撑桁架15大致呈锥形形状，具有小径端和大径端，支撑桁架15的小径端即图2中的左端)与机舱罩121固定连接，大径端即图2中的右端)与栅格网14固定连接，可以理解，支撑桁架15的大径端的尺寸与栅格网14的直径相当，栅格网14的周壁与支撑桁架15的大径端固接，以确保固定效果，避免栅格网14松动或位置偏移。根据支撑桁架15的长度，可以在支撑桁架15合适位置设置加强筋，数量不限，以提高支撑桁架15的强度，确保对栅格网14的支撑和固定效果。

如图2所示，支撑桁架15包括若干个杆部151，这些杆部151沿支撑桁架15的周向排布形成支撑桁架15的主体框架，杆部151的一端与机舱罩121固接，另一端与栅格网14的周壁固接，视支撑桁架15的杆部151的长度，可以在杆部151适当位置设置加强筋152，加强筋152连接相邻两个杆部151，以确保栅格网14安装的可靠性和稳定性。

可以理解，在其他实施例中，栅格网14的整体形状也可以不设为圆形，比如可以为椭圆形或者矩形或者多边形等，不管栅格网14的整体形状如何，支撑桁架15的具体结构可以随之做适应性地变化，但可以都选桁架形式，以在起到很好地支撑固定栅格网14的同时，尽量地减轻重量；当然，也可以用其他结构形式来实现栅格网14与机舱罩121的固定。

具体的，机舱罩121在与支撑桁架15连接的部位设有加强结构，以确保对支撑桁架15和栅格网14有足够的承载能力。

加强结构具体可以是机舱罩121在对应位置的加厚设置，或者设置有加强筋等结构，加强结构的具体形式不限。

该实施例中，风力发电机组还包括设置在栅格网14上的避雷针16，用于防止栅格网14遭受雷击而被破坏，避雷针16通过导线17和机舱12内的电缆与接地电位连接，导线17可以沿着支撑桁架15走线。

请一并参考图3至图5，图3为本发明所提供第一实施例的栅格网的结构示意图；图4为本发明所提供第二实施例的栅格网的结构示意图；图5为本发明所提供第三实施例的栅格网的结构示意图。

具体实施时，栅格网14的网孔形状可根据实际需要选择，比如为图3中所示的四边形形状的网孔14a，或者为图4所示的三角形形状的网孔14b，或者为图5所示的六边形形状的网孔14c。

当然，除了图示的三种形状外，栅格网14的网孔形状还可以为其他形状，比如圆形或椭圆形或其他多边形或者不规则形状等。

图3至图5所示的栅格网14结构中，每个栅格网14的网孔的大小都一致，可以理解，在实际设置时，对于同一栅格网14来说，其网孔大小可以不同设置。

图3至图5所示的栅格网14结构中，每个栅格网14的网孔的形状都一致，可以理解，在实际设置时，对于同一栅格网14来说，其网孔形状可以不同设置，比如既有三角形形状又有圆形形状或四边形形状等。

具体的，栅格网14的厚度可以为3～10mm；为保证好的整流效果，栅格网14的面积为叶轮13的扫风面积的15％～30％，栅格网14与机舱12的后端面之间的距离为机舱12的长度的2～5倍。距离太近，效果会大打折扣，但是距离太远，对支撑桁架15要求比较高。

实际设置时，栅格网14的网孔形状，网孔大小、网孔密度以及栅格网14自身的厚度，栅格网14的大小以及栅格网14与机舱12后端面之间的距离等均可以根据实际需要进行设置，不限于上述所述。

因风力发电机组在室外条件下工作，所以栅格网14的工作环境也是条件恶劣的室外，为防止材料腐蚀损伤，栅格网14可以采用复合材料，具体为玻纤复合材料、碳纤复合材料或者是碳玻混合复合材料，具体可以采用喷砂工艺制成或灌注工艺制成。

当风力发电机组应用于海上时，为避免盐雾的腐蚀，还可以对栅格网14的表面进行防盐雾处理。

除了上述风力发电机组外，本发明还提供一种尾流整流装置，用于安装在风力发电机组机舱的尾部，包括栅格网14和支撑桁架15，栅格网14上固定安装有支撑桁架15。

组装时，栅格网14通过支撑桁架15安装在机舱12的尾部即后端，具体的，支撑桁架15可以呈锥形结构，其小径端与机舱12的机舱罩121固定连接，大径端与栅格网14固定连接。

具体的，可以在栅格网14上设置避雷针16，用于防止栅格网14遭受雷击。

栅格网14的形状设置，其上的网孔形状设置、其材料选择以及其相关尺寸等均可参考前述风力发电机组中的说明理解，此处不再重复。支撑桁架15的具体结构形式等也可参考前述风力发电机组中的说明理解，也不再重复说明。

以上对本发明所提供的一种风力发电机组及尾流整流装置均进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (23)

1.风力发电机组，包括叶轮(13)和机舱(12)，所述叶轮(13)安装于所述机舱(12)的前端，其特征在于，还包括栅格网(14)，所述栅格网(14)安装于所述机舱(12)的后端，所述栅格网(14)与所述机舱(12)相对固定。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组，其特征在于，所述栅格网(14)的中心轴线与所述叶轮(13)的中心轴线重合。

3.根据权利要求1所述的风力发电机组，其特征在于，所述栅格网(14)的整体形状为圆形、多边形、椭圆形或正方形之一。

4.根据权利要求1所述的风力发电机组，其特征在于，所述栅格网(14)通过支撑桁架(15)与所述机舱(12)相对固定。

5.根据权利要求4所述的风力发电机组，其特征在于，所述支撑桁架(15)呈锥形结构，其小径端与所述机舱(12)的机舱罩(121)固定连接，其大径端与所述栅格网(14)固定连接。

6.根据权利要求4所述的风力发电机组，其特征在于，所述支撑桁架(15)上设有加强筋。

7.根据权利要求5所述的风力发电机组，其特征在于，所述机舱罩(121)在与所述支撑桁架(15)连接的部位设有加强结构。

8.根据权利要求1所述的风力发电机组，其特征在于，还包括设置在所述栅格网(14)上的避雷针(16)，用于防止所述栅格网(14)遭受雷击；所述避雷针(16)通过导线(17)和所述机舱(12)内的电缆与接地电位连接。

9.根据权利要求1-8任一项所述的风力发电机组，其特征在于，所述栅格网(14)具有多个网孔，所述网孔形状为圆形、四边形、三角形和六边形中的至少一种。

10.根据权利要求1-8任一项所述的风力发电机组，其特征在于，所述栅格网(14)为复合材料制成的栅格网。

11.根据权利要求1-8任一项所述的风力发电机组，其特征在于，所述栅格网(14)的表面经过防盐雾处理。

12.根据权利要求1-8任一项所述的风力发电机组，其特征在于，所述栅格网(14)与所述机舱(12)的后端面之间的距离为所述机舱(12)的长度的2～5倍。

13.根据权利要求1-8任一项所述的风力发电机组，其特征在于，所述栅格网(14)的面积为所述叶轮(13)的扫风面积的15％～30％。

14.根据权利要求1-8任一项所述的风力发电机组，其特征在于，所述栅格网(14)的厚度为3～10mm。

15.尾流整流装置，用于安装在风力发电机组机舱的尾部，其特征在于，包括栅格网(14)和支撑桁架(15)，所述栅格网(14)上固定安装有所述支撑桁架(15)。

16.根据权利要求15所述的尾流整流装置，其特征在于，所述支撑桁架(15)呈锥形结构，其小径端用于与所述机舱(12)的机舱罩(121)固定连接，其大径端与所述栅格网(14)固定连接。

17.根据权利要求15所述的尾流整流装置，其特征在于，所述栅格网(14)的整体形状为圆形、多边形、椭圆形或正方形之一。

18.根据权利要求15所述的尾流整流装置，其特征在于，所述支撑桁架(15)上设有加强筋。

19.根据权利要求15所述的尾流整流装置，其特征在于，还包括设置在所述栅格网(14)上的避雷针(16)，用于防止所述栅格网(14)遭受雷击。

20.根据权利要求15所述的尾流整流装置，其特征在于，所述栅格网(14)具有多个网孔，所述网孔形状为圆形、四边形、三角形和六边形中的至少一种。

21.根据权利要求15所述的尾流整流装置，其特征在于，所述栅格网(14)为复合材料制成的栅格网。

22.根据权利要求15所述的尾流整流装置，其特征在于，所述栅格网(14)的表面经过防盐雾处理。

23.根据权利要求15所述的尾流整流装置，其特征在于，所述栅格网(14)的厚度为3～10mm。

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