CN202900528U - 一种新型流体加速装置 - Google Patents

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张兴
刘洁
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Abstract

本实用新型涉及一种新型流体加速装置,包括一个截面积逐渐扩大的筒体、筒体出口的挡板及筒体入口处渐缩的曲面,所述筒体出口处的挡板连接在筒体的出口处,风轮或叶轮放置在筒体入口附近,流速方向为从左向右,特征是:所述筒体出口的挡板与筒体轴线的夹角为5°~89°。所述筒体壁面制成直线型或制成曲线形,以增强抽吸效果。本实用新型能提高空气或水流速度,从而增加同等流速下风力机或水轮机的发电量;风力机或者水轮机能够自动对准来流方向;风力机或水轮机各零部件受到的载荷也会下降,有利于增加风力机或水轮机整体的寿命。

Description

一种新型流体加速装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种新型流体加速装置,属于风力发电和水流发电技术领域。
背景技术
[0002] 能源问题与人类的生存息息相关。由于地球储存的化石燃料日渐衰竭,以及大量化石燃料燃烧导致的环境问题,人们开始探索可再生清洁能源的利用,例如水能、太阳能、风能等。利用风力机或水轮机进行发电是可再生能源利用的常见方式。根据流体力学知识,风力机或水轮机的发电功率与扫掠面积成正比,与流速的三次方成正比。增加风轮或叶轮的直径有利于提高发电功率,但考虑到制造难度、零部件强度要求等原因,直径不能过大。如果利用特殊装置提高流体的速度,则能使发电功率大大增加。目前已有专利采用“聚集”风能或水能的方法,通过增加流体速度提高发电功率。中国专利CN2215606Y (公开日期1995年12月20日)提出了一种“浓缩流体型发电装置”,利用先收缩后扩张的夹层结构聚集流体的动能,并在扩张段开孔提高聚能效果。中国专利CN101363414A(公开日期2009年2月11日)采用隔板构成渐缩喷嘴使流体增速。中国专利CN201263456U (公开日期2011年9月7日)提出收缩扩张流道,风力机风轮或水轮机叶轮安装于速度最大的喉部。
[0003] 现有的专利虽然能够提高流体速度,但大多装置复杂,体积甚至大于风轮或叶轮,增加了制造难度,不便于工程应用。此外,这些流体增速装置也增加了风力机或水轮机在流动方向上的载荷,使支撑结构的倾翻力矩和零部件的应力增加,所以支撑结构和零部件的厚度必须增加以满足强度要求。这不仅不利于风力机或水轮机整体的轻量化,而且增加了制造成本。
发明内容
[0004] 本实用新型 的目的在于克服上述不足之处,提供一种新型流体加速装置,该流体加速装置不仅能够实现良好的增速效果,提高同等流速下风力机或水轮机的发电功率,并且能够降低整个装置在流速方向上的载荷。
[0005] 按照本实用新型提供的技术方案,一种新型流体加速装置包括一个截面积逐渐扩大的筒体、筒体出口的挡板及筒体入口处渐缩的曲面,所述筒体出口处的挡板连接在筒体的出口处,风轮或叶轮放置在筒体入口附近,流速方向为从左向右,特征是:所述筒体出口的挡板与筒体轴线的夹角Φ为5° ^89°。
[0006] 作为本实用新型的进一步改进,所述优选方案为,所述筒体出口的挡板与筒体轴线的夹角Φ为50°或30°。
[0007] 作为本实用新型的进一步改进,所述筒体壁面制成直线型或制成曲线形,以增强抽吸效果。
[0008] 作为本实用新型的进一步改进,所述筒体为渐扩式,截面较小的左侧为流体入口,截面较大的右侧为流体出口。
[0009] 本实用新型与已有技术相比具有以下优点:[0010]1、提高空气或水流速度,从而增加同等流速下风力机或水轮机的发电量;
[0011] 2、风力机或者水轮机能够自动对准来流方向;
[0012] 3、在一定范围内,挡板与筒体轴线的夹角越小,该装置在流向上的载荷越低,同时增速效果不会下降;
[0013] 4、如上所述的原因,挡板与筒体连接处的局部应力可降低,使该装置厚度下降,实现风力机或者水轮机整体的轻量化;
[0014] 5、载荷下降,风力机或水轮机各零部件受到的载荷也会下降,有利于增加风力机或水轮机整体的寿命。
附图说明
[0015] 图1是本实用新型设计结构示意图。
[0016] 图2挡板与筒体轴线夹角Φ为50°的压力等值线。
[0017] 图3挡板与筒体轴线夹角Φ为50°的速度等值线。
[0018]图4挡板与筒体轴线夹角为30°的压力等值线。
[0019] 图5挡板与筒体轴线夹角为30°的速度等值线。
具体实施方式
[0020] 下面本实用新型将 结合附图中的实施例作进一步描述:
[0021] 如图1所示,一种新型流体加速装置包括一个截面积逐渐扩大的筒体1,连接在筒体出口处的挡板2,以及筒体入口处的曲面3,安装风力机风轮或水轮机叶轮的位置4,5^9点是各示意点。
[0022] 本实用新型风轮或叶轮放置在筒体I入口附近,流速方向为从左向右。本实用新型的特点在于挡板与流速方向的夹角Φ为5° ^89°。
[0023] 所述筒体I壁面制成直线型或制成曲线形,以增强抽吸效果。
[0024] 所述截面积逐渐扩大的筒体1,截面较小的左侧为流体入口,截面较大的右侧为流体出口。
[0025] 当流体流过该装置时,由于挡板的阻挡,气流在挡板右侧9点处形成低压区,7、8、9点处压力较低。由于筒体沿着流速方向流通面积增加,筒体内部静压逐渐升高,6点处(SP筒体入口)压力进一步降低,与筒体上游5点形成明显的压差。在压差的作用下,流体被吸入筒体内,使筒体内的流速增加。
[0026] 该装置受到的载荷包括压力和粘性力。由于空气或水的粘性系数很低,粘性力的影响很小,该装置载荷主要由压力决定。挡板迎向来流,是承受压力的主要部分。数值实验表明,挡板与流速方向的夹角越小,该装置在流速方向上的载荷越低。
[0027] 图2〜图5是流体为空气且速度为5m/s时该流体加速装置附近流场的数值模拟结果。其中,图2和图3是挡板与筒体轴线夹角为50°的压力和速度等值线图;图4和图5是挡板与筒体轴线夹角为30°的压力和速度等值线图。压力云图所标数值为相对压力大小,速度等值线所标数值为速度大小。
[0028] 从图中可以看出,所述筒体出口的挡板与筒体轴线的夹角为50°或30°为本发的优选方案。流体在挡板右侧处于低压区。挡板与筒体轴线的夹角越小,外部流体在挡板左侧的速度越大,压力越低,挡板两侧的压差越小。此外,夹角变小时投影面积降低,这是整个装置载荷下降的另一个原因。
[0029] 该装置的增速效果与投影面积和流速方向上的长度有关。挡板与流速方向成锐角时,虽然投影面积下降,但在流速方向的长度增加,对气流的抽吸作用增强。因此,即使在投影面积下降的情况下,增速效果也不会下降。
[0030] 该流体加速装置中筒体将流体分为内外两部分。外部流体经过筒体外壁和挡板,在筒体出口形成低压区。由于筒体内部沿着流动方向压力逐渐升高,在该装置截面最小处(称为喉部)处压力进一步降低,将筒体上游的流体吸入筒体内部,从而提高筒体内流体的速度。在保证该装置体积较小、结构较简单的前提下,筒体在流动方向上的长度越长、在垂直于流动方向上的投影面积(以下简称投影面积)越大,增速效果越明显。由于挡板的作用,该装置能够使风力机或水轮机自动对准来流方向。此外,筒体除了上述的直线型壁面,还可以做成曲线形,增强抽吸效果。
[0031] 该流体加速装置提高了流速,同时也使风力机或水轮机在流速方向上受到的载荷增加。载荷主要与筒体投影面积、挡板两侧压差有关。外部的流体冲击到挡板左侧,流体速度迅速下降,一部分动压转化为静压,使挡板左侧压力升高。挡板与筒体轴线的夹角越小,挡板左侧压力越低,流向载荷越低。同时,挡板与筒体轴线的夹角变小时,相当于筒体在流动方向上的长度增加,提高了筒体的抽吸能力,虽然投影面积下降,该流体加速装置的增速效果也不会下降。

Claims (4)

1. 一种新型流体加速装置,包括筒体(I)、筒体出口的挡板(2)及筒体入口处渐缩的曲面(3),所述筒体出口处的挡板(2)连接在筒体(I)的出口处,其特征是:所述筒体出口的挡板(2)与筒体(I)轴线的夹角Φ为5° ^89°。
2.如权利要求1所述的一种新型流体加速装置,其特征是:所述筒体出口的挡板(2)与筒体(I)轴线的夹角Φ为50°或30°。
3.如权利要求1所述的一种新型流体加速装置,其特征是:所述筒体(I)壁面制成直线型或曲线形。
4.如权利要求1所述的一种新型流体加速装置,其特征是:所述筒体(I)为渐扩式,截面左侧为流体入口,截面右侧为流体出口。
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CN102865187A (zh) * 2012-08-24 2013-01-09 无锡中航万德风能科技有限公司 一种新型流体加速装置
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