CN205779458U - 一种可提高风能利用率的导流装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型的目的是解决风力发电机对风能利用效率低的问题，公开一种可提高风能利用率的导流装置，包括设置在风力发电机一侧的第一导流板和第二导流板。所述第一导流板和第二导流板均是V形折板。所述第一导流板的V形尖端与第二导流板的V形尖端相对。且所述第一导流板的V形尖端与第二导流板的V形尖端之间形成一条通道。所述风力发电机矗立在所述通道的延长线上。本实用新型以改善风力发电机组所处风场为出发点进行设计，可安装于现有的风力发电机组前。在现有风力发电厂中，也可以得到广泛的应用。另外，本装置采用轻质高强度聚合材料，经济性好，可实现在不增加过高初投资的情况下提高发电量。
Description
技术领域
本实用新型涉及风力发电领域。
背景技术
尽管风力发电在国内受到了高度的重视，但其在产业规模上，仍与常规的水电、火电及核电等发电方式存在差距。其中既有风能资源本身的原因，也有风力发电技术自身存在不足的原因。对于风力发电机，单机功率无法增加的原因有如下几点：
1)部分地区存在风场风能密度较低，而风轮直径较大的情况。因此在较小风速工况下风轮转速较低，限制了单机发电功率。
2)自然风场中风向、风速较不稳定，虽然现有多数风力发电机存在偏航系统，但因此损耗的电能亦会导致风力发电产生电能损耗。而且在风速过高的情况下，出于安全角度，风力发电机不能正常使用。在正常设定的有效风速下，风力发电机工作时间受到限制，一般年利用小时仅为2000～3000h。
3)现有风力发电机主要是水平轴式，风轮直径很大，叶片很长，风车较重。因此，需要安装在很高的尖塔架上，塔架受力条件较为苛刻。
基于上述原因，在现有的技术条件下，叶片长度、塔架高度、有效风速利用范围都受到一定程度的限制。因此对于风力发电机组的改造，主要方向为提高风能利用率。
发明内容
本实用新型的目的是解决风力发电机对风能利用效率低的问题。
为实现本实用新型目的而采用的技术方案是这样的，一种可提高风能利用率的导流装置，其特征在于：包括设置在风力发电机一侧的第一导流板和第二导流板。
所述第一导流板和第二导流板均是V形折板。
所述第一导流板的V形尖端与第二导流板的V形尖端相对。且所述第一导流板的V形尖端与第二导流板的V形尖端之间形成一条通道。
所述风力发电机矗立在所述通道的延长线上。
进一步，所述第一导流板是由平板Ⅰ和平板Ⅱ组成的V形折板。所述平板Ⅰ相对于平板Ⅱ更靠近风力发电机。所述平板Ⅰ的宽度小于平板Ⅱ的宽度。
所述第二导流板是由平板Ⅲ和平板Ⅳ组成的V形折板。所述平板Ⅲ相对于平板Ⅳ更靠近风力发电机。所述平板Ⅲ的宽度小于平板Ⅳ的宽度。
进一步，所述平板Ⅰ和平板Ⅱ之间的夹角为120°。所述平板Ⅲ和平板Ⅳ之间的夹角为120°。
进一步，所述第一导流板和第二导流板的形状和尺寸相同。
进一步，所述平板Ⅰ和平板Ⅲ之间的最远距离大于所述风力发电机的叶片的翼展。
本实用新型的技术效果是毋庸置疑的：以改善风力发电机组所处风场为出发点进行设计，可安装于现有的风力发电机组前。在现有风力发电厂中，也可以得到广泛的应用。另外，本装置采用轻质高强度聚合材料，经济性好，可实现在不增加过高初投资的情况下提高发电量。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的俯视方向示意图；
图3为本实用新型的俯视方向尺寸示意图。
图中：第一导流板(1)、第二导流板(2)、风力发电机(3)、平板Ⅰ(101)、平板Ⅱ(102)平板Ⅲ(201)、平板Ⅳ(202)、试验风机(4)。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，但不应该理解为本实用新型上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本实用新型上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本实用新型的保护范围内。
实施例1：
参见图1，一种可提高风能利用率的导流装置，包括设置在风力发电机3一侧的第一导流板1和第二导流板2。
所述第一导流板1和第二导流板2均是V形折板。
所述第一导流板1的V形尖端与第二导流板2的V形尖端相对。且所述第一导流板1的V形尖端与第二导流板2的V形尖端之间形成一条通道。
参见图2，所述第一导流板1是由平板Ⅰ101和平板Ⅱ102组成的V形折板。所述平板Ⅰ101相对于平板Ⅱ102更靠近风力发电机3。所述平板Ⅰ101的宽度小于平板Ⅱ102的宽度。
所述第二导流板2是由平板Ⅲ201和平板Ⅳ202组成的V形折板。所述平板Ⅲ201相对于平板Ⅳ202更靠近风力发电机3。所述平板Ⅲ201的宽度小于平板Ⅳ202的宽度。
实施例中，所述第一导流板1和第二导流板2的形状和尺寸相同，二者相对于一个垂直于地面的平面N2对称分布；
所述风力发电机3矗立在所述通道的延长线上。实施例中，所述风力发电机3的中轴线位于平面N2上。第一导流板1的V形尖端与第二导流板2的V形尖端处于垂直于水平面的平面N1上。平面N2垂直于N2。
实施例2：
本实施例的主要结构同实施例1，进一步，所述平板Ⅰ101和平板Ⅱ102之间的夹角为120°。所述平板Ⅲ201和平板Ⅳ202之间的夹角为120°。更为优选的，平面N1等分上述两个120°的夹角。
实施例3：
本实施例的主要结构同实施例1，进一步，所述平板Ⅰ101和平板Ⅲ201之间的最远距离大于所述风力发电机3的叶片的翼展。
实施例3：
本实施例的主要结构同实施例2，进一步，参见图3，风力发电机3的叶片的翼展为b，所述第一导流板1和第二导流板2之间的距离为a，第一导流板1(或第二导流板2)与风力发电机3翼展所在平面的距离为c。
在一个实际的应用场景中，a＝m，b＝m，c＝m。
试验：
针对实施例3提到的应用场景进行模拟试验，试验中，设置试验风机4和斜向试验风机5，以模拟真实的环境。试验风机4与第一 导流板1(或第二导流板2)的距离为d。
一、前期准备
(1)风力发电机模型制作
当前，1500kW风力发电机是我国大型风力发电的主流机型，风轮直径多为77米左右，塔筒高度65米、70米。为使实验尽量建立在与真实运行工况相似的前提上，模型按照与真实风力发电机尺寸150:1的比例制造，并采用3D打印技术建模。模型高度可调，风轮叶片直径0.5m。
(2)风机选用及风场模拟
基于四风速模型理论[3]，自然界所存在四种不规律的风可以整合为一个方向的恒定风。实验选用了1.1kW的轴流风机作为主风机，并且为充分模拟自然界风场，主风机配有长2m，出口面积0.32×0.25m2规格的风道，使出风口流体达到充分发展段。其次，为模拟自然风较大的来流面积，选用了0.12kW的轴流风机作为辅助风机，以增大流场。为使风机具有合理的出口风速，每台风机都装有小型变压器调整风速。
(3)导流装置制作
实验中的导流装置由前板与后板构成，具体尺寸为：前板宽0.2m,高0.6m,后板宽0.4m，高0.6m，板材选用1.5mm厚的薄木板以及3mm厚kt板，两板夹角121°。
(4)验测量仪器选用。
实验中选用AVM-01风速计进行各项风速的测量，测量范围0.3-45.0m/s，分辨率0.1m/s，误差±3％。
二、实验平台搭建
主风机出口与模型的距离为2.17m，风道的中心高度与模型的叶片转轴高度基本保持一致，导流装置前板距离模型0.15m，导流装置后板距离风道出口1.5m。主风机位于模型及导流装置的正前方，侧风机位置根据实验需要变换摆放位置。实验台距地高度大约0.4m。
三、实验过程及实验数据
(1)分组实验Ⅰ
实验目的：探究导流装置的最佳角度及最佳出风口面积
控制变量：导流装置前后板的角度、后板出风口宽度
(a)工况条件：主、侧风机均开位于风口正向，主风机633V，侧风机150V；导流装置后板开角50°；后板出风口宽度0.5m；
(b)工况条件：主、侧风机均开位于风口正向，主风机633V，侧风机150V；导流装置后板开角60°；后板出风口宽度0.5m；
(c)工况条件：主、侧风机均开位于风口正向，主风机633V，侧风机150V；导流装置后板开角70°；导流装置最窄断面宽度0.5m；
(d)工况条件：主、侧风机均开位于风口正向，主风机633V，侧风机150V；导流装置后板开角60°；导流装置最窄断面宽度0.6m；
(e)工况条件：主、侧风机均开位于风口正向，主风机633V，侧风机150V；导流装置后板开角60°；导流装置最窄断面宽度0.4m；
(2)分组实验Ⅱ
实验目的：探究导流装置对不同角度侧面风的影响
控制变量：侧风机的角度、有无导流装置
(a)工况条件：主风机位于风口正向，电压633V；无导流装置；
(b)工况条件：主风机位于风口正向，电压633V；导流装置后板开角60°；后板出风口宽度0.5m；
(c)工况条件：主风机位于风口正向，电压633V；侧风机位于偏风口正向35°，电压150V；导流装置后板开角60°；后板出风口宽度0.5m；
(d)工况条件：主风机位于风口正向，电压633V；侧风机位于偏风口正向35°，电压150V；无导流装置；
(e)工况条件：主风机位于风口正向，电压633V；侧风机位于偏风口正向40°，电压150V；导流装置后板开角60°；后板出风口宽度0.5m；
(f)工况条件：主风机位于风口正向，电压633V；侧风机位于偏风口正向40°，电压150V；无导流装置；
(g)工况条件：主风机位于风口正向，电压633V；侧风机位于偏风口正向45°，电压150V；导流装置后板开角60°；后板出风口宽度0.5m；
(h)工况条件：主风机位于风口正向，电压633V；侧风机位于偏风口正向45°，电压150V；无导流装置；
(i)工况条件：主风机位于风口正向，电压633V；侧风机位于偏风口正向50°，电压150V；导流装置后板开角60°；后板出风口宽度0.5m；
(j)工况条件：主风机位于风口正向，电压633V；侧风机位于偏风口正向50°，电压150V；无导流装置；
(k)工况条件：主风机位于风口正向，电压633V；侧风机位于偏风口正向55°，电压150V；导流装置后板开角60°；后板出风口宽度0.5m；
(l)工况条件：主风机位于风口正向，电压633V；侧风机位于偏风口正向55°，电压150V；无导流装置；
(m)工况条件：主风机位于风口正向，电压633V；侧风机位于偏风口正向60°，电压150V；导流装置后板开角60°；后板出风口宽度0.5m；
(n)工况条件：主风机位于风口正向，电压633V；侧风机位于偏风口正向60°，电压150V；无导流装置。
Claims (5)
1.一种可提高风能利用率的导流装置，其特征在于：包括设置在风力发电机(3)一侧的第一导流板(1)和第二导流板(2)；
所述第一导流板(1)和第二导流板(2)均是V形折板；
所述第一导流板(1)的V形尖端与第二导流板(2)的V形尖端相对；且所述第一导流板(1)的V形尖端与第二导流板(2)的V形尖端之间形成一条通道；
所述风力发电机(3)矗立在所述通道的延长线上。
2.根据权利要求1所述的一种可提高风能利用率的导流装置，其特征在于：
所述第一导流板(1)是由平板Ⅰ(101)和平板Ⅱ(102)组成的V形折板；所述平板Ⅰ(101)相对于平板Ⅱ(102)更靠近风力发电机(3)；所述平板Ⅰ(101)的宽度小于平板Ⅱ(102)的宽度；
所述第二导流板(2)是由平板Ⅲ(201)和平板Ⅳ(202)组成的V形折板；所述平板Ⅲ(201)相对于平板Ⅳ(202)更靠近风力发电机(3)；所述平板Ⅲ(201)的宽度小于平板Ⅳ(202)的宽度。
3.根据权利要求2所述的一种可提高风能利用率的导流装置，其特征在于：所述平板Ⅰ(101)和平板Ⅱ(102)之间的夹角为120°；所述平板Ⅲ(201)和平板Ⅳ(202)之间的夹角为120°。
4.根据权利要求1所述的一种可提高风能利用率的导流装置，其特征在于：所述第一导流板(1)和第二导流板(2)的形状和尺寸相同。
5.根据权利要求2所述的一种可提高风能利用率的导流装置，其特征在于：所述平板Ⅰ(101)和平板Ⅲ(201)之间的最远距离大于所述风力发电机(3)的叶片的翼展。
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|---|---|---|---|---|
| CN108204330A (zh) * | 2016-12-16 | 2018-06-26 | 北京航空航天大学 | 风力机增能器 |
| CN113969874A (zh) * | 2021-10-28 | 2022-01-25 | 中国电建集团河北省电力勘测设计研究院有限公司 | 一种智能风场专用导流装置 |
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| CN113969874A (zh) * | 2021-10-28 | 2022-01-25 | 中国电建集团河北省电力勘测设计研究院有限公司 | 一种智能风场专用导流装置 |
| WO2023071006A1 (zh) * | 2021-10-28 | 2023-05-04 | 中国电建集团河北省电力勘测设计研究院有限公司 | 一种智能风场专用导流装置 |
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