CN206206070U - 一种聚风式风力发电机组的聚风塔和一种风力发电机组 - Google Patents

一种聚风式风力发电机组的聚风塔和一种风力发电机组 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种聚风式风力发电机组的聚风塔，包括依次固定连接的集风器、分流器、加速器，所述集风器设置在所述聚风塔的最顶端，用于收集风能，所述集风器的侧面设有进风口，下方设有出风口，所述分流器的进风口与所述集风器的出风口相连，所述分流器的出风口与所述加速器的进风口相连；所述加速器还设有出风口；所述加速器的内径从进风口到出风口先逐渐缩小再逐渐扩大，其中：所述集风器由3至10个聚风通道组成，所述聚风通道沿圆周方向排列，所述聚风通道由水平聚风通道再圆弧过渡为竖直向下的出风通道。该装置适用范围广，特别适合微风发电；可扩大风资源的利用，对现有传统风力发电系统有替代性进步。

Description

一种聚风式风力发电机组的聚风塔和一种风力发电机组
技术领域
本实用新型涉及风力发电领域，具体涉及一种聚风式风力发电机组的聚风塔和一种风力发电机组。
背景技术
从目前的风力发电领域来看，占据市场主要份额的是水平轴风力发电机。上述风力发电机的结构主要包括基础环、底座、塔筒、轮毂、机舱、水平轴风力发电机和三个叶片，在工作时，自然风力带动叶片转动，叶片通过齿轮箱或直接驱动发电机旋转，从而实现风力发电。上述风机结构较为简单，制造工艺相对较为成熟。若想提高上述风机的发电量，扩大风机叶片的扫风面积是首当其冲的办法。以5兆瓦风力发电机为例，风机叶片的长度便达到62.5米左右，单片重量一般为22吨左右。因此，只有在风速达到12米每秒左右的条件下，上述风机才能实现满功率运行。自然而然，为保证发电量，市场上类似主流风机的风场建设对选址也有着严格的要求，风速必须达到3米每秒，才能满足叶片启动的条件；8米每秒才能满足风场建设的要求；并且，由于上述风机塔筒较高，叶片较重，运输、装机、维护的成本均居高难下。并且在面对冰冻、强暴风突然袭击等恶劣气候环境下，风机叶片很难迅速做出反应，容易造成风机严重的损害。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服以上缺陷，提供了一种效率高、适应范围广的一种聚风式风力发电机组的聚风塔和一种风力发电机组。
本实用新型的技术方案是：一种聚风式风力发电机组的聚风塔，包括依次固定连接的集风器、分流器、加速器；所述集风器设置在所述聚风塔的最顶端，用于收集风能，所述集风器的侧面设有进风口，下方设有出风口，所述分流器的进风口与所述集风器的出风口相连，所述分流器的出风口与所述加速器的进风口相连；所述加速器还设有出风口；所述加速器的内径从进风口到出风口先逐渐缩小再逐渐扩大，其中：所述集风器由3至10个聚风通道组成，所述聚风通道沿圆周方向排列，所述聚风通道由水平聚风通道再圆弧过渡为竖直向下的出风通道。
进一步的，为实现对风能利用的灵活控制，提高风流加速效果，提升风能利用效率，所述分流器是多出风支路弯管，所述分流器仅设有一个进风口，但设有2至8条出风支路；每条支路均设有出风口；每条支路的出风口各连有一个加速器，所述分流器用于将聚风塔内的气流分流，并使气流的流向从竖直向下流动转换为水平流动，所述分流器每条出风支路的出风口处均设有风门装置，所述风门装置用于开启或关闭任意一条或多条出风支路。
进一步的，所述加速器包括收缩段、工作段和扩散段；所述收缩段和扩散段均为锥形管；所述加速器中工作段处内径最小；所述收缩段的锥角为15°至25°；所述扩散段的锥角为5°至20°。
进一步的，为提高风速，提升发电效率，所述集风器进风口的迎风面积是所述每条出风支路连接的加速器内径最小处的截面积之和的3~15倍，优选8至10倍，所述集风器的迎风面积是指集风器进风口迎风面的高度和集风器的直径之积；所述集风器内径最小处截面积是指工作段的截面积；所述“每条出风支路连接的加速器内径最小处的截面积之和”是指：工作段截面积乘以出风支路的条数。因此可用公式表达为：(集风器进风口迎风面积) /(工作段截面积*出风支路条数) 约等于3至15。
进一步的，所述聚风通道包括送风管、竖直导风板和上导风板；所述送风管是竖直放置的圆管或上大下小的锥形管；所述竖直导风板设有3至10块并沿送风管内壁呈径向排列，所述竖直导风板的上端突出送风管，下端将送风管隔为3至10个竖直的通道；所述上导风板是由多块弧形板拼接组成，所述弧形板的个数与竖直导风板的个数相同，所述弧形板沿送风管径向呈中心低外部高，所述每两块相邻的竖直导风板的上端突出送风管部分覆盖有一块弧形板，形成集风器的进风口；气流从集风器进风口流入聚风通道后，将水平气流转换为竖直向下的气流。
进一步的，所述加速器收缩段内壁设有涡旋导流板；气流流经涡旋导流板后将形成涡旋气流；所述涡旋导流板设有4个或4个以上；所述每个涡旋导流板均沿着加速器收缩段内壁的圆锥母线方向成环状设置，并与圆锥母线的夹角为5°至45°。
进一步的，所述上导风板的中心向下方收缩，形成开口向上的喇叭口状，所述上导风板的内径最大处设有进风口，内径最小处设有出风口；所述上导风板还可以形成喇叭口竖直风道。所述上导风板的出风口处设有风门装置，所述风门装置用于开启或关闭喇叭口竖直风道。
一种风力发电机组，包括聚风塔和风机，所述聚风塔具体为上述的聚风塔，所述风机设置在所述加速器的内径最小处，所述风机为水平轴风机或竖直轴风机。
进一步的，为防止自然风倒灌入加速器中，在所述加速器的出风口处设有挡风板，所述挡风板正对所述加速器的出风口，用于防止自然风从所述出风口吹入所述加速器内。
本实用新型的有益效果是：本实用新型的聚风式风力发电机组的聚风塔，集风器在上方，分流器和加速器均在其在下方，气流从上方流入，经分流器和加速器后从下方流出，而非利用烟囱效应从下方流入，上方流出，有利于提高风能的利用率。其次，设有多出风支路，并结合集风器迎风面积与工作段截面积之比，能明显有效提高风能利用率。最后每条支路的加速器收缩段内壁均设有涡旋导流板，气流流进涡旋导流板后形成涡旋气流，从而被加速推入工作段，叶轮安置在工作段中驱动发电机，将风能转换成电能。相比气流通过集风器后便直接形成涡旋气流，再分流至各出风支路，本技术方案让气流通过集风器、分流器，再分流至各支路后，在各支路中分别形成涡旋气流，能让气流流进工作管的速度更快，更高效的利用风能。该装置能将风流收集后进行加速，适用范围广，特别适合微风发电；可扩大风资源的利用，对现有传统风力发电系统有替代性进步。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是本实用新型结构分解示意图。
图3是本实用新型加速器收缩段垂直轴线的剖视图。
图4是本实用新型加速器收缩段内壁涡旋导风板倾角示意图。
图5是本实用新型集风器结构正视图。
图中：1是集风器、11是聚风通道、12是喇叭形竖直风道、13是竖直导风板、14是上导风板、15是送风管、2是分流器、3是加速器、31是加速器的收缩段、32是加速器的工作段、33是加速器的扩散段、34是涡旋导风板，图中未标记的箭头表示气流方向。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为对本实用新型的限定。
实施例1
如图1和图2所示，一种聚风式风力发电机组的聚风塔，包括依次固定连接的集风器1、分流器2、加速器3；所述集风器1设置在所述聚风塔的最顶端，用于收集风能，所述集风器1的侧面设有6个进风口，下方设有1个出风口，所述分流器2的进风口与所述集风器1的出风口相连，所述分流器2的出风口与所述加速器3的进风口相连；所述加速器3还设有出风口；所述加速器3的内径从进风口到出风口先逐渐缩小再逐渐扩大。
所述加速器包括收缩段31、工作段32和扩散段33；所述收缩段31和扩散段33均为锥形管；所述加速器3中工作段32处内径最小；所述收缩段31的锥角为15°至25°；所述扩散段33的锥角为5°至20°。所述加速器3的外壁设有加强筋，以保证加速器的稳定性。
所述集风器1由6个聚风通道11组成，所述聚风通道11沿圆周方向排列，所述聚风通道11由水平聚风通道再圆弧过渡为竖直向下的出风通道。所述每个聚风通道11均设有进风口和出风口。所述聚风通11道由竖直导风板13、上导风板14和送风管15组成；所述送风管15是竖直放置的上大下小的锥形管；所述竖直导风板13设有6个，沿送风管15内壁呈径向排列，所述竖直导风板13的上端高于送风管15的管口；下端位于送风管15内，并紧贴内壁将送风管15隔成6个通道，所述上导风板14是由多块弧形板拼接组成，所述弧形板的个数与竖直导风板13的个数相同，也是6个；所述弧形板沿送风管15径向呈中心低外部高的形状，所述每两块相邻的竖直导风板13的上端突出送风管15部分覆盖有一块弧形板；所述弧形板和两块相邻的竖直导风板13形成集风器1的进风口；气流从集风器1的进风口流入聚风通道11后，将水平气流转换为竖直向下的气流。所述每个聚风通道11均由一块弧板与两块相邻的竖直导风板14和送风管15管壁组成。
所述上导风板14可以是一块整板也可以是由多块弧板拼接组成的；但鉴于制作工艺和成本，多弧板拼接较有优势。所述上导风板的整体形状呈现出中心向下方收缩，形成开口向上的喇叭口状，所述喇叭口状的上导风板14在内径最小处是密封的，并不会形成风道。
气流流经送风管15后再流入分流器2。所述分流器2是多出风支路弯管，所述分流器2仅设有一个进风口，该进风口与送风管15的出风口固定连接；所述分流器2设有3条出风支路；每条支路末端均设有出风口；每条支路的出风口各连有一个加速器3。所述分流器2用于将聚风塔内的气流分流，并使气流的流向从竖直向下流动转换为水平流动。所述分流器2每条出风支路的出风口处均设有风门装置，所述风门装置用于开启或关闭任意一条或多条出风支路。
为提高风速，提升发电效率，所述集风器1进风口的迎风面积是所述分流器2的出风支路连接的每个加速器3内径最小处的截面积之和的8倍。所述集风器1的迎风面积S1是指集风器1进风口迎风面的高度h与集风器1直径d之积，即S1=h*d；加速器3内径最小处即工作段的截面积为S2；S1和S2的关系是：S1是(3*S2)的8倍左右。所述分流器2和加速器3的外壁底部设有支撑装置，保证聚风塔能平稳的安放。
所述加速器2收缩段21内壁设有涡旋导流板34；气流流经涡旋导流板34后将形成涡旋气流。所述涡旋导流板34设有4个；所述每个涡旋导流板34均沿着加速器3收缩段31内壁的圆锥母线方向成环状设置，并且沿收缩段内壁等距分布，并与圆锥母线的夹角为15°。
为防止自然风倒灌入加速器中，在所述加速器3扩散段33的出风口处设有挡风板，所述挡风板正对所述加速器的出风口，用于防止自然风从所述排风口吹入所述加速器内。
实施例2
如图5所示，在实施例1的基础上，所述集风器1除包括聚风通道11外，还进一步的包括喇叭形竖直风道12。
进一步的，所述喇叭口竖直风道12由中心向下方收缩的上导风板14形成；所述上导风板14是开口向上的喇叭口状。所述喇叭口状的上导风板14沿收缩方向设有喇叭口竖直风道12，上导风板14内径最大处设有进风口，内径小处设有出风口；即喇叭口上下均不密封。集风器1在聚风通道11的基础上，再添加喇叭形竖直风道12；分流器2和加速器3内的气流将对喇叭形竖直风道12中的空气产生吸力，形成向下的竖直气流，大大提升了集风器的集风量。
在喇叭口竖直风道12的出风口处设置风门装置，能开启或闭合喇叭口竖直风道，以适应不同风速和风量情况下对喇叭口竖直风道开合的要求。
实施例2中的其他结构均与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例3
在实施例1和实施例2的基础上，实施例3是关于一种风力发电机组。所述风力发电机组包括聚风塔和风机，所述聚风塔具体为实施例1和实施例2所述的聚风塔，所述风机设置在所述加速器的内径最小处，即设在加速器3的工作段32，所述风机可以为水平轴风机或竖直轴风机。
以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化，如分流器出风支路的数量、涡旋导风板和竖直导风板的数量可以根据设计调整，其形状还可以为其他形状，只要聚风塔是上方进风下方出风的结构，并且气流通过送风管后会分流形成多支路，并且在分流进入各支路后，在各出风支路中分别形成涡旋气流，便都属于本专利所要求的权利保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的排列变化、修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种聚风式风力发电机组的聚风塔，包括依次固定连接的集风器、分流器、加速器；其特征在于：所述集风器设置在所述聚风塔的最顶端，用于收集风能，所述集风器的侧面设有进风口，下方设有出风口，所述分流器的进风口与所述集风器的出风口相连，所述分流器的出风口与所述加速器的进风口相连；所述加速器还设有出风口；所述加速器的内径从进风口到出风口先逐渐缩小再逐渐扩大，其中：
所述集风器由3至10个聚风通道组成，所述聚风通道沿圆周方向排列，所述聚风通道由水平聚风通道再圆弧过渡为竖直向下的出风通道。
2.如权利要求1所述的一种聚风式风力发电机组的聚风塔，其特征在于：所述分流器是多出风支路弯管，所述分流器设有2至8条出风支路；每条支路的出风口均连接有加速器；所述分流器用于将气流分流，并使气流的流向从竖直向下流动转换为水平流动。
3.如权利要求2所述的一种聚风式风力发电机组的聚风塔，其特征在于：所述集风器进风口的迎风面积是所述每个加速器内径最小处的截面积之和的3~15倍，优选8至10倍。
4.如权利要求1所述的一种聚风式风力发电机组的聚风塔，其特征在于：所述聚风通道由送风管、竖直导风板和上导风板组成；所述送风管是竖直放置的圆管或上大下小的锥形管；所述竖直导风板设有3至10块并沿送风管内壁呈径向排列，所述竖直导风板的上端突出送风管，下端将送风管隔为3至10个竖直的通道；所述上导风板是由多块弧形板拼接组成，所述弧形板的个数与竖直导风板的个数相同，所述弧形板沿送风管径向呈中心低外部高，所述每两块相邻的竖直导风板的上端突出送风管部分覆盖有一块弧形板，形成集风器的进风口；气流从集风器进风口流入聚风通道后，将水平气流转换为竖直向下的气流。
5.如权利要求1-4中任一权利要求所述的一种聚风式风力发电机组的聚风塔，其特征在于：所述加速器包括收缩段、工作段和扩散段；所述收缩段和扩散段均为锥形管；所述加速器中工作段处内径最小；所述收缩段的锥角为15°至25°；所述扩散段的锥角为5°至20°。
6.如权利要求5所述的一种聚风式风力发电机组的聚风塔，其特征在于：所述加速器的收缩段内壁设有涡旋导流板；气流流经涡旋导流板后将形成涡旋气流；所述涡旋导流板设有4个或4个以上；所述每个涡旋导流板均沿着加速器收缩段内壁的圆锥母线方向成环状设置，并与圆锥母线的夹角为5°至45°。
7.如权利要求4所述的一种聚风式风力发电机组的聚风塔，其特征在于：所述上导风板的中心向下方收缩，形成开口向上的喇叭口状，所述上导风板的内径最大处设有进风口，内径最小处设有出风口；所述上导风板形成喇叭口竖直风道。
8.如权利要求7所述的一种聚风式风力发电机组的聚风塔，其特征在于：所述上导风板的出风口处设有风门装置，所述风门装置用于开启或关闭喇叭口竖直风道。
9.如权利要求2～4中任一权利要求所述的一种聚风式风力发电机组的聚风塔，其特征在于：所述分流器每条出风支路的出风口处均设有风门装置，所述风门装置用于开启或关闭任意一条或多条出风支路。
10.一种风力发电机组，包括聚风塔和风机，其特征在于：所述聚风塔具体为权利要求1-9任意一项所述的聚风塔，所述风机设置在所述加速器的内径最小处，所述风机为水平轴风机或竖直轴风机。
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