CN212615156U - 一种低风速风力机的聚风增速装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种低风速风力机的聚风增速装置，装置的聚风罩和连接件，聚风罩和连接件套设于风力机主体的外侧并通过连接件安装于风力机杆塔上；聚风罩呈筒状，包括平滑过渡的第一部分和第二部分，第一部分自进口至出口渐缩，第二部分自进口至出口渐扩，且第一部分出口侧的直径与第二部分进口侧的直径一致，且第一部分的轴向长度大于第二部分的轴向长度。与现有技术相比，本实用新型采用筒状聚风罩，先渐缩后渐扩的方式，可以提高风力机的效率。

Description

一种低风速风力机的聚风增速装置

技术领域

本实用新型涉及风力发电领域，尤其是涉及一种低风速风力机的聚风增速装置。

背景技术

我国风能资源储量丰富，但目前对于具有风能开发价值的低风速地区，尚未有效开发利用，造成了风能的浪费。这类区域约占全国风能可开发面积的68％，主要集中在我国的中东部和南部的广大地区。随着国内高风速风场的开发日趋饱和，风电发展的重心逐渐向具有开发价值的广大的低风速风场转移。但由于低风速地区风能密度较低，导致风力机难以实现较长的时间高效的工作。

为了低风速地区的风能资源，曾经有一些办法来聚集风能，中国专利CN204344379U公开了一种大型聚风发电装置通过在发电底盘外围设有聚风罩，使发电装置在风速较低的时候也能保持很高的发电效率，中国专利CN105257480A则公开了一种追踪聚风的风力发电装置通过底座支架转动轴达到追踪风向，聚风发电的作用。然而上述这些装置构造较为复杂，并且需要增加大尺寸的装置来聚集风力。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了提供一种低风速风力机的聚风增速装置，采用筒状聚风罩，先渐缩后渐扩的方式，可以提高风力机的效率。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种低风速风力机的聚风增速装置，所述装置的聚风罩和连接件，所述聚风罩和连接件套设于风力机主体的外侧并通过连接件安装于风力机杆塔上；

所述聚风罩呈筒状，包括平滑过渡的第一部分和第二部分，所述第一部分自进口至出口渐缩，所述第二部分自进口至出口渐扩，且第一部分出口侧的直径与第二部分进口侧的直径一致，且第一部分的轴向长度大于第二部分的轴向长度。

进一步的，所述聚风罩的轴向截面呈双曲线形。

进一步的，所述第一部分的轴向长度为第二部分的轴向长度的2.5-6倍。

更进一步的，所述第一部分的轴向长度为第二部分的轴向长度的3-6倍。

再进一步的，所述第一部分的轴向长度为第二部分的轴向长度的5倍。

进一步的，所述聚风罩还包括环形挡风板，该环形挡风板连接于第二部分的出口处，用于形成低压区，进而继续卷吸空气，增强聚风提效的效果。

更进一步的，所述环形挡风板的外径大于第一部分的最大外径。

进一步的，所述双曲线的数学表达式为：

其中：x、y为双曲线上的点的坐标，a、b为双曲线的参数，且a＝(0.5-0.6)D0，b＝(0.25-0.35)D0，D0为低风速风力机的风轮直径。

再进一步的，所述双曲线的参数具体为：a＝(0.52-0.55)D0，b＝(0.28-0.31)D0。

再进一步的，所述第一部分的轴向长度为(0.2-0.3)D0。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1)采用筒状聚风罩，先渐缩后渐扩的方式，可以提高风力机的效率。

2)采用双曲线的部分曲线回转而成，流畅平滑，流动阻力小。

3)聚风提效装置针对低风速风力机个性化设计，对低风速风力机功率和效率提升效果好。

4)本实用新型的聚风提效装置，结构简单，操作方便。

附图说明

图1为本实用新型聚风罩及环形挡风板部分的结构示意图；

图2为双曲线的示意图；

图3为聚风罩及环形挡风板部分的侧视图；

图4为未装聚风提效装置风轮上表面压力云图；

图5为未装聚风提效装置风轮下表面压力云图；

图6为加装聚风提效装置风轮上表面压力云图；

图7为加装聚风提效装置风轮下表面压力云图；

图8为未装聚风提效装置30％叶高处翼型周围流场速度矢量图；

图9为安装聚风提效装置30％叶高处翼型周围流场速度矢量图；

图10为加装聚风提效装置后流场的速度分布云图；

图11为加装聚风提效装置后流场的压力分布云图；

其中：1、聚风罩，2、环形挡风板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

一种低风速风力机的聚风增速装置，装置的聚风罩1和连接件，聚风罩1和连接件套设于风力机的外侧并通过连接件安装于风力机杆塔上；聚风罩1呈筒状，包括平滑过渡的第一部分和第二部分，第一部分自进口至出口渐缩，第二部分自进口至出口渐扩，且第一部分出口侧的直径与第二部分进口侧的直径一致，且第一部分的轴向长度大于第二部分的轴向长度。采用较大截面的入口流道以及减缩的流道，收集风资源，提高风轮前风速，并通过风轮后侧的扩散流道共同作用提高装置中的风速，达到增速的效果。

风力机转轴的中心位于第一部分和第二部分的交界处，第一部分的轴向长度为第二部分的轴向长度的2.5-6倍，优选的，第一部分的轴向长度为第二部分的轴向长度的3-6倍，第一部分的轴向长度为第二部分的轴向长度的5倍。

本实施例中，聚风罩1的轴向截面呈如图2所示的双曲线形，曲面强度较大，可大幅度减少装置的壁厚、减轻装置总重量。如图1和图3所示，聚风罩1还包括环形挡风板2，该环形挡风板2连接于第二部分的出口处，用于形成低压区，进而继续卷吸空气，增强聚风提效的效果，环形挡风板2的外径大于第一部分的最大外径。

双曲线的数学表达式为：

其中：x、y为双曲线上的点的坐标，a、b为双曲线的参数，且a＝(0.5-0.6)D0，b＝(0.25-0.35)D0，D0为低风速风力机的风轮直径。双曲线的参数具体为：a＝(0.52-0.55)D0，b＝(0.28-0.31)D0，第一部分的轴向长度为(0.2-0.3)D0。风轮旋转平面与转轴垂直，位于X＝0处。风轮后方第二部分扩散段轴向长度为(0.05-0.08)D0，出口环形挡风板2宽度为(0.1-0.15)D0。

采用某低风速风力机通过数值计算，加装本申请所述设计的聚风提效装置后风轮输出功率增大了43％，表明本聚风提效装置能够有效提高低风速风力机输出功率。相应地，在风轮无限远处风速相同的条件下，低速风力机的效率也提高了43％。

如图4和图5所示为未装聚风提效装置风轮上、下表面压力云图，图6和图7所示为安装聚风提效装置风轮上、下表面压力云图。加装聚风提效装置后，叶片下表面的叶中部分压力明显降低，上下表面压差，增强了叶片的做功能力。

图8、图9所示为安装聚风提效装置前后风轮30％叶高处翼型周围流场速度矢量图。未装聚风提效装置的叶片截面在下表面处产生了流动分离，造成流动损失，引起叶片下表面压力降低，从而使叶片上下表面压差减小，影响叶片做功效果。而加装集风器后，这一截面下表面的流动分离现象得到明显改善。

图10所示为加装聚风提效装置后整个流场的速度分布云图。在风轮前方来流风速为6m/s的计算条件下，聚风提效装置使风速在到达风轮所在平面时明显提高。在风轮叶中位置，风速可达9m/s；在叶尖部分，风速可以达到11m/s。达到了集风器聚集风能，提高风速的目的。

图11所示为加装聚风提效装置后整个流场的压力分布云图。加装聚风提效装置有利于利用压差聚集风能。聚风提效装置出口环形挡风板2处形成了明显的低压区，能够有效卷吸流道内的气流，使得风轮叶尖处的风速进一步提升。

Claims (10)

1.一种低风速风力机的聚风增速装置，其特征在于，所述装置的聚风罩和连接件，所述聚风罩和连接件套设于风力机主体的外侧并通过连接件安装于风力机杆塔上；

所述聚风罩呈筒状，包括平滑过渡的第一部分和第二部分，所述第一部分自进口至出口渐缩，所述第二部分自进口至出口渐扩，且第一部分出口侧的直径与第二部分进口侧的直径一致，且第一部分的轴向长度大于第二部分的轴向长度。

2.根据权利要求1所述的一种低风速风力机的聚风增速装置，其特征在于，所述聚风罩的轴向截面呈双曲线形。

3.根据权利要求1所述的一种低风速风力机的聚风增速装置，其特征在于，所述第一部分的轴向长度为第二部分的轴向长度的2.5-6倍。

4.根据权利要求3所述的一种低风速风力机的聚风增速装置，其特征在于，所述第一部分的轴向长度为第二部分的轴向长度的3-6倍。

5.根据权利要求4所述的一种低风速风力机的聚风增速装置，其特征在于，所述第一部分的轴向长度为第二部分的轴向长度的5倍。

6.根据权利要求1所述的一种低风速风力机的聚风增速装置，其特征在于，所述聚风罩还包括环形挡风板，该环形挡风板连接于第二部分的出口处，用于形成低压区，进而继续卷吸空气，增强聚风提效的效果。

7.根据权利要求6所述的一种低风速风力机的聚风增速装置，其特征在于，所述环形挡风板的外径大于第一部分的最大外径。

8.根据权利要求2所述的一种低风速风力机的聚风增速装置，其特征在于，所述双曲线的数学表达式为：

其中：x、y为双曲线上的点的坐标，a、b为双曲线的参数，且a＝(0.5-0.6)D0，b＝(0.25-0.35)D0，D0为低风速风力机的风轮直径。

9.根据权利要求8所述的一种低风速风力机的聚风增速装置，其特征在于，所述双曲线的参数具体为：a＝(0.52-0.55)D0，b＝(0.28-0.31)D0。

10.根据权利要求9所述的一种低风速风力机的聚风增速装置，其特征在于，所述第一部分的轴向长度为(0.2-0.3)D0。

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