CN213270122U - 聚能型水平轴风力机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种聚能型水平轴风力机，包括集风罩、叶片和轮毂，所述叶片均安装在轮毂上，所述轮毂设置在集风罩内，所述包括叶片设有5个且环绕在集风罩内，所述叶片与轮毂的安装角为0°，所述叶片的旋转轴线与集风罩的轴线重合，所述叶片的旋转轴心与集风罩最小截面的中心重合，本实用新型提供一种适用于聚能型水平轴风力机，所设计的集风罩具有较高的集风系数，能够明显提高风力机的输出功率。
Description
技术领域
本实用新型属于风力发电技术领域，更具体涉及一种聚能型水平轴风力机及其设计方法。
背景技术
风能属于可再生清洁能源，积极利用风能有助于多元能源供给发展，提高我国能源安全保障水平。风力机是将风能转换为机械能的重要设备，风力机叶片气动性能的优劣直接影响风力机风能利用效率。随着单台风力机功率的日益增大，风力机叶片尺寸也随之增大，从而对叶片的气动设计和结构设计等方面带来巨大挑战。
众所周知，风力机的功率与来流风速的立方成正比，聚能型风力机是将风力机与集风罩相结合的产物，利用集风罩的集风效果，通过将远方的来流风速加速，使得风力机功率增大。在相同的功率输出条件下，相对于常规风力机，聚能型风力机叶片的展向长度减小约1/3，更短的叶片长度有助于提供风力机运行的安全性。另外，聚能型风力机适合低风速环境，拓宽了风力机风速适用范围，具有较高的经济效益和社会效益。
实用新型内容
针对大型风力机较大的单机发电功率引起的较大叶片气动外形尺寸，本实用新型提供一种适用于聚能型水平轴风力机，所设计的集风罩具有较高的集风系数，能够明显提高风力机的输出功率。
根据本实用新型的一个方面，提供了聚能型水平轴风力机包括集风罩、叶片和轮毂，所述叶片均安装在轮毂上，所述轮毂设置在集风罩内，所述叶片设有5个且环绕在集风罩内，所述叶片与轮毂的安装角为0°，所述叶片的旋转轴线与集风罩的轴线重合，所述叶片的旋转轴心与集风罩最小截面的中心重合。
在一些实施方式中，叶片以轮毂的旋转中心为起点，沿径向在旋转半径2.5％范围内叶片截面为圆形，沿径向在旋转半径10％叶片截面选用S814翼型，沿径向在旋转半径20％-70％范围内叶片截面选用S825翼型，沿径向在旋转半径90％-100％范围内叶片截面选用 S826翼型，其余叶片径向位置的截面利用已经确定位置截面翼型线性过渡得到。
在一些实施方式中，叶片以轮毂的旋转中心为起点，沿径向在旋转半径5％处叶片截面为圆形，沿径向在旋转半径9％-18％范围内叶片截面选用S823翼型，沿径向在旋转半径27％-100％范围内叶片截面选用S822翼型，不同翼型截面的直接采用均匀过渡。
在一些实施方式中，叶片的长度为19.4m。
在一些实施方式中，叶片的弦长分布： c(r)＝(1.27831E-7)r7-(1.14838E-5)r6+(4.28852E-4)r5-0.0086r4+0.0992r3-0.64604r2+1.9849r-0.30758 ，其中，c(r)为当地弦长，r为当地半径，0.51≤r≤20.4。
在一些实施方式中，集风罩包括依次设置的进口截面、最小截面和出口截面，所述进口截面、最小截面和出口截面的直径D1、D0和 D2以及轴向长度L确定集风罩型线的三个坐标点A(-4.26，23)、B(0， 20.5)和C(4.74，23.55)集风罩的边缘段与集风罩的出口截面共面，集风罩边缘段的两点坐标分别为C(4.74，23.55)和D(4.74，26.62)
过A、B、C三点做圆弧，然后连接C和D两点得到集风罩的二维型线，然后将型线沿着风力机旋转轴旋转360°得到集风罩的三维气动外形。
在一些实施方式中，叶片的旋转半径为20.4m。
在一些实施方式中，轮毂半径为1m。
本实用新型根据500kW风力机市场需求，提供了一种500kW 聚能型水平轴风力机，由于集风罩的的集风作用，该风力机具备低风速自启动性能，另外在设计风速9.5m/S，尖速比5条件的风能利用系数超过0.7，设计转速28rpm时输出功率达到500kW具有较高的风能利用效率。
附图说明
图1为本实用新型的500kW聚能型水平轴风力机气动外形示意图；
图2为本实用新型的500kW聚能型水平轴风力机叶片气动外形示意图；
图3为本实用新型的500kW聚能型水平轴风力机集风罩气动外形示意图；
图中：1-叶片，
2-集风罩，
3-轮毂，
4-圆形截面，
5S814翼型，
6S825翼型，
7S826翼型。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。
下面结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本实用新型的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法或者结构上的等效变换或替代，均属于本实用新型的保护范围之内。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语″安装″、″相连″、″连接″应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解所述术语的具体含义。
如图1所示，一种500kW聚能型水平轴风力机，由五个叶片1 及环绕的集风罩2组成，五个叶片1安装在集风罩2内，风力机的旋转轴线与集风罩2的轴线重合，风力机旋转轴心与集风罩2最小截面的中心重合。其中风力机旋转半径20.4m，轮毂3半径1m，在设计转速28rpm时输出功率达到500kW。
所述聚能型风力机叶片1的数量为5个。
所述聚能型风力机叶片1的安装角为0°。
所述聚能型风力机叶片1长度19.4m，以旋转中心为起点，沿径向在旋转半径2.5％范围内叶片1截面为圆形4，沿径向在旋转半径10％叶片1截面选用S814翼型5，沿径向在旋转半径20％-70％
范围内叶片1截面选用S825翼型6，沿径向在旋转半径90％-100％
范围内叶片1截面选用S826翼型7，其余叶片1径向位置的截面利用已经确定位置截面翼型线性过渡得到。
所述聚能型风力机叶片1的弦长分布。 c(r)＝(1.27831E7)r7-(1.14838E-5)r6+(4.28852E-4)r5-0.00864+0.0992r3-0.64604r2+1.9849r-0.30758 ，其中，c(r)为当地弦长，r为当地半径，0.51≤r≤20.4。
所述聚能型风力机叶片1的扭角分布：
β(r)＝-0.00981r3+0.45926r2-7.6203r+49.96152，其中，β(r)为当地扭角，r为当地半径，1.02≤r≤20.4。
所述聚能型风力机的集风罩2，根据集风罩2进口截面、最小截面和出口截面的直径D1、D0和D2以及轴向长度L确定集风罩2型线的三个坐标点A(-4.26，23)、B(0，20.5)和C(4.74，23.55)，集风罩2的边缘段与集风罩的出口截面共面，集风罩2边缘段的两点坐标分别为C(4.74，23.55)和D(4.74，26.62)过A、B、C三点做圆弧，然后连接C和D两点得到集风罩2的二维型线，然后将型线沿着风力机旋转轴旋转360°得到集风罩2的三维气动外形。
风力机的气动效率可以通过风能利用系数随着尖速比的变化曲线进行评价，其中，风能利用系数的计算公式为Cp＝2PM/ρAV3，尖速比的计算公式为λ＝wR/V，式中，PM＝2πnM/60，CP为风能利用系数，PM为风轮机械功率，ρ为空气密度，A为风轮扫掠面积，V 为来流风速，λ为尖速比，w为风轮旋转角度速，R为风轮旋转半径， n为风轮转速，M为风轮轴扭矩。
当采用了本实用新型的500kW聚能型水平轴风力机，低风速具有较好的自启动性能，在设计风速9.5m/s条件下，风力机尖速比5 对应的风能利用系数超过0.7，风力机具有较高的风能利用效率。
实施例中的方案并非用以限制本实用新型的专利保护范围，凡未脱离本实用新型所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。
以上所述的仅是本实用新型的一些实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的创造构思的前提下，还可以做出其它变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.聚能型水平轴风力机，其特征在于，包括集风罩、叶片和轮毂，所述叶片均安装在轮毂上，所述轮毂设置在集风罩内，所述叶片设有5个且环绕在集风罩内，所述叶片与轮毂的安装角为0°，所述叶片的旋转轴线与集风罩的轴线重合，所述叶片的旋转轴心与集风罩最小截面的中心重合。
2.根据权利要求1所述的聚能型水平轴风力机，其特征在于，所述叶片以轮毂的旋转中心为起点，沿径向在旋转半径2.5％范围内叶片截面为圆形，沿径向在旋转半径10％叶片截面选用S814翼型，沿径向在旋转半径20％-70％范围内叶片截面选用S825翼型，沿径向在旋转半径90％-100％范围内叶片截面选用S826翼型，其余叶片径向位置的截面利用已经确定位置截面翼型线性过渡得到。
3.根据权利要求2所述的聚能型水平轴风力机，其特征在于，所述叶片以轮毂的旋转中心为起点，沿径向在旋转半径5％处叶片截面为圆形，沿径向在旋转半径9％-18％范围内叶片截面选用S823翼型，沿径向在旋转半径27％-100％范围内叶片截面选用S822翼型，不同翼型截面的直接采用均匀过渡。
4.根据权利要求1-3任一项权利要求所述的聚能型水平轴风力机，其特征在于，所述叶片的长度为19.4m。
5.根据权利要求1-3任一项权利要求所述的聚能型水平轴风力机，其特征在于，所述叶片的弦长分布：c(r)＝(1.27831E-7)r7-(1.14838E-5)r6+(4.28852E-4)r5-0.0086r4+0.0992r3-0.64604r2+1.9849r-0.30758，其中，c(r)为当地弦长，r为当地半径，0.51≤r≤20.4。
6.根据权利要求1所述的聚能型水平轴风力机，其特征在于，所述集风罩包括依次设置的进口截面、最小截面和出口截面，所述进口截面、最小截面和出口截面的直径D1、D0和D2以及轴向长度L确定集风罩型线的三个坐标点A(-4.26，23)、B(0，20.5)和C(4.74，23.55)，集风罩的边缘段与集风罩的出口截面共面，集风罩边缘段的两点坐标分别为C(4.74，23.55)和D(4.74，26.62)过A、B、C三点做圆弧，然后连接C和D两点得到集风罩的二维型线，然后将型线沿着风力机旋转轴旋转360°得到集风罩的三维气动外形。
7.根据权利要求1所述的聚能型水平轴风力机，其特征在于，所述叶片的旋转半径为20.4m。
8.根据权利要求1所述的聚能型水平轴风力机，其特征在于，所述轮毂半径为1m。
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| CN202020376567.XU CN213270122U (zh) | 2020-03-23 | 2020-03-23 | 聚能型水平轴风力机 |
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| CN (1) | CN213270122U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117404247A (zh) * | 2023-12-13 | 2024-01-16 | 齐鲁工业大学(山东省科学院) | 一种带翼型集风罩的变导程螺旋叶片风力机 |
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2020
- 2020-03-23 CN CN202020376567.XU patent/CN213270122U/zh active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117404247A (zh) * | 2023-12-13 | 2024-01-16 | 齐鲁工业大学(山东省科学院) | 一种带翼型集风罩的变导程螺旋叶片风力机 |
| CN117404247B (zh) * | 2023-12-13 | 2024-03-01 | 齐鲁工业大学(山东省科学院) | 一种带翼型集风罩的变导程螺旋叶片风力机 |
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