CN102116250A - 一种风力机 - Google Patents
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Abstract
一种风力机，其结构为：风轮的进风面设置有导叶；风力机的风轮外周固定有尾端为波瓣结构的集风器；集风器出风面的外围安装一剖面为弯曲的翼型混合管。集风器和翼型混合管固定在塔架上。本发明将波瓣结构的集风器、导叶和剖面为有弯度的翼型混合管有机地结合在一起，能达到增加功率、减小尺寸、降低成本、方便加工，运输，安装及维护、降低噪声、改善变工况性能和优化低风速性能的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种风力机。
背景技术
传统的风力机中以水平轴风力机的应用最为广泛，但这种风力机存在许多缺点。首先，受限于贝茨定律，风能捕获能力不强；其次，过长的叶片(目前主流兆瓦级风力机长度在30米以上)使重量显著增大，材料要求高，导致机组加工、运输、安装以及维护难度加大，成本增加；再次，长叶片设计也使风力机所能承受的极大风速不高，在台风等极端风况作用下容易发生叶片折断，致使机组设计疲劳寿命降低。另外，风力机在低风速下功效较低。
在波瓣结构方面，波瓣喷管引射-混合器在航空发动机排气系统的噪声降低方面应用十分广泛，是一种高效地利用主流动量泵抽次流的流体动力装置，能使主流和次流在较短的距离内得到充分混合；波瓣喷管强化引射-混合作用的根本原因在于波瓣结构的特殊构造诱导了涡结构的生成，进而引起对流混合作用的增强。波瓣结构在降噪方面成效显著，但目前还未在风力机方面得到应用。
在集风器方面，集风器的设置提高了风轮的捕风能力，并能减小风速的脉动量，使之较其环境处的气流更为均匀。安装集风器后，风力机的功率输出增加。虽然目前已出现设置有集风器的风道式风力机，但其尺寸过大、偏航对风精度低，成本高，这些都大大抵消了风道式风力机相对于传统风力机的优点。
在导叶方面，已在水轮机、压气机、泵、风机等流体机械领域得到了广泛的使用。导叶的设置有利于减小来流对于叶轮的冲击损失；导叶的出口角决定了转轮的过流量和流动状况。同时，导叶调节也是流体机械的调节控制中的有效手段-可通过调节导叶，来适应不同的风速，变工况性能好。目前，导叶在风力机领域的应用很少。
发明内容
本发明的目的是提供一种风力机，该风力机具有功效高、尺寸小、成本低、加工，运输，安装及维护方便、噪声低、变工况性能好和低风速下性能优越等特点。
为实现上述目的，本发明提供的风力机，其结构为：
风轮的进风面设置有导叶；风力机的风轮外周固定有尾端为波瓣结构的集风器；集风器出风面的外围安装一剖面为弯曲的翼型混合管。
所述的风力机中，集风器和翼型混合管固定在塔架上。
本发明将波瓣结构的集风器、导叶和剖面为有弯度的翼型混合管有机地结合在一起，能达到增加功率、减小尺寸、降低成本、方便加工，运输，安装及维护、降低噪声、改善变工况性能和优化低风速性能的目的。
附图说明
图1为本发明的风力机整机立体效果图。
图2为图1的剖视图。
图中：1导叶，2集风器，201波瓣结构，3叶轮，4混合管，5塔架，6中心锥体。
具体实施方式：
本发明在风力机的风轮外周加上集风器，风轮之前加上导叶，并将集风器的尾端设计为波瓣结构；同时为了给涡结构的生成提供场所，在集风器的外围安装一剖面为有弯度的翼型的混合管。
首先，气流流入集风器，降低了气流的脉动；再经过前置导叶，以更小的脉动和更合适的角度经过风轮，减小了冲击损失；气流经过风轮后，气流的部分动能转化为了风轮的机械能，波瓣结构210与中心锥体6之间的主流速度降低，但由于副流的泵抽作用，使得主流速度得以提高，进而增加了风轮的过流量；同时，由于波瓣结构的特殊构造，主流与副流方向的不一致导致了混合管内流向涡的产生，促进了周向与径向流动的混合，而主流与副流大小的不一致则导致了混合管内正交涡的产生，促进了流动在径向的混合。涡结构的产生既降低了气动噪声，还降低了风轮后的压强，增大了叶轮前后的压差，压差增大而产生的吸力也进一步提高了流量。混合管为涡结构的生成和主、副流的混合提供了场所；同时，本发明采用切面形状为翼型的混合管，是为了利用翼型压力面和吸力面的压差，进一步降低风轮出口的压力；而采取有弯度的翼型则是因为有弯度的翼型即使在零攻角的时候仍能产生压差。
因为风轮后的压力可尽可能多的被降低，使通过风轮流量显著增大，风能吸收能力大大提高，同时可将风力机造得更小一些，小尺寸不光降低了生产成本，使得加工，运输，安装及维护更加方便，由于转子叶片长度显著减小，刚度增强，叶片乃至整机的疲劳寿命会大大提高；在较高的极端风速以上仍可以工作；风力机噪声较小；风力机转子叶片较短，使其可以在很大偏航角度内自适应调整风向；对于相同面积的风场，由于尺寸小，相同数量机组的发电量受尾迹影响较小。这些都大大拓展了风力机的运转范围。
本发明将波瓣结构引入到了风力机的设计中，最大限度降低了风轮后的压强，增大了叶轮前后的压差，即增加了出功，提高了流量，降低了噪声；同时，也有机结合集风器、前置的导叶和剖面为有弯度的翼型的混合管的优点，减小了来流的脉动，减小了冲击损失，减小了风力机的尺寸，降低了成本，提高了强度，减小了风电场中风力机尾迹影响，改善了低风速下性能和变工况性能，降低了噪声。
以下结合附图1来说明。
气流按图示的箭头方向流入集风器2，降低气流的脉动，再经过导叶1，以更小的脉动和更合适的角度经过叶轮3，减小了冲击损失；气流经过叶轮3后，气流的部分动能转化为了叶轮3的机械能，波瓣结构201与中心锥体6之间的主流速度降低，但由于副流的泵抽作用，使得主流速度得以提高，进而增加了叶轮3的过流量；同时，由于波瓣结构201的构造，主流与副流方向的不一致导致了混合管4内流向涡的产生，促进了周向与径向流动的混合，而主流与副流大小的不一致则导致了混合管4内正交涡的产生，促进了流动在径向的混合。涡结构的产生既降低了气动噪声，还降低了叶轮3后的压强，增大了叶轮3前后的压差，压差增大而产生的吸力也进一步提高了流量和风能吸收能力。
本发明的整体是安装在一塔架5上。
Claims (2)
1.一种风力机，其结构为：
风轮的进风面设置有导叶；
风力机的风轮外周固定有尾端为波瓣结构的集风器；
集风器出风面的外围安装一剖面为弯曲的翼型混合管。
2.如权利要求1所述的风力机，其中，集风器和翼型混合管固定在塔架上。
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Publications (1)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2512567A (en) * | 2013-01-23 | 2014-10-08 | Nenad Paunovic | Wind and hydro turbines turbulence control mechanism |
| CN107725285A (zh) * | 2017-11-28 | 2018-02-23 | 南京工程学院 | 一种风力机尾流消散装置 |
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2009
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| GB2512567A (en) * | 2013-01-23 | 2014-10-08 | Nenad Paunovic | Wind and hydro turbines turbulence control mechanism |
| GB2512567B (en) * | 2013-01-23 | 2018-05-23 | Paunovic Nenad | Wind and hydro turbines turbulence control mechanism |
| CN107725285A (zh) * | 2017-11-28 | 2018-02-23 | 南京工程学院 | 一种风力机尾流消散装置 |
| CN107725285B (zh) * | 2017-11-28 | 2023-07-18 | 南京工程学院 | 一种风力机尾流消散装置 |
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