專利名稱：風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪局部聚能環(huán)及其設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪局部聚能環(huán)的設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：
目前千瓦級及以上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪葉片基本上直接安裝在輪轂上，不僅葉片的強(qiáng)度低，而且不利于風(fēng)能的捕獲，導(dǎo)致風(fēng)力機(jī)的啟動風(fēng)速較高，風(fēng)力機(jī)的工作效率降低。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪局部聚能環(huán)，其特征在于，風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪局部聚能環(huán)，其特征在于，該局部聚能環(huán)安裝在風(fēng)輪上，其中局部聚能環(huán)由風(fēng)輪葉片定位固定，且以風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸線為中心呈中心對稱布置；局部聚能環(huán)的形狀為圓形，其截面形狀自迎風(fēng)方向?yàn)榈妊切?，其頂角的角度?＜γ＜90°，底邊為l；葉片寬度域?yàn)殚L方形，尺寸為l×B；而后為長橢圓形，長半軸為

，短半軸為

；其中，l為局部聚能環(huán)在半徑方向上的寬度，B為風(fēng)輪葉片的軸向?qū)挾取?br> 本發(fā)明還提供了一種風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪局部聚能環(huán)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，該局部聚能環(huán)的半徑為r＝αR，局部聚能環(huán)在半徑方向上的寬度為l＝βR，風(fēng)能利用提高系數(shù)其中，α為局部聚能環(huán)半徑系數(shù)，β為局部聚能環(huán)徑寬系數(shù)，R為風(fēng)輪半徑，通過調(diào)整α和β的取值，來得到不同的ε值。
所述局部聚能環(huán)半徑系數(shù)α的取值范圍為

；局部聚能環(huán)徑寬系數(shù)β的取值范圍為0～1。
本發(fā)明的有益效果為采用本發(fā)明所述的風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪局部聚能環(huán)，以風(fēng)輪直徑80m和90m為例計(jì)算，相同風(fēng)輪直徑的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可將風(fēng)能利用率提高2％-5％，啟動風(fēng)速也可降低約3％-6％，可以有效的提高風(fēng)力機(jī)的工作效率。



圖1為局部聚能環(huán)的位置及結(jié)構(gòu)圖； 圖2為A-A面的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中標(biāo)號 1-風(fēng)輪葉片；2-局部聚能環(huán)；3-風(fēng)輪輪轂。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明提供了一種風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪局部聚能環(huán)的設(shè)計(jì)方法，下面通過

和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
圖1為局部聚能環(huán)的位置及結(jié)構(gòu)圖；圖2為A-A面的結(jié)構(gòu)示意圖。局部聚能環(huán)2的形狀為圓形，其截面形狀自迎風(fēng)方向?yàn)榈妊切危漤斀堑慕嵌葹棣茫?0°，底邊為l；葉片寬度域?yàn)殚L方形，尺寸為l×B；而后為長橢圓形，長半軸為

，短半軸為

；其中，l為局部聚能環(huán)在半徑方向上的寬度，B為風(fēng)輪葉片的軸向?qū)挾取８鶕?jù)貝茲理論，風(fēng)輪捕獲的最大風(fēng)能為 式中W為風(fēng)輪捕獲的風(fēng)能；ρ為空氣密度；R為風(fēng)輪半徑；V為通過風(fēng)輪的風(fēng)速。
在風(fēng)輪上設(shè)置局部聚能環(huán)，設(shè)局部聚能環(huán)的半徑為r，局部聚能環(huán)在半徑方向上的寬度為l，根據(jù)貝茲假設(shè)，空氣為不可壓縮的流體，則存在連續(xù)性方程 式中V0為環(huán)內(nèi)風(fēng)速。
則環(huán)內(nèi)風(fēng)速提高系數(shù)k為 環(huán)內(nèi)風(fēng)輪捕獲的風(fēng)能W1為 同理，環(huán)外存在連續(xù)性方程，即 即環(huán)外風(fēng)速提高系數(shù)k′為 環(huán)外風(fēng)輪捕獲的風(fēng)能W2為 則風(fēng)輪設(shè)置局部聚能環(huán)后捕獲的風(fēng)能W′為 定義式中稱為風(fēng)能利用提高系數(shù)。
定義r＝αR，l＝βR，其中α為局部聚能環(huán)半徑系數(shù)，β為局部聚能環(huán)徑寬系數(shù)，則 將局部聚能環(huán)2安裝在風(fēng)輪上，其中局部聚能環(huán)2由風(fēng)輪葉片1定位固定，且以風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸線，即風(fēng)輪輪轂3為中心呈中心對稱布置. 對直徑為80m的風(fēng)輪，取得到ε＝1.03558，環(huán)內(nèi)風(fēng)速提高系數(shù)k＝1.08，環(huán)外風(fēng)速提高系數(shù)k′＝1.01，采用此種結(jié)構(gòu)尺寸的局部聚能環(huán)，相同風(fēng)輪直徑的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可將風(fēng)能利用率提高3.5％，啟動風(fēng)速也可降低約4.5％。
對直徑為90m的風(fēng)輪，取得到ε＝1.023927，環(huán)內(nèi)風(fēng)速提高系數(shù)k＝1.095，環(huán)外風(fēng)速提高系數(shù)k′＝1.006，采用此種結(jié)構(gòu)尺寸的局部聚能環(huán)，相同風(fēng)輪直徑的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可將風(fēng)能利用率提高2.4％，啟動風(fēng)速也可降低約4.5％。
以上只是本發(fā)明兩個較優(yōu)的實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員可在權(quán)利要求的范圍內(nèi)根據(jù)需要作出任意修改。
權(quán)利要求
1.風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪局部聚能環(huán)，其特征在于，該局部聚能環(huán)(2)安裝在風(fēng)輪上，其中局部聚能環(huán)(2)由風(fēng)輪葉片(1)定位固定，且以風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸線為中心呈中心對稱布置；局部聚能環(huán)(2)的形狀為圓形，其截面形狀自迎風(fēng)方向依次為等腰三角形，其頂角的角度為0＜γ＜90°，底邊為l；葉片寬度域?yàn)殚L方形，尺寸為l×B；而后為長橢圓形，長半軸為
短半軸為
其中，l為局部聚能環(huán)(2)在半徑方向上的寬度，B為風(fēng)輪葉片(1)的軸向?qū)挾取?br> 2.風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪局部聚能環(huán)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，該局部聚能環(huán)(2)的半徑為r＝αR，局部聚能環(huán)(2)在半徑方向上的寬度為l＝βR，風(fēng)能利用提高系數(shù)其中，α為局部聚能環(huán)半徑系數(shù)，β為局部聚能環(huán)徑寬系數(shù)，R為風(fēng)輪半徑，通過調(diào)整α和β的取值，來得到不同的ε值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪局部聚能環(huán)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述局部聚能環(huán)半徑系數(shù)α的取值范圍為
局部聚能環(huán)徑寬系數(shù)β的取值范圍為0～1。
全文摘要
本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪局部聚能環(huán)的設(shè)計(jì)方法。局部聚能環(huán)安裝在風(fēng)輪上，其中局部聚能環(huán)由風(fēng)輪葉片定位固定，且以風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸線為中心呈中心對稱布置；局部聚能環(huán)的形狀為圓形，其截面形狀自迎風(fēng)方向依次為等腰三角形、葉片寬度域?yàn)殚L方形、而后為長橢圓形的組合。調(diào)整局部聚能環(huán)的半徑為r和局部聚能環(huán)在半徑方向上的寬度為l，得到不同的風(fēng)能利用提高系數(shù)ε。采用本發(fā)明所述的風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪局部聚能環(huán)，以風(fēng)輪直徑80m和90m為例計(jì)算，相同風(fēng)輪直徑的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可將風(fēng)能利用率提高2％-5％，啟動風(fēng)速也可降低約3％-6％，可以有效的提高風(fēng)力機(jī)的工作效率。
文檔編號F03D1/06GK101639034SQ20091009185
公開日2010年2月3日 申請日期2009年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月27日
發(fā)明者張照煌 申請人:華北電力大學(xué)