專利名稱：一種提高風(fēng)機(jī)捕風(fēng)效率的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于風(fēng)機(jī)發(fā)電領(lǐng)域，尤其涉及到一種提高風(fēng)機(jī)捕風(fēng)效率的裝置，突破了風(fēng)機(jī)捕風(fēng)效率的貝茲極限。
背景技術(shù)：
風(fēng)機(jī)是指將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，主要包括風(fēng)輪、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、控制系統(tǒng)、塔架等部件。其中風(fēng)輪是風(fēng)電機(jī)組最重要的部件，主要由葉片和輪轂組成。葉片在氣流作用下能產(chǎn)生氣動(dòng)力使風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)，再通過(guò)齒輪箱增速或直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能。因此，葉片的捕風(fēng)效率直接影響到風(fēng)機(jī)發(fā)電效率。近年來(lái)，隨著風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)風(fēng)電葉片設(shè)計(jì)的要求逐漸提高，尤其是對(duì)捕風(fēng)效率都有了更高的要求。通常情況下，當(dāng)風(fēng)通過(guò)渦輪機(jī)，幾乎有一半的空氣被迫停留在葉片周圍，而不是通過(guò)它們，這些風(fēng)中的能量就丟失了。傳統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)最多只能利用59.3%的風(fēng)能，這個(gè)值被稱為貝茲極限。目前提高捕風(fēng)效率的技術(shù)大都集中在采用更高升阻比的新翼型，如改型的NACA63系列，或者采用從葉尖到葉跟的全翼型結(jié)構(gòu)，但是其捕風(fēng)效率均低于貝茲極限0.593。也有采用風(fēng)道設(shè)計(jì)的技術(shù)，但是其原理主要是通過(guò)改變風(fēng)向和多級(jí)串聯(lián)轉(zhuǎn)子的方法，其效率的提高均不能突破貝茲極限。目前大部分風(fēng)機(jī)優(yōu)化后的最大捕風(fēng)效率大都在0.47-0.51之間，有必要對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，提高風(fēng)機(jī)捕風(fēng)效率，使其突破貝茲極限
0.593。
發(fā)明內(nèi)容為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型公開(kāi)了一種提高風(fēng)機(jī)捕風(fēng)效率的裝置，使風(fēng)機(jī)捕風(fēng)效率突破貝茲極限0.593的限制，主要適用于小型葉片的垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:一種提高風(fēng)機(jī)捕風(fēng)效率的裝置，其特征在于:包括環(huán)形擴(kuò)壓管和擴(kuò)壓管支撐結(jié)構(gòu)，所述擴(kuò)壓管安裝在風(fēng)機(jī)的風(fēng)輪外周，所述環(huán)形擴(kuò)壓管截面為翼型。進(jìn)一步地，所述環(huán)形擴(kuò)壓管的截面翼型為任意升力翼型。進(jìn)一步地，所述環(huán)形擴(kuò)壓管喉部面積與擴(kuò)壓管出口面積比值為1: 1.5 3。進(jìn)一步地，所述擴(kuò)壓管支撐結(jié)構(gòu)安裝在風(fēng)機(jī)塔筒之上。本實(shí)用新型的有益效果在于:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，可以采用架設(shè)獨(dú)立的支撐結(jié)構(gòu)，也可以將其安裝在風(fēng)機(jī)塔架上；通過(guò)在風(fēng)機(jī)外周加裝任意升力翼型的環(huán)形擴(kuò)壓管即可實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，可以大量應(yīng)用在小型葉片的垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)領(lǐng)域。

圖1本實(shí)用新型實(shí)施例安裝示意圖；圖2帶擴(kuò)壓管和不帶擴(kuò)壓管的風(fēng)機(jī)捕風(fēng)效率隨推力系數(shù)變化圖；圖中附圖標(biāo)記如下:1-環(huán)形擴(kuò)壓管；2-風(fēng)輪；3-塔架；4_擴(kuò)壓管支撐結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的原理是通過(guò)將風(fēng)機(jī)放置于帶翼型截面的環(huán)形擴(kuò)壓管中，利用翼型截面產(chǎn)生升力，也就是等效成環(huán)形潤(rùn)，該環(huán)形潤(rùn)通過(guò)Biot-Savart定律將產(chǎn)生一個(gè)誘導(dǎo)速度，從而增加通過(guò)風(fēng)機(jī)掃風(fēng)面積的質(zhì)量流量，可以把捕風(fēng)效率提高到0.80以上，超過(guò)貝茲極限
0.593。理論推導(dǎo)驗(yàn)證和CFD計(jì)算(Computational Fluid Dynamics,即計(jì)算流體動(dòng)力學(xué))驗(yàn)證過(guò)程如下:如圖1所示，風(fēng)輪平面內(nèi)的軸向速度以v表示ε表示放大系數(shù)，定義為!《與、的比值，即E= V/^。對(duì)擴(kuò)壓管中的風(fēng)輪進(jìn)行一維分析可以得到帶擴(kuò)壓管的風(fēng)機(jī)的功率系數(shù)，也
就是捕風(fēng)效率Apitf的表達(dá)式:
權(quán)利要求1.一種提高風(fēng)機(jī)捕風(fēng)效率的裝置，其特征在于:包括環(huán)形擴(kuò)壓管和擴(kuò)壓管支撐結(jié)構(gòu)，所述擴(kuò)壓管安裝在風(fēng)機(jī)的風(fēng)輪外周，所述環(huán)形擴(kuò)壓管截面為翼型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種提高風(fēng)機(jī)捕風(fēng)效率的裝置，其特征在于:所述環(huán)形擴(kuò)壓管的截面翼型為任意升力翼型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種提高風(fēng)機(jī)捕風(fēng)效率的裝置，其特征在于:所述環(huán)形擴(kuò)壓管喉部面積與擴(kuò)壓管出口面積比值為1: 1.5 3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種提高風(fēng)機(jī)捕風(fēng)效率的裝置，其特征在于:所述擴(kuò)壓管支撐結(jié)構(gòu)安裝在風(fēng)機(jī)塔筒之上。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種提高風(fēng)機(jī)捕風(fēng)效率的裝置，使風(fēng)機(jī)捕風(fēng)效率突破貝茲極限0.593的限制，主要適用于小型葉片的垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)。本實(shí)用新型包括環(huán)形擴(kuò)壓管和擴(kuò)壓管支撐結(jié)構(gòu)，所述擴(kuò)壓管安裝在風(fēng)機(jī)的風(fēng)輪外周，所述環(huán)形擴(kuò)壓管截面為任意升力翼型。進(jìn)一步地，所述環(huán)形擴(kuò)壓管喉部面積與擴(kuò)壓管出口面積比值為1∶1.5~3。所述擴(kuò)壓管支撐結(jié)構(gòu)為風(fēng)機(jī)塔筒。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，可以采用架設(shè)獨(dú)立的支撐結(jié)構(gòu)，也可以將其安裝在風(fēng)機(jī)塔架上；通過(guò)在風(fēng)機(jī)外周加裝任意升力翼型的環(huán)形擴(kuò)壓管即可實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，可以大量應(yīng)用在小型葉片的垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)F03D3/00GK203067172SQ201320054798
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月31日
發(fā)明者侯彬彬, 胡杰樺, 李再軻, 姜其斌, 劉建勛, 馮學(xué)斌, 梁鵬程 申請(qǐng)人:株洲時(shí)代新材料科技股份有限公司