CN103233863A - 双涵道轴流式风力发电*** - Google Patents

双涵道轴流式风力发电*** Download PDF

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Abstract

双涵道轴流式风力发电***，包括前、后套接设置的前管道及后管道，后管道套接在前管道的外部，前管道与后管道之间通过支板固定支撑，前管道带有聚缩管一及尾流管一，后管道带有聚缩管二及尾流管二，聚缩管一的进风口与聚缩管二的进风口之间留有轴向距离，且聚缩管一的进风口位于聚缩管二的前方，尾流管一靠近聚缩管二的尾部，尾流管一的尾部沿外周设有通孔，叶轮设在聚缩管一的尾部，前管道内设有导叶，导叶靠近叶轮，叶轮在风力的驱动作用下旋转，驱动发电机发电。本发明可以有效提高管内风速，进而进一步提高风能利用率、提高发电机效率。

Description

双涵道轴流式风力发电***
技术领域
本发明涉及风力发电设备技术领域，具体涉及有效提高风能利用率的双涵道轴流式风力发电***。
背景技术
根据狭管效应而产生的聚风型风力发电机，由于其具有聚集风能、提压增速、提高风能利用率的优点，在风力发电技术领域具有广泛的应用前景。目前的聚风型风力发电装置通常是将进风口设置成一个聚缩狭管，用于提升风速，由于风是因不同位置之间存在压强差而空气流动的结果，风在狭管管道内流动的过程中，流速会受到管道内壁阻力和内部压强的影响，风速的提升实际上非常有限。如中国专利ZL201220394391.6所公开的名称为“一种自启动式狭管聚风风力发电***”的风力发电装置，由于管内压强随着空气的聚集而逐渐增强，导致管道入口和管道内部之间空气的压强差降低，这会阻碍气流的进一步进入，最终阻碍风速的进一步提升。因此，要有效提高管内的风速，可以从降低管道内壁阻力和增加管道入口与管道内部压强差两个方面进行研究。其中，管道内壁阻力的降低可以通过改善管道内壁光滑程度来实现，较容易实现；而要使管道入口和管道内部之间的压强差增加，则可以通过增加管道入口的压强或/和降低管道出风口的压强来实现，增加管道入口的压强，可以通过改变聚风口的形状等措施进行改进，而如何降低管道内部的压强则是进一步提升管内风速的研究重点。
发明内容
本申请人针对现有技术中的上述缺点进行改进，提供一种双涵道轴流式风力发电***，其可以有效提高管内风速，进而进一步提高风能利用率、提高发电机效率。
本发明的技术方案如下：
双涵道轴流式风力发电***，包括前、后套接设置的前管道及后管道，后管道套接在前管道的外部，前管道与后管道之间通过支板固定支撑，前管道带有聚缩管一及尾流管一，后管道带有聚缩管二及尾流管二，聚缩管一的进风口与聚缩管二的进风口之间留有轴向距离，且聚缩管一的进风口位于聚缩管二的前方，尾流管一靠近聚缩管二的尾部，尾流管一的尾部沿外周设有通孔，叶轮设在聚缩管一的尾部，前管道内设有导叶，导叶靠近叶轮，叶轮在风力的驱动作用下旋转，驱动发电机发电。
其进一步技术方案为：
所述聚缩管一的管壁上沿圆周设有泄风口，所述泄风口上设有泄风门，所述泄风门用于打开或关闭所述泄风口。
所述叶轮的前、后两侧分别设有前导风罩、后导风罩。
所述前导风罩及后导风罩均为锥形结构，前导风罩的所述窄端靠近进风口，后导风罩的所述窄端靠近排风口。
所述尾流管一及尾流管二均为扩张管。
所述聚缩管一进风口的外周呈流线形曲面。
所述聚缩管二的进风口的外周呈流线形曲面。
本发明的技术效果：
本发明通过前管道及后管道的双涵道设计，可以降低叶轮叶片背面的压强、加强前管道内部的风速，增加叶片正面、背面的压强差，增加叶片的受力，从而提高发电机的输出功率，提高发电机效率；前管道的进风口***采用流线型设计，使得前管道***的气流可以更加顺畅地进入后管道，使得后管道中部具有较高的风速，帮助前管道排气；后管道的进风口***同样采取流线型设计，使得后管道***的气流可以顺畅流过后管道排风口***，可以帮助后管道排气；聚缩管一及聚缩管二均采用收缩管结构，因此可以聚集风能并提升风速，从而提高风能利用率；采用均为锥形结构的前导风罩及后导风罩，可以将管道内的风尽可能地引导至叶片的***，进一步提高风能利用率；前管道的聚缩管一上的泄风口及泄风门的设置，可以使前管道内的风速维持在合理范围内，保护发电机不过载，确保发电机的持续稳定发电；尾流管一的尾部沿圆周设置通孔，当尾流管一外部的气流高速流动的时候会在通孔周边产生负压，有利于带动尾流管一内的气流加速排出。
附图说明
图1为本发明的轴测视图。
图2为本发明的半剖视图。
其中：1、前管道；11、聚缩管一；12、尾流管一；2、后管道；21、聚缩管二；22、尾流管二；3、孔；4、叶轮；5、导叶；6、支板；7、前导风罩；8、后导风罩；9、泄风门；10、中心轴；20、支架；30、发电机。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
见图1、图2，本发明包括前、后套接设置的前管道1及后管道2，后管道2套接在前管道1的外部，前管道1与后管道2之间通过支板6固定支撑，前管道1带有聚缩管一11及尾流管一12，后管道2带有聚缩管二21及尾流管二22，聚缩管一11的进风口与聚缩管二21的进风口之间留有轴向距离，且聚缩管一11的进风口位于聚缩管二21的前方，尾流管一12靠近聚缩管二21的尾部，尾流管一12的尾部沿外周设有通孔3，叶轮4设在聚缩管一11的尾部，前管道1内设有导叶5，导叶5靠近叶轮4，叶轮4在风力的驱动作用下旋转，驱动发电机30发电。
进一步地，当来风风速过大时，为了使前管道1内的风速维持在合理范围内，使聚缩管一11内的气流不至于涡旋堵塞在管道内，以确保保护发电机30不过载，在聚缩管一11的管壁上沿圆周设有泄风口，所述泄风口上设有泄风门9，泄风门9用于打开或关闭所述泄风口。
为了使进入聚缩管一11内的风能尽可能地吹向叶轮4，在叶轮4的前、后两侧分别设有前导风罩7、后导风罩8，且前导风罩7及后导风罩8均为锥形结构，前导风罩7的窄端靠近进风口，后导风罩8的窄端靠近排风口，前导风罩7、后导风罩8分别通过导叶5固定支撑在前管道1的内壁上。
为了使聚缩管一11外部的气流更顺畅地进入聚缩管二21内，聚缩管一11进风口的外周呈流线形曲面设计，同样地，聚缩管二21的进风口的外周呈流线形曲面设计，可以使得聚缩管二21***的气流可以顺畅流过尾流管二22的排风口***，由此帮助尾流管二22排气；为了将气流减速后顺利排出，尾流管一12及尾流管二22均为扩张管。
本发明中在前管道1内设置的发电机30可以是传统旋转电机、直驱式直线电机、外转子电机等多种形式，图2为本发明的实施例之一，即发电机30采用外转子发电机，所述外转子发电机通过中心轴10和支架20固定支撑在前管道1内，该实施例的运行方式如下：
风从聚缩管一11的进风口进入，风速随着聚缩管一11的管道截面积的逐渐缩小而逐渐增强，在前导风罩7的引导下风速进一步增加，并经导叶4调整方向后，冲击叶轮4的叶片，从而将集中的风能转换为叶片的动能，由叶轮4带动外转子发电机内的外转子转动，外转子与内部定子产生相对运动，使发电机30发电，损失大部分能量的风在后导风罩8的导风作用下，经逐渐扩大的尾流管一12排出；聚缩管一11的进风口外侧的风则从聚缩管二21的进风口进入聚缩管二21内，在聚缩管二21的管道内增速之后的气流正好在尾流管一12的出口***流过，且在尾流管一12的出口***的气流具有较高的流速，从而进一步降低尾流管一12出口处的压强，在尾流管一12尾部的通孔3周边形成负压，由于在尾流管一12的出口***的气流流速高于尾流管一12的出口处的风速，因此可带动尾流管一12排风口处的气流加速排出，尾流管一12排出的气流和聚缩管二21尾部的气流汇总后，经逐渐扩大的尾流管二22排出，风的流向如图2中箭头方向所示。
在聚缩管一11的管壁上沿圆周设有泄风口，且通过设置泄风门9来控制泄风口的开、闭，泄风门9的开、闭可以通过铰链等机械机构来实现，当外部风速过大时，通过控制***检测并发出信号，控制泄风门9向外翻开从而打开泄风口，通过泄风口的作用，将前管道1、后管道2连通，从而将前管道1内的过大的压强泄至后管道2，从而使前管道1内的风速维持在合理范围内，保护发电机30不过载，确保发电机30的持续稳定发电。
本发明通过前管道1及后管道2的双涵道设计，可以降低叶轮4叶片背面的压强，从而增加叶片正面、背面的压强差，增加叶片的受力，从而提高风能利用率、提高发电机的输出功率，提高发电机效率；本发明配合偏航控制装置作业，根据风向通过偏航控制装置进行控制，使得前管道1的进风口对准风向，以最大限度地捕获风能。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。 

Claims (7)

1. 双涵道轴流式风力发电***，其特征在于：包括前、后套接设置的前管道（1）及后管道（2），后管道（2）套接在前管道（1）的外部，前管道（1）与后管道（2）之间通过支板（6）固定支撑，前管道（1）带有聚缩管一（11）及尾流管一（12），后管道（2）带有聚缩管二（21）及尾流管二（22），聚缩管一（11）的进风口与聚缩管二（21）的进风口之间留有轴向距离，且聚缩管一（11）的进风口位于聚缩管二（21）的前方，尾流管一（12）靠近聚缩管二（21）的尾部，尾流管一（12）的尾部沿外周设有通孔（3），叶轮（4）设在聚缩管一（11）的尾部，前管道（1）内设有导叶（5），导叶（5）靠近叶轮（4），叶轮（4）在风力的驱动作用下旋转，驱动发电机（30）发电。
2.按权利要求1所述的双涵道轴流式风力发电***，其特征在于：所述聚缩管一（11）的管壁上沿圆周设有泄风口，所述泄风口上设有泄风门（9），所述泄风门（9）用于打开或关闭所述泄风口。
3.按权利要求2所述的双涵道轴流式风力发电***，其特征在于：所述叶轮（4）的前、后两侧分别设有前导风罩（7）、后导风罩（8）。
4.按权利要求3所述的双涵道轴流式风力发电***，其特征在于：所述前导风罩（7）及后导风罩（8）均为锥形结构，前导风罩（7）的所述窄端靠近进风口，后导风罩（8）的所述窄端靠近排风口。
5.按权利要求1或2或4所述的双涵道轴流式风力发电***，其特征在于：所述尾流管一（12）及尾流管二（22）均为扩张管。
6.按权利要求1或2或4所述的双涵道轴流式风力发电***，其特征在于：所述聚缩管一（11）进风口的外周呈流线形曲面。
7.按权利要求1或2或4所述的双涵道轴流式风力发电***，其特征在于：所述聚缩管二（21）的进风口的外周呈流线形曲面。
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