專利名稱：風(fēng)力機風(fēng)輪局部強聚能環(huán)及其設(shè)計方法
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)力機風(fēng)輪局部強聚能環(huán)的設(shè) 計方法。
背景技術(shù)：
H前千瓦級及以上的風(fēng)力發(fā)電機風(fēng)輪葉片基本上直接安裝在輪轂上，不僅葉 片的強度低，而且不利于風(fēng)能的捕獲，導(dǎo)致風(fēng)力機的啟動風(fēng)速較高，風(fēng)力機的工 作效率降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種風(fēng)力機風(fēng)輪局部強聚能環(huán)，其特征在于，該局部強聚能環(huán) 安裝在風(fēng)輪上，其中局部強聚能環(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；局部強聚能環(huán)的形狀為圓形，其截面形狀自迎風(fēng)方向依次為 直角三角形，其斜邊朝向風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸線，且頂角的角度為0<^<90°;葉片寬度域 為長方形，尺寸為/x^;而后為四分之一長橢圓形，長半軸為^coty，短半軸為
/，且橢圓邊向著風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸線，各邊聯(lián)結(jié)處光滑；其中，/為局部強聚能環(huán)在半 徑方向上的寬度，7 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)力機風(fēng)輪局部強聚能環(huán)的設(shè)計方法，其特征在于，該 局部強聚能環(huán)的最大半徑為=局部強聚能環(huán)在半徑方向上的寬度為/ = ，
風(fēng)能利用提高系數(shù)^ = ^^ + 1- 2，其中，"為局部強聚能環(huán)半徑系數(shù)，/ 為局
部強聚能環(huán)徑寬系數(shù)，^為風(fēng)輪半徑，通過調(diào)整"和-的取值，來得到不同的f值。 所述局部強聚能環(huán)半徑系數(shù)《的取值范圍為4 1;局部強聚能環(huán)徑寬系數(shù)/ 的取值范圍為0 1。本發(fā)明的有益效果為釆用本發(fā)明所述的風(fēng)力機風(fēng)輪局部強聚能環(huán)，以風(fēng)輪
直徑20m、 30m、 40m、 50m、 60m和70m為例計算，相同風(fēng)輪直徑的風(fēng)力發(fā)電 機組可將風(fēng)能利用率提為-2.8%-42%，啟動風(fēng)速明顯降低，可以有效的提高風(fēng)力 機的工作效率。


圖1為局部強聚能環(huán)的位置及結(jié)構(gòu)圖； 圖2為A-A而的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中標號
l-風(fēng)輪葉片；2-局部強聚能環(huán)；3-風(fēng)輪輪轂。
具體實施例方式
本發(fā)明提供了一種風(fēng)力機風(fēng)輪局部強聚能環(huán)及其設(shè)計方法，下面通過附圖說 明和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步說明。
圖1為局部強聚能環(huán)的位置及結(jié)構(gòu)圖；圖2為A-A面的結(jié)構(gòu)示意圖。局部強 聚能環(huán)2的形狀為圓形，其截面形狀自迎風(fēng)方向依次為直角三角形，其斜邊朝 向風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸線，且頂角的角度為/ = 30。，底邊為/;葉片寬度域為長方形，尺寸 為/xS;而后為四分之一長橢圓形，長半軸為l/cxrty，短半軸為/，且橢圓邊向
著風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸線，各邊聯(lián)結(jié)處光滑；其中，/為局部強聚能環(huán)在半徑方向上的寬
度，S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
『！x丄褲V (1) 27 2
式中『為風(fēng)輪捕獲的最大風(fēng)能；々為空氣密度；為風(fēng)輪半徑；F為通過 風(fēng)輪的風(fēng)速。
在風(fēng)輪上設(shè)置局部強聚能環(huán)2，設(shè)局部強聚能環(huán)2的半徑為r，局部強聚能 環(huán)2在半徑方向上的寬度為/，根據(jù)貝茲假設(shè)，空氣為不可壓縮的流體，貝l」存在連續(xù)性方程
式中K為環(huán)內(nèi)風(fēng)速。
則環(huán)內(nèi)風(fēng)速提高系數(shù)^為
(2)
(r_/)2
環(huán)內(nèi)風(fēng)輪捕獲的最大風(fēng)能W為
w/16 1^,、2r"16 1/ T/3
(3)
(4)
環(huán)外風(fēng)輪捕獲的風(fēng)能『2為
『7 =!x —;rp[W2 _沖3 則風(fēng)輪設(shè)置局部強聚能環(huán)2后捕獲的風(fēng)能W'為:
(7)
『=R= ^x丄/w 27 2
16 f
27 2
(8)
定義工^中^ = ^/; + 1-;稱為風(fēng)能利用提高系數(shù)。
定義^ = ^， / = ;^，其中"為局部強聚能環(huán)半徑系數(shù)，P為局部強聚能環(huán) 徑寬系數(shù)，貝IJ:
"+1_ 2 (9)
將局部強聚能環(huán)2安裝在風(fēng)輪上，其中局部強聚能環(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70m的風(fēng)輪，取《 =丄,/ = 1，得到s4.028195，環(huán)內(nèi)風(fēng)速提高系
9 35
數(shù)&=1. 81213，采用此種結(jié)構(gòu)尺寸的局部強聚能環(huán)，相同風(fēng)輪直徑的風(fēng)力發(fā)電機 組可將風(fēng)能利用率提高2.82%，啟動風(fēng)速也可降低約81%。
對直徑為60m的風(fēng)輪，取"=!,/ =丄，得到￡=1.038402，環(huán)內(nèi)風(fēng)速提高系
8 30數(shù)&=1.859504，采用此種結(jié)構(gòu)尺寸的局部強聚能環(huán)，相同風(fēng)輪直徑的風(fēng)力發(fā)電機 組可將風(fēng)能利用率提高3.8%，啟動風(fēng)速也可降低約86%。
對直徑為50m的風(fēng)輪，取《 = +," = ^，得到^=1.055532，環(huán)內(nèi)風(fēng)速提高系
數(shù)A:-1.929012，采用此種結(jié)構(gòu)尺寸的局部強聚能環(huán)，相同風(fēng)輪直徑的風(fēng)力發(fā)電機 組可將風(fēng)能利用率提高5.5%，啟動風(fēng)速也可降低約93%。
對直徑為40m的風(fēng)輪，取《 = |^ = ^,得到￡ = 1.087915，環(huán)內(nèi)風(fēng)速提高系
數(shù)&=2.040816，釆用此種結(jié)構(gòu)尺寸的局部強聚能環(huán)，相同風(fēng)輪直徑的風(fēng)力發(fā)電機 組可將風(fēng)能利用率提高8.8%，啟動風(fēng)速也可降低約104%。
以上只是本發(fā)明四個較優(yōu)的實施例，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)力機風(fēng)輪局部強聚能環(huán)，其特征在于，該局部強聚能環(huán)(2)安裝在風(fēng)輪上，其中局部強聚能環(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；局部強聚能環(huán)(2)的形狀為圓形，其截面形狀自迎風(fēng)方向依次為直角三角形，其斜邊朝向風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸線，且頂角的角度為0＜γ＜90°；葉片寬度域為長方形，尺寸為l×B；而后為四分之一長橢圓形，長半軸為 id="icf0001" file="A2009100919430002C1.tif" wi="15" he="8" top= "67" left = "172" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>短半軸為l，且橢圓邊向著風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸線，各邊聯(lián)結(jié)處光滑；其中，l為局部強聚能環(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)力機風(fēng)輪局部強聚能環(huán)的設(shè)計方法，其特征在于，該局部強聚能環(huán)(2) 的最大半徑為""i ，局部強聚能環(huán)(2)在半徑方向上的寬度為/ = / 及，風(fēng)能利用提高系數(shù)<formula>formula see original document page 2</formula> ，其中，"為局部強聚能環(huán)半徑系數(shù)，"為局部強聚能環(huán)徑寬系數(shù)，/ 為風(fēng)輪十徑，通過調(diào)整《和-的取值，來得到不同的H直。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力機風(fēng)輪局部強聚能環(huán)的設(shè)計方法，其特征在 于，所述局部強聚能環(huán)半徑系數(shù)"的取值范圍為4 1;局部強聚能環(huán)徑寬系數(shù)P 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)力機風(fēng)輪局部強聚能環(huán)的設(shè)計方法。局部強聚能環(huán)安裝在風(fēng)輪上，其中局部強聚能環(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；局部強聚能環(huán)的形狀為圓形，其截面形狀自迎風(fēng)方向依次為直角三角形、葉片寬度域為長方形、而后為四分之一的長橢圓形的組合。調(diào)整局部強聚能環(huán)的半徑r和局部強聚能環(huán)在半徑方向上的寬度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)力機風(fēng)輪局部強聚能環(huán)，以風(fēng)輪直徑20m、30m、40m、50m、60m和70m為例計算，相同風(fēng)輪直徑的風(fēng)力發(fā)電機組可將風(fēng)能利用率提高2.8％-42％，啟動風(fēng)速明顯降低，可以有效的提高風(fēng)力機的工作效率。
文檔編號F03D1/06GK101639035SQ20091009194
公開日2010年2月3日 申請日期2009年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月3日
發(fā)明者飛 孫, 張照煌, 李福田, 高延偉 申請人:華北電力大學(xué)