專利名稱：風洞式擴壓引射風機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于風力機械領(lǐng)域。是采用一種通過擴壓引射方法，實現(xiàn)提高氣流速度并 在同一流體通道內(nèi)，同一軸向多級葉輪梯級捕獲動能，提高能效比，減少軸向動能流失損失 的效果的風洞式擴壓引射風機。
背景技術(shù)：
人類利用風能的歷史已有數(shù)千年。在風能利用領(lǐng)域已從早期的農(nóng)業(yè)加工、抽水灌 溉發(fā)展到今天的熱能轉(zhuǎn)換、發(fā)電等方面。由于古代東方的垂直軸阻力型風機功率系數(shù)太低， 在當今已幾乎無應(yīng)用價值。而近代歐洲的垂直軸升力型風機因其振動大、地面負面影響大 等缺點突出而不宜使用。因而現(xiàn)代風力機械領(lǐng)域基本都采用水平軸升力型風機。(請參閱 《風力發(fā)電技術(shù)》西北工業(yè)大學(xué)出版社、2009. 9重印第四章第33、34頁)。由上可知水平軸 風機(現(xiàn)代主流技術(shù))對人類的風能利用作出了積極貢獻。但在多年的運用實踐中也顯露 出了諸多缺陷和不足，以及尚需完善之處。例如(一 )、動能利用率低、風能資源流失量大由于水平軸升力型風機設(shè)計思想中，葉輪處于開放的大氣自然流場，葉輪只能對 軸向流經(jīng)的空氣動能進行一次性捕獲，而不能對其進行多次捕獲，因而軸向流經(jīng)葉輪的動 能便會流失，從而出現(xiàn)無法充分高效利用風能資源導(dǎo)致風能使用成本高和資源流量大的技 術(shù)經(jīng)濟缺陷。(二)葉輪體量過大，成本比重高，制造、運輸、安裝、維護、使用不經(jīng)濟又不方便由于現(xiàn)代風機設(shè)計是僅靠葉輪在開放的大氣流場截獲轉(zhuǎn)換動能，葉輪面積決定了 動能的捕獲量。因此，葉輪體量必然龐大，特別是近年來隨著風機功率的不斷增大，風機葉 輪的直徑也越來越大。因此，對風機葉輪的制造工藝和材質(zhì)以及安全性要求也越來越高，從 而造成葉輪在風機整個系統(tǒng)成本的占比越來越大(占比已近25，見《風力發(fā)電技術(shù)》西北工 業(yè)大學(xué)出版社2009. 9重印第15章第300頁)。同時還因其葉輪體量太大造成葉輪的制造、 運輸、安裝、維護諸多不便，費用增大，從而降低了整個系統(tǒng)的經(jīng)濟性。(三)、塔架體量太大，成本占比過高，制造、運輸、安裝、維護不便由于現(xiàn)行水平軸風機是僅靠塔架作為支撐，塔架必須承受各種載荷，特別是來自 于水平方向的巨大力矩，塔架載荷很大。因此，對塔架的質(zhì)量和安全性要求很高，其體量必 然龐大，材質(zhì)成本高。由于現(xiàn)行主流技術(shù)中，葉輪是垂直于塔架方向旋轉(zhuǎn)，葉輪直徑和塔架 輪轂高度的比值在0. 7 1. 0之間(《風力發(fā)電技術(shù)》西北工業(yè)大學(xué)出版社2009. 9重印第 15章第304頁)，造成無法用全方位高位斜拉索方式來分擔其水平方向的應(yīng)力，因而無法大 幅度降低塔架的建造成本。特別是近年來隨著風機功率的不斷增大，塔架在整個系統(tǒng)成本 中占比也越來越大(占比已近25%《風力發(fā)電技術(shù)》西北工業(yè)大學(xué)出版社2009. 9重印第 15章第300頁)，由此，不僅造成塔架建設(shè)成本過高，系統(tǒng)的經(jīng)濟性差，還存在制造、運輸、安 裝、維護過程難度大，費用大的問題。(四)、對風向角要求高，偏航系統(tǒng)成本大，偏航啟動前15°以內(nèi)的風向角變化對功率損失大由于現(xiàn)代水平軸風機的設(shè)計，對風向角要求很高，其風向角對裝置輸出功率影響 很大，因而導(dǎo)致其偏航系統(tǒng)構(gòu)造復(fù)雜、質(zhì)量要求高，啟動頻繁、成本增大，再加之，再行風機 15°以上的風向角變化才啟動偏航(《風工程與工業(yè)空氣動力學(xué)》國防工業(yè)出版社2006. 1 第二章第127頁)。由于其15°以內(nèi)的風向角變化很頻繁，因而功率損失也大。(五)、設(shè)計風速以外的風能流失損失量大，抗過載氣流方式的經(jīng)濟和安全性差由于現(xiàn)行風機一般只是對風速4m/s 25m/s之間的動能進行捕獲轉(zhuǎn)換(《風力發(fā) 電機組原理與應(yīng)用》機械工業(yè)出版社2009. 6第六章第125頁)，因而造成4m/s以下25m/ s以上的動能無法充分利用而流失，另外，現(xiàn)行風機設(shè)計是靠加強葉片和塔架強度或變漿方 式來對過載氣流抗阻或泄流，因而其抗過載氣流方式的經(jīng)濟性和安全性差。(六)、機艙的定位對系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟性負面影響大由于現(xiàn)代水平軸風機設(shè)計，是將整個傳動、制動、偏航、控制、發(fā)電或制熱抽水系統(tǒng) 集成于機艙，迎風放置于塔頂流場的中心位置。極大的影響了系統(tǒng)的氣動性能，不但直接造 成動能損失，降低了系統(tǒng)效能，還增大了塔架的橫向載荷，既影響風機安全性能，又導(dǎo)致塔 架設(shè)計、制造成本過高的負面效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服以上不足，提供一種動能利用率高，減少成本，制造、運 輸、安裝、維護方便，安全的風洞式擴壓引射風機。本發(fā)明的目的是這樣來實現(xiàn)的本發(fā)明風洞式擴壓引射風機，包括塔架、裝于塔架頂部的工作平臺、裝于工作平臺 上的下承力盤、位于下承力盤上的上承力盤、裝于上承力盤上的機艙、裝于上承力盤上的偏 航裝置中的偏航電機輸出軸上的與下承力盤上的偏航齒圈嚙合從而能帶動機艙和上承力 盤繞偏航齒圈轉(zhuǎn)動的主動齒輪，上承力盤上裝有支撐托架，支撐托架上裝有截面形狀為圓 形的風洞式擴壓引射流體通道，風洞式擴壓引射流通道體中有擴壓器，擴壓器中有帶有擴 開角的前部擴壓增速段三維流體通道及后部帶有擴開角的后部功后氣流三維流體通道、位 于前部擴壓增速段氣流三維流體通道和后部功后氣流三維流體通道間且與二者連通的三 維流體作功通道，三維流體作功通道的最小直徑小于前部擴壓增速段氣流三維流體通道以 及后部功后氣流三維流體通道的直徑，在三維流體作功通道沿風機軸向上裝有至少二個葉 輪，位于機艙內(nèi)的工作機通過傳動機構(gòu)與葉輪連接。葉輪數(shù)量的多少視需要而定，工作機可 為發(fā)電機或抽水機等，采用風洞式擴壓引射流體通道，改善了大氣流場，使進入通道的氣流 擴壓增速，由于氣流在周向封閉的流體通道中運行，風機的高速平均出力時間增加，更重要 的是，可在通道內(nèi)沿流體方向增設(shè)葉輪的級數(shù)，多次對上一級葉輪軸向流失的動能進行充 分捕獲，從而達到了提高動能利用率，減少大氣動能資源流失的目的，由此解決和彌補了現(xiàn) 行技術(shù)中，動能利用率低，資源流失量大的問題和不足，由于本發(fā)明采用風洞式擴壓引射流 體通道，可將葉輪安裝在流體通道中直徑最小的圓形三捕獲動能，由此，其葉輪直徑大幅縮 小，從而彌補了現(xiàn)行風機設(shè)計中葉輪體積過大，成本比重過高，制造、運輸、安裝維護不便且 費用大的缺陷和不足。由于本發(fā)明采用風洞式擴壓引射流體通道，將其葉輪沿風機軸向配 置于流體通道中段的維流體作功通道內(nèi)，周向氣流對葉輪做功已無影響，而軸向來流由于擴壓段迎風口呈擴開角引導(dǎo)氣流通過流場，因而本發(fā)明在一定風向角變化范圍內(nèi)對風機輸 出功率影響較小，無需啟動偏航系統(tǒng)，從而改善了現(xiàn)行風機設(shè)計中對偏航系統(tǒng)的依賴程度， 降低了風機對偏航系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要求和啟動頻率。另外，由于本發(fā)明葉輪配置于三維流體作 功通道內(nèi)，輕度風向角變化對葉輪功率影響不大，而現(xiàn)行風機葉輪對風向角較為敏感，(現(xiàn) 行風機在15°以內(nèi)風向角變化卻不會啟動偏航(《風工程與工業(yè)空氣動力學(xué)》國防工業(yè)出 版社2006. 1第二章第127頁)，因而現(xiàn)行風機中，在偏航啟動前15°以內(nèi)，風向角變化對葉 輪功率負面影響大的缺陷，在本發(fā)明中也得以彌補和完善。同時，已有的現(xiàn)行風機設(shè)計中對 風向角要求很高，偏航系統(tǒng)投資大、使用成本高的問題也一并得到了解決和彌補。由于本發(fā) 明采用了擴壓引射流體通道，改善了擴壓段流場，使來流平均速度大幅度提高，而由于平均 風速越大，風功率密度越大，風能可利用小時數(shù)就越多(《風力發(fā)電機組原理與應(yīng)用》機械 工業(yè)出版社2009. 6第一章第16頁)，因此，在現(xiàn)行風機中流失的4m/s以下的無效動能在 本發(fā)明中便能基本轉(zhuǎn)化為有效動能而被充分利用。本發(fā)明整體提高了風速，因而平均風速 提高、能效提高。由于本發(fā)明采用了風洞式擴壓引射流體通道，通過擴開角將氣流導(dǎo)入其葉 輪做功段，集中多級捕獲動能，在其流體通道內(nèi)，只設(shè)置了捕獲動能的葉輪，將具有較大體 積的機艙置于通道下方緊鄰葉輪接引動能，因而保障了流場的通暢，從而達到了最大化的 減少流場動能損失，充分利用動能的目的。也因此彌補和完善了現(xiàn)行風機中將機艙定位與 流體通道中心，正面迎風所導(dǎo)致的機艙部分對系統(tǒng)氣動性和經(jīng)濟性負面影響大的缺陷和不 足。上述的擴壓器殼體周邊上與位于前部擴壓增速段氣流三維流體通道和三維流體 機功通道相鄰處有多個恒壓艙口，每個恒壓艙口上鉸接有恒壓艙門，位于恒壓艙門外的復(fù) 位彈簧一端連接在擴壓器殼體上而另一端緊頂在恒壓艙門上，本發(fā)明在流體通道內(nèi)葉輪前 方設(shè)置數(shù)扇自動恒壓艙門，便可將流向葉輪的過載風能適時排出通道，以使風機的穩(wěn)態(tài)工 作點盡可能靠近風機的最佳風能利用系數(shù)曲線，從而充分獲取經(jīng)濟效益。同時，也是對風機 過載風速下的安全保護裝置。因此，本發(fā)明通過上述設(shè)計，和措施完善和彌爾了現(xiàn)行風機 中，設(shè)計風速以外的風能流失損失大的問題。同時還用很經(jīng)濟、安全的方式和措施解決了過 載風能的泄流問題。上述的三維流體作功通道上裝有至少二個葉輪支架，轉(zhuǎn)軸支撐在葉輪支架上，葉 輪裝在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸上裝有外齒圈，傳動機構(gòu)中有與轉(zhuǎn)軸上的外齒圈嚙合的傳動齒輪。上述的塔架周邊分布有多根兩端分別與塔架頂部工作平臺和相應(yīng)斜拉索基礎(chǔ)連 接的斜拉鋼索，由于本發(fā)明采用了風洞式擴壓引射流體通道設(shè)計，其動能捕獲轉(zhuǎn)換裝置配 置于塔架上方的流體通道上，因而避免了現(xiàn)行風機中葉片與塔架垂直同向旋轉(zhuǎn)的問題，由 此，便可對塔架采用全方位高位斜拉索方式分擔來自于水平方向的各種力矩，從而大幅度 減小了塔架設(shè)計的載荷要求和體量，因此相應(yīng)在減少塔架載荷的同時也減少了塔架建造成 本，再加之本發(fā)明將流體通道配置于塔架上方，其流場中心上移，因此便可以直接降低塔架 高度要求。由此彌補和解決了現(xiàn)行機設(shè)計中，塔架體量過大、成本比重高，制造、運輸、安裝、 維護費用大且不便的問題和不足。 上述的塔架由多個桁架通過連接件組合而成，拆裝、運輸方便。 上述的風洞式擴壓引射流體通過中有套裝于擴壓器殼體后部功后氣流三維流體
通道上的引射器。
上述的支撐托架上裝有上斜拉索固定架，多根上斜拉索的兩端分別固定在擴壓器 殼體和上斜拉索固定架上、或固定在引射器殼體和上斜拉索固定架上。上述的引射器中有前后帶有擴開角的前部擴壓增速段圓形三維流體通道和后部 引射段圓形三維流體通道。上述的引射器引射段三維流體通道擴開角為15° 70°。上述的機艙設(shè)置于風洞式擴壓引射流體通道外部。本發(fā)明工作時，自然風通過擴壓器進入三維流體作功通道，推動葉輪轉(zhuǎn)動。已被利 用的風再經(jīng)過引射器使已逐漸降速的風能再次被提速；傳動機構(gòu)通過與轉(zhuǎn)軸外齒圈嚙合的 傳動齒輪將動能傳輸給機艙內(nèi)的工作機供發(fā)電或抽水等作用。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(一 )、本發(fā)明采用了風洞式復(fù)合擴壓引射流體通道，對其高速通過的風能進行多 級捕獲，既提高了風能的平均流速，又能多次對前軸向流失的動能進行捕獲。從而較好的實 現(xiàn)了提高其功能利用率、減少動能資源流失的有益效果，提高了風機的系統(tǒng)經(jīng)濟性。(二)、由于本發(fā)明中，葉輪對動能的捕獲過程是在較小直徑，周向封閉的流體通 道內(nèi)實現(xiàn)。從而克服了現(xiàn)行風機中葉輪體積過大，投資比重過高的技術(shù)經(jīng)濟缺陷。并達到 了降低葉輪投資比重，減小葉輪體積，便于制造、運輸、安裝、維護和減少期間費用，縮短建 設(shè)周期。(三)、由于本發(fā)明中動能捕獲系統(tǒng)置于塔架頂部，壓縮了塔架高度，并采用了全 方位高位斜拉索方式分擔了塔架的橫向載荷，從而達到了大幅度壓縮塔架規(guī)模，縮短建設(shè) 周期，降低塔架成本，便于制造、運輸、安裝、維護，節(jié)省期間費用的有益效果。(四)、由于本發(fā)明采用了擴壓引射流體通道設(shè)計，其擴壓段呈擴開角，加之采用 了葉輪內(nèi)置方式，因而，本發(fā)明在一定風向角變化范圍內(nèi)，對葉輪功率輸出影響較小，解決 了現(xiàn)行主流風機設(shè)計中對風向角要求較高，偏航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高的問題和不足，取得 了積極有益的經(jīng)濟技術(shù)效果。(五)、由于本發(fā)明采用了擴壓引射流體通道，改善了大氣流場和風機做功流程， 使設(shè)計風速以外的低速風能得以提速利用，過載風能得以簡便泄流，因此完善和彌補了現(xiàn) 行風機設(shè)計風速以外的風能流失損失大的問題。同時還用很經(jīng)濟和安全的方式解決了過載 風能的泄流問題。(六)、由于本發(fā)明采用了擴壓引射流體通道，將機艙外置，從而達到了最大化減 少流場阻力和動能損失，充分利用動能的目的，也因此彌補和完善了現(xiàn)行風機設(shè)計中機艙 定位對系統(tǒng)氣動性和經(jīng)濟性負面存在的缺陷和不足。(七)、由于本發(fā)明提高了風機能效，減少了投資成本和建設(shè)周期，從而達到了減 少投資壓力，降低投資風險，縮短投資周期的有益效果。(八)、由于本發(fā)明提高了風機能量利用率并減少了投資成本，因而必須會降低風 能轉(zhuǎn)換成本，因此本發(fā)明在推進風能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，普及低成本風能發(fā)電以及農(nóng)林、農(nóng)業(yè)、農(nóng)民 低價使用風能方面將作出積極貢獻，取得有益效果。(九)、若實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，本發(fā)明將對加快風能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實現(xiàn)可持續(xù)低碳經(jīng)濟以及 環(huán)保事業(yè)作出積極貢獻，取得有益效果。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1中的的A-A剖視圖。圖3為圖1中的的B-B剖視圖。圖4為圖1中的的G-G剖視圖。圖5為圖1的左視圖。圖6為圖1中的C-C剖視圖。圖7為圖6中的F-F剖視圖。圖8為圖1的俯視圖。圖9為圖8的D-D剖視圖。圖10為圖8中的E-E剖視圖。圖11為本發(fā)明另一結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式實施例1 圖1 圖10給了本實施例1圖。參見圖1 圖10，本實施例風洞式擴壓引射風 機，包括塔架1、裝于塔架頂部的圓形工作平臺2、裝于圓形工作平臺上的下承力盤3、位于 下承力盤上的上承力盤4、裝于上承力盤上的機艙5、裝于上承力盤上的偏航裝置6中的四 部偏航電機輸出軸上的與下承力盤上的偏航齒圈7嚙合從而能帶動機艙和上承力盤繞偏 航齒圈轉(zhuǎn)動的主動齒輪8，在上、下承力盤上設(shè)置了多個偏航制動器9 (參見圖9、圖10)。上 承力盤上裝有支撐托架10。支撐托架為兩側(cè)帶翼11的長方形架(參見圖8)。支撐托架上 裝有截面形狀為圓形的風洞式擴壓引射流體通道體12。風洞式擴壓引射流體通道體中有擴 壓器13、引射器14。擴壓器13中有帶有擴開角的前部擴壓增速段三維流體通道13-1及后 部帶有擴開角的后部功后氣流三維流體通道13-2，位于前部擴壓增速段氣流三維流體通道 和后部功后氣流三維流體通道間且與二者連通的三維流體作功通道13-3。三維流體作功通 道的直徑小于前部擴壓增速段三維流體通道、后部功后氣流三維流體通道、引射器殼體的 最小直徑。三維流體體功通道上等距離裝有三個葉輪支架15，轉(zhuǎn)軸16支撐在葉輪支架上， 三個葉輪17裝在轉(zhuǎn)軸上。中間轉(zhuǎn)軸上裝有外齒圈18，傳動機構(gòu)19中有與葉輪外齒圈嚙合 的傳動齒輪20。傳動機構(gòu)將葉輪動能傳輸與位于機艙內(nèi)的工作機(如發(fā)電機)21(參見圖 6、圖 7)。參見圖1、圖4，擴壓器殼體周邊上均勻分布有與三維流體作功通道相鄰的八個恒 壓艙口 22。每個恒壓艙口上鉸接有恒壓艙門23。位于恒壓艙門外的復(fù)位彈簧28連接在擴 壓器殼體上而另一端緊頂在恒壓艙門上。參見圖1，塔架由多個桁架1-1通過連接件組合而成。塔架周邊分布有多根兩端分 別與塔架頂部工作平臺和相應(yīng)斜拉索基礎(chǔ)1-2連接的斜拉鋼索24。參見圖1、圖2、圖3、圖5、圖8，支撐托架兩側(cè)翼上裝有上斜拉索固定架25，多根上 斜拉索26的兩端分別固定在擴壓器殼體和上斜拉索固定架上，分別固定在引射器殼體和 上斜拉索固定架上。參見圖6，引射器中有前后帶有擴開角的圓形三維流體通道，包括前部擴壓增速段三維流體通道14-1和后部引射段三維流體通道14-2。引射器引射段三維流體通道擴開角 α 為 40°。本發(fā)明安裝過程如下1.用鋼筋水泥現(xiàn)澆塔架基礎(chǔ)及其斜拉索基礎(chǔ)；2.加工組裝、安裝塔架。為保證塔頂有足夠的工作面積并控制成本，本發(fā)明一般采 用正多邊截錐形桁架，在現(xiàn)場組裝為數(shù)層(一般用鋼管和角鋼結(jié)合)然后吊裝連接固定在 塔基上。塔架高度與風機功率和風能密度及能量需求匹配，一般應(yīng)低于現(xiàn)行同等功率風機 塔架高度。其頂部應(yīng)考慮工作平臺的支撐托架和穩(wěn)固設(shè)施，并保證其塔頂直徑不小于機艙 長度，且平整度高。3.加工安裝圓形塔頂工作平臺。其基本要求是，大型特大型風機工作平臺，直徑約 為塔頂直徑的4倍。中小型風機塔頂工作平臺一般無需考慮檢修環(huán)道，其直徑可按塔頂2. 5 倍左右安排，其平臺龍骨架及板面材料和安全性能按行業(yè)標準要求。平臺整體吊裝并調(diào)校 平整后，固定在塔頂及其托架上。平臺按水平面架設(shè)，表現(xiàn)平整度要高，承力盤以外的面積 為檢修環(huán)道，周邊設(shè)防護欄和斜拉索安裝位。平臺還應(yīng)考慮檢修及物件上下升降機安裝位。4.加工安裝下承力盤。大型、特大型風機，下承力盤直徑約為塔頂工作平臺的3. 5 倍。其材質(zhì)和其它按行業(yè)標準要求。偏航齒圈安裝在下承力盤外側(cè)，下承力盤按現(xiàn)行大型 風機承力底盤緊固方法，固定在塔頂工作平臺中心。5.上承力盤的加工安裝。由于上承力盤是直徑承載和安裝風機機艙總成和流體通 道及其支架的工作平臺，因此承力盤圈內(nèi)，加工成以盤圈中心向外輻射狀的承重龍骨架，整 體吊裝，進行上下承力盤契合，調(diào)校平整后鋪設(shè)鋼板，具體材料和制作，按行業(yè)要求執(zhí)行。對 于放置和固定機艙及穩(wěn)固方法，與現(xiàn)行大型風機相似。6.風機機艙總成的加工安裝。該機艙總成系統(tǒng)仍采用現(xiàn)代大型風機常規(guī)配置。只 是本發(fā)明增加了葉輪傳動軸和傳動機構(gòu)，以及偏航電機。因此，本發(fā)明機艙系統(tǒng)基本仍沿 用現(xiàn)行主流風機機艙總成結(jié)構(gòu)集成方式，運至現(xiàn)場整體吊裝調(diào)試。其中四部偏航電機對稱 定位安裝于機艙四邊，偏航電機上的主動齒輪與下承力盤偏航齒圈嚙合。機艙固定于上承 力盤中心位置，其側(cè)面需開設(shè)檢修艙門，艙門配吊起裝置和滑軌，并與平臺檢修升降機位接7.流體通道支撐托架、上斜拉索固定架的加工安裝。支撐托架為兩側(cè)帶翼的長方 形狀，其上面長度與上承力盤直徑一致，下面長度與上面端頭向下50°外傾角，以支架下平 行線交匯點為準。支架主體最寬度約為上承力盤直徑50%，其兩側(cè)翼型部分向左右兩端順 延至承力盤邊緣，高度與主體支架一致，寬度約為支架寬度的50% (兩翼對支架主體承受 的橫向力矩起支撐穩(wěn)定作用，同時也是架設(shè)上斜拉索架的基礎(chǔ))。支架主體內(nèi)凈高度以高于 機艙頂部15%為宜。支架按行業(yè)要求加工，其主體和兩翼運至現(xiàn)場合成，吊裝至上承力盤安 裝調(diào)校，仍以塔架穩(wěn)固方式固定。然后再安裝附著于上的穩(wěn)固和支撐流體通道的小型支撐 或月牙型托架。安裝于支撐托架兩翼之上的上斜拉索固定架，及橫向斜拉支架的加工和安 裝與現(xiàn)行斜拉工程方式一致。8.風洞式擴壓引射流體通道的加工安裝。它是由擴壓器、引射器、葉輪、傳動動軸、 恒壓艙門等組合而成的橫截面為圓形的復(fù)合流體通道。其中擴壓器因具有將動能擴壓增速 并通過多級葉輪實現(xiàn)梯級捕獲動能，減少動能軸向流出損失的功能。因而，在其擴壓引射系統(tǒng)當中起著主要的作用。而引射器是通過引入外部氣流通過擴壓形成高速氣流，并導(dǎo)引擴 壓器尾流高速通過其引射器流場的氣流引射裝置。其功能是，減少擴壓段流場末端氣流速 度的衰減，從而達到擴壓段的多級葉輪充分做功，提高其能量利用率的作用。安裝于擴壓器 流體通道內(nèi)的多級葉輪，是整個風機截獲轉(zhuǎn)換動能的核心裝置。它是通過下一級葉輪做功， 對上一級葉輪軸向流失的動能再一次進行截獲轉(zhuǎn)換，并通過其中軸齒輪變向，將動能傳遞 給機艙主軸。從而實現(xiàn)對風機軸向動能充分捕獲利用的功能(其做功通道內(nèi)，梯級葉輪軸 向間距的葉輪做功后，氣流旋轉(zhuǎn)變向問題可采用安裝靜葉輪或參照現(xiàn)行熱力發(fā)電，同向連 軸或多軸葉輪做功的處理方式解決)。設(shè)置于擴壓器擴開角始點位置的恒壓艙門，是通過其 適時排放過載風能，以使風機的穩(wěn)定態(tài)工作點，盡可以靠近風機的最佳風能利用曲線，從而 獲取良好經(jīng)濟效益，同時也是風機過載風速下的安全保護裝置。9.擴壓器的加工安裝。擴壓器的迎風面積，由風機設(shè)計功率及及氣流能量密度和 擬建塔架高度綜合決定。其通道擴開角段的擴開角度，根據(jù)不同風況、地形、塔架高度等掌 握匹配。大型風機的擴開角龍骨架，一般采用剛性較好的輕型材料制作。擴開角段內(nèi)，上下 設(shè)多級支撐架，其支撐材料要求氣動性能要好，其他方向按行業(yè)要求實施。其擴開角迎風板 面材料一般用玻璃鋼或其他有一定剛性和性料的材料制作。其擴開角段與風機做功段接口 處應(yīng)盡量減少氣動損失，在其接口處外邊對稱安裝8個恒壓艙門(用壓力彈簧或其他自動 控制方式)。流體通道擴壓器的葉輪做功段。直徑約為塔頂上承力盤直徑的40%，其做功段 通道用塑性鋼板卷制，并根據(jù)設(shè)計葉輪級數(shù)匹配葉輪及其轉(zhuǎn)軸和支架。支架于通道中心向 周向輻射，定位于通道壁，葉輪安裝于支架前方軸承上。其支架用優(yōu)質(zhì)鋼材或其他合金材料 制作，迎風氣動性能要好，承力和耐腐性能要弱。連軸或中軸及變向齒輪箱按常規(guī)技術(shù)和行 業(yè)高標準材料要求制作。葉輪選用碳纖維材料制作，葉形設(shè)計一般按三維流體通道通用理 論為基礎(chǔ)的三維設(shè)計方法進行。為減少擴壓段的壓力損失，除了保證功率輸出外，還需考慮 葉輪出口截面流場的均勻性，以減少葉形損失，提高工作效率，另外，由于本設(shè)計中葉片沿 徑向的扭角大小，因此也可采用簡化的自由旋流流型設(shè)計方法。關(guān)于葉輪中軸可采用分級 做功，分別輸出動能的方式。也可采用熱力發(fā)電聯(lián)軸做功集中傳輸動能的方式，將動能90° 變向傳至機艙中軸。葉輪之間的軸向間距可參照熱力發(fā)電中的聯(lián)軸式葉輪間距其他條件安 排。其葉輪做功后產(chǎn)生的氣流旋轉(zhuǎn)變向問題可采用安裝靜葉輪或者仍按熱力發(fā)電聯(lián)軸式葉 輪功后變向氣流的調(diào)整方法解決。其他輔助的安全、控制、傳輸、電氣設(shè)施，等按行業(yè)常規(guī)布 置。10.引射器是前后帶有擴開角的圓形三維流體通道。其通道分別為前部的擴壓增 速段和后部分的引射段，其前部分的擴壓增速段圍繞(包圍)擴壓器做功段至擴壓器做功 段末端尾流處開始，以擴壓器擴角開角段的擴開角度向外延伸，其迎風口直徑和長度以風 機設(shè)計功率和其能量密度，及相關(guān)條件要求決定。一般引射器風能補給總量為擴壓器來流 總量20%為宜。引射器的引射口至引射器末端后部分，是引射器引射段，引射口是接引擴壓 器做功后的尾流，并將擴壓器擴壓增速后的高速氣流會同于葉輪做功后的低速尾流高速流 向大氣自然流場。從而實現(xiàn)對擴壓器做功后的慢速氣流提速引射，葉輪充分做功，對動能充 分利用的效能。引射器引射段擴開角約為15° 70°，長度與其擴壓段一致。引射器擴壓 段通道，包圍擴壓器做功段的重合部分內(nèi)，用支撐支架支撐在擴壓器做功段通道外壁上，擴 壓器、引射器擴開角延伸出塔頂平臺以外的部分，下用延伸托架，擴壓器、引射器延伸出塔頂平臺的重量可采用配重方式平衡。實施例2 圖2給出了本實施例2圖。本實施例2基本與實施例1同。不同處是無引射器。本發(fā)明擴壓器和引射器的外形、結(jié)構(gòu)、尺寸、比例、材料要墳，在特殊情況下或者風 機流體通道不用塔架等直接建造于峽谷、山坡、異形地貌帶或其他建筑物體上等情況均可 相應(yīng)變化調(diào)整。但只要擴壓器或其他人工流場能達到對氣流擴壓增速的技術(shù)經(jīng)濟效果即可。本發(fā)明在流體通道內(nèi)安裝葉輪的級數(shù)，可根據(jù)實際需要決定。只要能達到通過人 工流場集中捕獲動能的效果即可。本發(fā)明擴壓器的前部擴壓增速段三維流體通道處恒壓艙門配置數(shù)量或方位、形式 均為根據(jù)具體情況調(diào)整。只要能達到對風機擴壓通道恒壓和排泄過載風能的功效即可。本發(fā)明對塔架的高位斜拉和對流體通道的斜拉及支撐設(shè)計，在特殊情況下可對其 具體斜拉點、角度、數(shù)量、方式、或結(jié)構(gòu)材料均可作相應(yīng)調(diào)整。但只要能達到本設(shè)計對風機塔 架全方位高位斜拉或?qū)λ苤狭黧w通道斜拉和支撐的功效即可。本發(fā)明對機艙置于流體通道外的設(shè)計，對機艙外置的方式、高度及其機艙形式，均 可根據(jù)具體情況調(diào)整。但只要能達到風機將機艙置于流體通道外，減少阻力和動能損失的 效果即可。本發(fā)明一般采用迎風式設(shè)計，但在特殊地形、風況或小型風機和其他特殊情況需 要下，也可改變?yōu)橄嘛L式風機，從而變通為被動偏航風機。但只要不改變本發(fā)明的擴壓引射 集中捕獲動能的原理，其風機效能基本無大變化。上述實施例是對本發(fā)明的上述內(nèi)容作進一步的說明，但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上 述主題的范圍僅限于上述實施例。凡基于上述內(nèi)容所實現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
風洞式擴壓引射風機，包括塔架、裝于塔架頂部的工作平臺、裝于工作平臺上的下承力盤、位于下承力盤上的上承力盤、裝于上承力盤上的機艙、裝于上承力盤上的偏航裝置中的偏航電機輸出軸上的與下承力盤上的偏航齒圈嚙合從而能帶動機艙和上承力盤繞偏航齒圈轉(zhuǎn)動的主動齒輪，上承力盤上裝有支撐托架，支撐托架上裝有截面形狀為圓形的風洞式擴壓引射流體通道，風洞式擴壓引射流通道體中有擴壓器，擴壓器中有帶有擴開角的前部擴壓增速段三維流體通道及后部帶有擴開角的后部功后氣流三維流體通道、位于前部擴壓增速段氣流三維流體通道和后部功后氣流三維流體通道間且與二者連通的三維流體作功通道，三維流體作功通道的最小直徑小于前部擴壓增速段氣流三維流體通道以及后部功后氣流三維流體通道的直徑，在三維流體作功通道沿風機軸向上裝有至少二個葉輪，位于機艙內(nèi)的工作機通過傳動機構(gòu)與葉輪連接。
2.如權(quán)利要求1所述的風洞式擴壓引射風機，其特征在于擴壓器殼體周邊上在前部擴 壓增速段三維流體通道與三維流體作功通道相鄰處有多個恒壓艙口，每個恒壓艙口上鉸接 有恒壓艙門，位于恒壓艙門外的復(fù)位彈簧一端連接在擴壓器殼體上而另一端緊頂在恒壓艙 門上。
3.如權(quán)利要求1或2所述的風洞式擴壓引射風機，其特征在于三維流體作功通道上裝 有至少二個葉輪支架，轉(zhuǎn)軸支撐在葉輪支架上，葉輪裝在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸上裝有外齒圈，傳動 機構(gòu)中有與轉(zhuǎn)軸上外齒圈嚙合的傳動齒輪。
4.如權(quán)利要求1或2所述的風洞式擴壓引射風機，其特征在于塔架周邊分布有多根兩 端分別與塔架頂部工作平臺和相應(yīng)斜拉索基礎(chǔ)連接的斜拉鋼索。
5.如權(quán)利要求4所述的風洞式擴壓引射風機，其特征在于塔架由多個桁架通過連接件 組合而成。
6.如權(quán)利要求1或2所述的風洞式擴壓引射風機，其特征在于風洞式擴壓引射流體通 過中有套裝于擴壓器殼體后部功后氣流三維流體通道上的引射器。
7.如權(quán)利要求6所述的風洞式擴壓引射風機，其特征在于支撐托架上裝有上斜拉索固 定架，多根上斜拉索的兩端分別固定在擴壓器殼體和上斜拉索固定架上、或固定在引射器 殼體和上斜拉索固定架上。
8.如權(quán)利要求6所述的風洞式擴壓引射風機，其特征在于引射器中有前后帶有擴開角 的前部擴壓增速段三維流體通道和后部引射段三維流體通道。
9.如權(quán)利要求8所述的風洞式擴壓引射風機，其特征在于引射器引射段三維流體通道 擴開角為15° 70°。
10.如權(quán)利要求1或2所述的風洞式擴壓引射風機，其特征在于機艙設(shè)置于風洞式擴壓 引射流體通道外部。
全文摘要
本發(fā)明風洞式擴壓引射風機，包括塔架、裝于塔架頂部的工作平臺、裝于工作平臺上的下承力盤、位于下承力盤上的上承力盤、裝于上承力盤上的機艙，上承力盤上裝有支撐托架，支撐托架上裝有截面形狀為圓形的風洞式擴壓引射流體通道，風洞式擴壓引射流體通道中有擴壓器，擴壓器中有依次連通的前部擴壓增速段三維流體通道、三維流體作功通道、后部功后氣流三維流體通道，三維流體作功通道沿風機軸向上裝有至少二個葉輪，位于機艙內(nèi)的工作機通過傳動機構(gòu)與葉輪連接。本發(fā)明動能利用率高，減少成本，制造、運輸、安裝、維護方便，安全。
文檔編號F03D1/06GK101949353SQ20101029946
公開日2011年1月19日 申請日期2010年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月8日
發(fā)明者李平 申請人:李平