雙涵道軸流式風力發電系統的製作方法

2023-06-03 18:51:26

專利名稱：雙涵道軸流式風力發電系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及風力發電設備技術領域，具體涉及有效提高風能利用率的雙涵道軸流式風力發電系統。
背景技術：
根據狹管效應而產生的聚風型風力發電機，由於其具有聚集風能、提壓增速、提高風能利用率的優點，在風力發電技術領域具有廣泛的應用前景。目前的聚風型風力發電裝置通常是將進風口設置成一個聚縮狹管，用於提升風速，由於風是因不同位置之間存在壓強差而空氣流動的結果，風在狹管管道內流動的過程中，流速會受到管道內壁阻力和內部壓強的影響，風速的提升實際上非常有限。如中國專利ZL201220394391.6所公開的名稱為「一種自啟動式狹管聚風風力發電系統」的風力發電裝置，由於管內壓強隨著空氣的聚集而逐漸增強，導致管道入口和管道內部之間空氣的壓強差降低，這會阻礙氣流的進一步進入，最終阻礙風速的進一步提升。因此，要有效提高管內的風速，可以從降低管道內壁阻力和增加管道入口與管道內部壓強差兩個方面進行研究。其中，管道內壁阻力的降低可以通過改善管道內壁光滑程度來實現，較容易實現；而要使管道入口和管道內部之間的壓強差增加，則可以通過增加管道入口的壓強或/和降低管道出風口的壓強來實現，增加管道入口的壓強，可以通過改變聚風口的形狀等措施進行改進，而如何降低管道內部的壓強則是進一步提升管內風速的研究重點。

發明內容
本申請人針對現有技術中的上述缺點進行改進，提供一種雙涵道軸流式風力發電系統，其可以有效提聞管內風速，進而進一步提聞風能利用率、提聞發電機效率。本發明的技術方案如下:
雙涵道軸流式風力發電系統，包括前、後套接設置的前管道及後管道，後管道套接在前管道的外部，前管道與後管道之間通過支板固定支撐，前管道帶有聚縮管一及尾流管一，後管道帶有聚縮管二及尾流管二，聚縮管一的進風口與聚縮管二的進風口之間留有軸向距離，且聚縮管一的進風口位於聚縮管二的前方，尾流管一靠近聚縮管二的尾部，尾流管一的尾部沿外周設有通孔，葉輪設在聚縮管一的尾部，前管道內設有導葉，導葉靠近葉輪，葉輪在風力的驅動作用下旋轉，驅動發電機發電。其進一步技術方案為:
所述聚縮管一的管壁上沿圓周設有洩風口，所述洩風口上設有洩風門，所述洩風門用於打開或關閉所述洩風口。所述葉輪的前、後兩側分別設有前導風罩、後導風罩。所述前導風罩及後導風罩均為錐形結構，前導風罩的所述窄端靠近進風口，後導風罩的所述窄端靠近排風口。所述尾流管一及尾流管二均為擴張 管。
所述聚縮管一進風口的外周呈流線形曲面。所述聚縮管二的進風口的外周呈流線形曲面。本發明的技術效果:
本發明通過前管道及後管道的雙涵道設計，可以降低葉輪葉片背面的壓強、加強前管道內部的風速，增加葉片正面、背面的壓強差，增加葉片的受力，從而提高發電機的輸出功率，提高發電機效率；前管道的進風口外圍採用流線型設計，使得前管道外圍的氣流可以更加順暢地進入後管道，使得後管道中部具有較高的風速，幫助前管道排氣；後管道的進風口外圍同樣採取流線型設計，使得後管道外圍的氣流可以順暢流過後管道排風口外圍，可以幫助後管道排氣；聚縮管一及聚縮管二均採用收縮管結構，因此可以聚集風能並提升風速，從而提高風能利用率；採用均為錐形結構的前導風罩及後導風罩，可以將管道內的風儘可能地引導至葉片的外圍，進一步提高風能利用率；前管道的聚縮管一上的洩風口及洩風門的設置，可以使前管道內的風速維持在合理範圍內，保護髮電機不過載，確保發電機的持續穩定發電；尾流管一的尾 部沿圓周設置通孔，當尾流管一外部的氣流高速流動的時候會在通孔周邊產生負壓，有利於帶動尾流管一內的氣流加速排出。


圖1為本發明的軸測視圖。圖2為本發明的半剖視圖。其中:1、前管道；11、聚縮管一 ；12、尾流管一 ；2、後管道；21、聚縮管二 ；22、尾流管_.;3、孔；4、葉輪；5、導葉；6、支板；7、如導風罩；8、後導風罩；9、洩風門；10、中心軸；20、支架；30、發電機。
具體實施例方式下面結合附圖，說明本發明的具體實施方式
。見圖1、圖2，本發明包括前、後套接設置的前管道I及後管道2，後管道2套接在前管道I的外部，前管道I與後管道2之間通過支板6固定支撐，前管道I帶有聚縮管一 11及尾流管一 12，後管道2帶有聚縮管二 21及尾流管二 22，聚縮管一 11的進風口與聚縮管二 21的進風口之間留有軸向距離，且聚縮管一 11的進風口位於聚縮管二 21的前方，尾流管一 12靠近聚縮管二 21的尾部，尾流管一 12的尾部沿外周設有通孔3，葉輪4設在聚縮管一 11的尾部，前管道I內設有導葉5，導葉5靠近葉輪4，葉輪4在風力的驅動作用下旋轉，驅動發電機30發電。進一步地，當來風風速過大時，為了使前管道I內的風速維持在合理範圍內，使聚縮管一 11內的氣流不至於渦旋堵塞在管道內，以確保保護髮電機30不過載，在聚縮管一 11的管壁上沿圓周設有洩風口，所述洩風口上設有洩風門9，洩風門9用於打開或關閉所述洩風口。為了使進入聚縮管一 11內的風能儘可能地吹向葉輪4，在葉輪4的前、後兩側分別設有前導風罩7、後導風罩8,且前導風罩7及後導風罩8均為錐形結構，前導風罩7的窄端靠近進風口，後導風罩8的窄端靠近排風口，前導風罩7、後導風罩8分別通過導葉5固定支撐在前管道I的內壁上。
為了使聚縮管一 11外部的氣流更順暢地進入聚縮管二 21內，聚縮管一 11進風口的外周呈流線形曲面設計，同樣地，聚縮管二 21的進風口的外周呈流線形曲面設計，可以使得聚縮管二 21外圍的氣流可以順暢流過尾流管二 22的排風口外圍，由此幫助尾流管二22排氣；為了將氣流減速後順利排出，尾流管一 12及尾流管二 22均為擴張管。本發明中在前管道I內設置的發電機30可以是傳統旋轉電機、直驅式直線電機、外轉子電機等多種形式，圖2為本發明的實施例之一，即發電機30採用外轉子發電機，所述外轉子發電機通過中心軸10和支架20固定支撐在前管道I內，該實施例的運行方式如下:
風從聚縮管一 11的進風口進入，風速隨著聚縮管一 11的管道截面積的逐漸縮小而逐漸增強，在前導風罩7的引導下風速進一步增加，並經導葉4調整方向後，衝擊葉輪4的葉片，從而將集中的風能轉換為葉片的動能，由葉輪4帶動外轉子發電機內的外轉子轉動，夕卜轉子與內部定子產生相對運動，使發電機30發電，損失大部分能量的風在後導風罩8的導風作用下，經逐漸擴大的尾流管一 12排出；聚縮管一 11的進風口外側的風則從聚縮管二21的進風口進入聚縮管二 21內，在聚縮管二 21的管道內增速之後的氣流正好在尾流管一12的出口外圍流過，且在尾流管一 12的出口外圍的氣流具有較高的流速，從而進一步降低尾流管一 12出口處的壓強，在尾流管一 12尾部的通孔3周邊形成負壓，由於在尾流管一 12的出口外圍的氣流流速高於尾流管一 12的出口處的風速，因此可帶動尾流管一 12排風口處的氣流加速排出，尾流管一 12排出的氣流和聚縮管二 21尾部的氣流匯總後，經逐漸擴大的尾流管二 22排出，風的流向如圖2中箭頭方向所示。 在聚縮管一 11的管壁上沿圓周設有洩風口，且通過設置洩風門9來控制洩風口的開、閉，洩風門9的開、閉可以通過鉸鏈等機械機構來實現，當外部風速過大時，通過控制系統檢測並發出信號，控制洩風門9向外翻開從而打開洩風口，通過洩風口的作用，將前管道
1、後管道2連通，從而將前管道I內的過大的壓強洩至後管道2，從而使前管道I內的風速維持在合理範圍內，保護髮電機30不過載，確保發電機30的持續穩定發電。本發明通過前 管道I及後管道2的雙涵道設計，可以降低葉輪4葉片背面的壓強，從而增加葉片正面、背面的壓強差，增加葉片的受力，從而提高風能利用率、提高發電機的輸出功率，提高發電機效率；本發明配合偏航控制裝置作業，根據風向通過偏航控制裝置進行控制，使得前管道I的進風口對準風向，以最大限度地捕獲風能。以上描述是對本發明的解釋，不是對發明的限定，本發明所限定的範圍參見權利要求，在本發明的保護範圍之內，可以作任何形式的修改。
權利要求
1.雙涵道軸流式風力發電系統，其特徵在於:包括前、後套接設置的前管道(I)及後管道(2)，後管道(2)套接在前管道(I)的外部，前管道(I)與後管道(2)之間通過支板(6)固定支撐，前管道(I)帶有聚縮管一(11)及尾流管一(12)，後管道(2)帶有聚縮管二(21)及尾流管二(22)，聚縮管一(11)的進風口與聚縮管二(21)的進風口之間留有軸向距離，且聚縮管一(11)的進風口位於聚縮管二(21)的前方，尾流管一(12)靠近聚縮管二(21)的尾部，尾流管一(12)的尾部沿外周設有通孔(3)，葉輪(4)設在聚縮管一(11)的尾部，前管道(I)內設有導葉(5)，導葉(5)靠近葉輪(4)，葉輪(4)在風力的驅動作用下旋轉，驅動發電機(30)發電。
2.按權利要求1所述的雙涵道軸流式風力發電系統，其特徵在於:所述聚縮管一(11)的管壁上沿圓周設有洩風口，所述洩風口上設有洩風門(9)，所述洩風門(9)用於打開或關閉所述洩風口。
3.按權利要求2所述的雙涵道軸流式風力發電系統，其特徵在於:所述葉輪(4)的前、後兩側分別設有前導風罩(7)、後導風罩(8)。
4.按權利要求3所述的雙涵道軸流式風力發電系統，其特徵在於:所述前導風罩(7)及後導風罩(8)均為錐形結構，前導風罩(7)的所述窄端靠近進風口，後導風罩(8)的所述窄端靠近排風口。
5.按權利要求1或2或4所述的雙涵道軸流式風力發電系統，其特徵在於:所述尾流管一(12 )及尾流管二( 22 )均為擴張管。
6.按權利要求1或2或4所述的雙涵道軸流式風力發電系統，其特徵在於:所述聚縮管一(11)進風口的外周呈流線形曲面。
7.按權利要求1或2或4所述的雙涵道軸流式風力發電系統，其特徵在於:所述聚縮管二(21)的進風口的外周呈流線形曲面。
全文摘要
雙涵道軸流式風力發電系統，包括前、後套接設置的前管道及後管道，後管道套接在前管道的外部，前管道與後管道之間通過支板固定支撐，前管道帶有聚縮管一及尾流管一，後管道帶有聚縮管二及尾流管二，聚縮管一的進風口與聚縮管二的進風口之間留有軸向距離，且聚縮管一的進風口位於聚縮管二的前方，尾流管一靠近聚縮管二的尾部，尾流管一的尾部沿外周設有通孔，葉輪設在聚縮管一的尾部，前管道內設有導葉，導葉靠近葉輪，葉輪在風力的驅動作用下旋轉，驅動發電機發電。本發明可以有效提高管內風速，進而進一步提高風能利用率、提高發電機效率。
文檔編號F03D1/04GK103233863SQ20131018989
公開日2013年8月7日 申請日期2013年5月22日 優先權日2013年5月22日
發明者李勇強, 姚伯龍, 楊偉濤, 張紅旭, 謝玉琪 申請人:江蘇中蘊風電科技有限公司