一種應用于風力發(fā)電的擴壓筒的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種應用于風力發(fā)電的擴壓筒，包括立桿和立桿上的偏航旋轉管，所述偏航旋轉管連接有擴壓筒本體，其中所述擴壓筒本體朝向偏航旋轉管一側開口作為進風口，所述擴壓筒本體的另一側開口作為出風口，所述擴壓筒本體依次包括有進風端、弧形擴壓端和出風端，所述進風口的直徑比出風口的直徑小，所述擴壓筒本體內置有風輪，所述擴壓筒本體靠出風口一側設置有尾舵板；該擴壓筒結構通針對微風環(huán)境的風力發(fā)電需求，通過合理的結構改良，尤其是通過改良后擴壓筒本體配合尾舵板設計，解決了現(xiàn)有的風力發(fā)電機在風力小、風速低、風向風力不穩(wěn)定的地區(qū)無法正常發(fā)電的問題，能夠實現(xiàn)微風發(fā)電，且能自動偏航轉向以捕捉風向。
【專利說明】
一種應用于風力發(fā)電的擴壓筒
技術領域
[0001]本實用新型涉及風力發(fā)電技術領域，特別是一種應用于風力發(fā)電的擴壓筒。
【背景技術】
[0002]風力發(fā)電主要是通過風機等的裝置將風能轉化為電能，其中風機主要包括風輪、發(fā)電機、塔架等部件。其中風輪是風電機組最重要的部件，主要由葉片和輪轂組成。葉片在氣流作用下能產(chǎn)生氣動力使風輪旋轉，再通過齒輪箱增速或直接驅動發(fā)電機產(chǎn)生電能。因此，葉片的捕風效率直接影響到風機發(fā)電效率。近年來，風電產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，但是能提供優(yōu)良而穩(wěn)定風能的環(huán)境卻相對缺乏，這就對風電葉片等的設計，尤其是對風機捕風效率都有了更高的要求。
[0003]通常情況下，當風通過渦輪機，幾乎有一半的空氣被迫停留在葉片周圍，而不是通過它們，這些風中的能量就丟失了。傳統(tǒng)的風力渦輪機最多只能利用59.3%的風能，這個值被稱為貝茲極限。目前提高捕風效率的技術大都集中在采用更高升阻比的新翼型，或者采用從葉尖到葉跟的全翼型結構，但是其捕風效率均低于貝茲極限0.593。有設計人設計了一種發(fā)電機，具體參考公開號為CN 10392515(^的《一種基于文丘里效應的萬向聚風落地式微風發(fā)電機》，其中提到了采用由沿流道呈漸縮狀的內壁面、外壁面和它們之間的隔板組成的風力收集單元，由風力過渡管、文丘里管和擴壓管組成的風力加速單元等的技術，實現(xiàn)在風力小、風速低的地區(qū)也能微風發(fā)電。但是在實踐中發(fā)現(xiàn)，這種結構對發(fā)電效率的提升還不足以適應需求，而且這種結構也不適用于風向不穩(wěn)定的地區(qū)，直接導致技術沒有得到推廣應用。

【發(fā)明內容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術的不足，本實用新型提供一種應用于風力發(fā)電、基于文丘里效應的擴壓筒，實現(xiàn)微風發(fā)電。
[0005]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0006]—種應用于風力發(fā)電的擴壓筒，包括立桿和立桿上的偏航旋轉管，所述偏航旋轉管連接有擴壓筒本體，其中所述擴壓筒本體朝向偏航旋轉管一側開口作為進風口，所述擴壓筒本體的另一側開口作為出風口，所述擴壓筒本體依次包括有進風端、弧形擴壓端和出風端，所述進風口的直徑比出風口的直徑小，所述擴壓筒本體內置有風輪，所述擴壓筒本體靠出風口一側設置有尾舵板。
[0007]作為一個優(yōu)選項，所述弧形擴壓端為筒壁截面為弧形的弧形筒狀，其中所述弧形擴壓端包括有弧形擴壓端前部和弧形擴壓端后部，其中所述弧形擴壓端前部的直徑為沿著進風口到出風口方向縮小，所述弧形擴壓端后部的直徑為沿著進風口到出風口方向擴大，所述出風端的筒壁為梯形圓筒狀。
[0008]作為一個優(yōu)選項，所述弧形擴壓端和出風端之間設置有圓環(huán)狀過渡端。
[0009]作為一個優(yōu)選項，所述擴壓筒本體的外壁處設置有連接條，所述擴壓筒本體和偏航旋轉管之間通過連接條連接。
[0010]作為一個優(yōu)選項，所述連接條兩端位于進風口、出風口位置處連接有環(huán)形條。
[0011 ]作為一個優(yōu)選項，所述尾舵板與擴壓筒本體之間通過連接條連接。
[0012]作為一個優(yōu)選項，所述風輪通過支架連接在弧形擴壓端前部和弧形擴壓端后部之間交接位置處，其中弧形擴壓端前部和弧形擴壓端后部之間交接位置處作為擴壓筒的喉頸部。
[0013]作為一個優(yōu)選項，所述出風端的筒壁與軸線之間角度Θ為15°?30°。
[0014]本實用新型的有益效果是:該擴壓筒結構通針對微風環(huán)境的風力發(fā)電需求以及風力發(fā)電機在微風環(huán)境效率差的缺陷，通過合理的結構改良，尤其是通過改良后擴壓筒本體配合尾舵板設計，解決了現(xiàn)有的風力發(fā)電機在風力小、風速低、風向風力不穩(wěn)定的地區(qū)無法正常發(fā)電的問題，能夠實現(xiàn)微風發(fā)電，且能自動偏航轉向以捕捉風向，適用于在野外、山上、農場、工業(yè)區(qū)甚至是個人花園，適用地域極廣，且設備結構簡單、制造成本低、使用效果好，有利于技術的推廣應用。
【附圖說明】
[0015]下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[0016]圖1是本實用新型的立體圖；
[0017]圖2是本實用新型的剖視圖。
【具體實施方式】
[0018]為了使本申請的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。為透徹的理解本發(fā)明，在接下來的描述中會涉及一些特定細節(jié)。而在沒有這些特定細節(jié)時，本發(fā)明則可能仍可實現(xiàn)，即所屬領域內的技術人員使用此處的這些描述和陳述向所屬領域內的其他技術人員有效的介紹他們的工作本質。此外需要說明的是，下面描述中使用的詞語“前側”、“后側”、“左側”、“右側”、“上側”、“下側”等指的是附圖中的方向，詞語“內”和“外”分別指的是朝向或遠離特定部件幾何中心的方向，相關技術人員在對上述方向作簡單、不需要創(chuàng)造性的調整不應理解為本申請保護范圍以外的技術。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本申請，并不用于限定實際保護范圍。而為避免混淆本發(fā)明的目的，由于熟知的制造方法、控制程序、部件尺寸、材料成分、電路布局等的技術已經(jīng)很容易理解，因此它們并未被詳細描述。參照圖1、圖2，一種應用于風力發(fā)電的擴壓筒，包括立桿I和立桿I上的偏航旋轉管2，所述偏航旋轉管2連接有擴壓筒本體3，其中所述擴壓筒本體3朝向偏航旋轉管2—側開口作為進風口 31，所述擴壓筒本體3的另一側開口作為出風口 32，所述擴壓筒本體3依次包括有弧形擴壓端5和出風端6，所述進風口 31的直徑比出風口 32的直徑小，所述擴壓筒本體3內置有風輪7，所述擴壓筒本體3靠出風口 32—側設置有尾舵板8。即風輪7和擴壓筒本體3、尾舵板8、偏航旋轉管2作為一個整體一起繞偏航旋轉管2軸心旋轉。
[0019]擴壓筒本體3的工作原理:風經(jīng)由進風口 31進入，經(jīng)過弧形擴壓端5加速，在弧形擴壓端5中直徑最小位置處達到最大風速，吹動風輪7將風能轉化成電能，進行發(fā)電。而風經(jīng)過出風端6吹出，此時擴壓筒本體3外側壓力大，而擴壓筒本體3內側靠出風口32位置處的壓力小，這樣就形成一個壓力差，這個壓力差就可以大大提升經(jīng)過擴壓筒本體3的流量，使風速提高，而根據(jù)空氣動力學定律，風速提高一倍，風輪效率就增加八倍，進而提高風力發(fā)電的效率。
[0020]在實際工作時，風輪7跟隨擴壓筒本體3、尾舵板8旋轉，當風出現(xiàn)轉向時，例如風向由擴壓筒本體3的左側往右側吹，尾舵板8、擴壓筒本體3就通過偏航旋轉管2向右轉動，直到尾舵板8轉動至與新的風向平行，此時風輪7的葉片和擴壓筒本體3的進風口 31均為正面迎風，實現(xiàn)自動捕捉風向和提高經(jīng)過風輪7的風流量。
[0021]另外的實施例，參照圖1、圖2的一種應用于風力發(fā)電的擴壓筒，其中此處所稱的“實施例”是指可包含于本申請至少一個實現(xiàn)方式中的特定特征、結構或特性。在本說明書中不同地方出現(xiàn)的“實施例中”并非均指同一個實施例，也不是單獨的或選擇性的與其他實施例互相排斥的實施例。實施例包括立桿I和立桿I上的偏航旋轉管2，所述偏航旋轉管2連接有擴壓筒本體3，其中所述擴壓筒本體3朝向偏航旋轉管2—側開口作為進風口 31，所述擴壓筒本體3的另一側開口作為出風口 32。圖中的實施例里，進風口 31和偏航旋轉管2之間留有空隙4。所述擴壓筒本體3依次包括有弧形擴壓端5和出風端6，所述進風口 31的直徑比出風口 32的直徑小，所述擴壓筒本體3內置有風輪7和發(fā)電機，所述擴壓筒本體3靠出風口 32—側設置有尾舵板8，所述弧形擴壓端5為筒壁截面為弧形的弧形筒狀，其中所述弧形擴壓端5包括有弧形擴壓端前部51和弧形擴壓端后部52，其中所述弧形擴壓端前部51的直徑為沿著進風口到出風口方向縮小，所述弧形擴壓端后部52的直徑為沿著進風口到出風口方向擴大，所述出風端6的筒壁為梯形圓筒狀。由于常態(tài)下相同流量的流體通過不同截面時，流速與截面積成反比的流體性質，弧形擴壓端前部51末端處的風速由于截面積變小而增加;弧形擴壓端后部52末端和出風端6末端內截面積增大，其風速低于弧形擴壓端前部51末端處的風速，從而形成負壓效應，有利于風在擴壓筒本體3內的加速流動。必須說明的是弧形擴壓端5和出風端6的具體尺寸比例，例如沿著軸線方向長度的比例可根據(jù)需要靈活調整，不應以圖中所畫比例為限。所述弧形擴壓端5和出風端6之間設置有圓環(huán)狀過渡端61，即擴壓筒本體3外側空氣沿著擴壓筒本體3外側壁附近流動時，遇到圓環(huán)狀過渡端61就會被阻擋而形成渦流，而擴壓筒本體3內側空氣沿著擴壓筒本體3內側壁附近流動時，遇到圓環(huán)狀過渡端61又會突然散開形成低壓，這樣就可以進一步加大出風口 32位置處靠擴壓筒本體3筒壁外側和內側的壓力差，進而進一步加大進入擴壓筒本體3的風量。所述風輪7通過支架71連接在弧形擴壓端前部51和弧形擴壓端后部52之間交接位置處，進而能最大限度的利用文丘里相應產(chǎn)生的風量增大現(xiàn)象。其中弧形擴壓端前部51和弧形擴壓端后部52之間交接位置處作為擴壓筒的喉頸部，是風速提高的關鍵部位。所述出風端6的筒壁與軸線之間角度Θ為15°?30。。
[0022]另外的實施例，參照圖1、圖2的一種應用于風力發(fā)電的擴壓筒，包括立桿I和立桿I上的偏航旋轉管2，所述偏航旋轉管2連接有擴壓筒本體3，其中所述擴壓筒本體3朝向偏航旋轉管2—側開口作為進風口 31，所述擴壓筒本體3的另一側開口作為出風口 32，所述擴壓筒本體3依次包括有弧形擴壓端5和出風端6，所述進風口 31的直徑比出風口 32的直徑小，所述擴壓筒本體3內置有風輪7，所述擴壓筒本體3靠出風口 32—側設置有尾舵板8，所述擴壓筒本體3的外壁處設置有連接條9，所述擴壓筒本體3和偏航旋轉管2之間通過連接條9連接，通過連接條9設計不但使擴壓筒本體3連接更穩(wěn)固，連接條9本身也起到對擴壓筒本體3的加固作用，提高擴壓筒本體3的抗強風能力。所述連接條9兩端位于進風口 31、出風口 32位置處連接有環(huán)形條91，環(huán)形條91和連接條9組成一個針對擴壓筒本體3的強化支架，對擴壓筒本體3起到很好的保護和強化作用，尤其是對進風口 31、出風口 32處的保護作用。所述尾舵板8與擴壓筒本體3之間通過連接條9連接，便于尾舵板8的安裝。在本實施例中，尾舵板8位于擴壓筒本體3的左、右兩側。
[0023]根據(jù)上述原理，本實用新型還可以對上述實施方式進行適當?shù)淖兏托薷?。因此，本實用新型并不局限于上面揭示和描述的【具體實施方式】，對本實用新型的一些修改和變更也應當落入本實用新型的權利要求的保護范圍內。
[0024]經(jīng)過實踐證明，應用了該擴壓筒的風力發(fā)電機在制造時可按比例進行縮小或放大，適用地域極廣，為小風地區(qū)的風能應用開拓了新途徑，具有設備結構簡單、制造成本低和使用效果好等優(yōu)點。而且由于風輪7安裝在擴壓筒本體3內部，可以避免風輪7對鳥類造成的傷害。文丘里效應表現(xiàn)在受限流動在通過縮小的過流斷面時，流體出現(xiàn)流速增大的現(xiàn)象，其流速與過流斷面成反比，而由伯努利定律可知流速的增大伴隨流體壓力的降低，即高速流動的流體附近會產(chǎn)生低壓，從而產(chǎn)生吸附作用。在實際工作時，尾舵板8配合偏航旋轉管2的設計使擴壓筒本體3也能跟隨風向而偏航轉向。當擴壓筒本體3迎向風向時，進入擴壓筒本體3的空氣依次經(jīng)過收窄的弧形擴壓端前部51和擴張的弧形擴壓端后部52時，尤其是經(jīng)過弧形擴壓端前部51和弧形擴壓端后部52之間的喉頸部，擴壓筒后端氣壓低，就會出現(xiàn)文丘里效應，使流經(jīng)風輪7的空氣流速提高，并使出風口 32處靠內側的氣壓降低。同時擴壓筒本體3外側的空氣依次經(jīng)過向擴壓筒本體3中心收縮的弧形擴壓端前部51、向擴壓筒本體3外擴大的弧形擴壓端后部52、作為凸起轉接部的圓環(huán)狀過渡端61和出風端6時，使出風口 32處靠外側的氣壓增大。出風口 32處靠內側和靠外側形成的氣壓差又進一步提高流經(jīng)風輪7的空氣流速，使風力發(fā)動機的效率大大提高，即使風輪掃掠面積只增加很小比例，就可以大幅度提升發(fā)電效率，例如風速提高一倍，風輪轉換效率就可以提高八倍。該擴壓筒主要適用于下風向式風力發(fā)電機組。
【主權項】
1.一種應用于風力發(fā)電的擴壓筒，其特征在于:包括立桿(I)和立桿(I)上的偏航旋轉管(2)，所述偏航旋轉管(2)連接有擴壓筒本體(3)，其中所述擴壓筒本體(3)朝向偏航旋轉管(2)—側開口作為進風口(31)，所述擴壓筒本體(3)的另一側開口作為出風口(32)，所述擴壓筒本體(3)依次包括有弧形擴壓端(5)和出風端(6)，所述進風口(31)的直徑比出風口(32)的直徑小，所述擴壓筒本體(3)內置有風輪(7)，所述擴壓筒本體(3)靠出風口(32)—側設置有尾舵板(8)。2.根據(jù)權利要求1所述的一種應用于風力發(fā)電的擴壓筒，其特征在于:所述弧形擴壓端(5)為筒壁截面為弧形的弧形筒狀，其中所述弧形擴壓端(5)包括有弧形擴壓端前部(51)和弧形擴壓端后部(52)，其中所述弧形擴壓端前部(51)的直徑為沿著進風口到出風口方向縮小，所述弧形擴壓端后部(52)的直徑為沿著進風口到出風口方向擴大，所述出風端(6)的筒壁為梯形圓筒狀。3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種應用于風力發(fā)電的擴壓筒，其特征在于:所述弧形擴壓端(5)和出風端(6)之間設置有圓環(huán)狀過渡端(61)。4.根據(jù)權利要求1所述的一種應用于風力發(fā)電的擴壓筒，其特征在于:所述擴壓筒本體(3)的外壁處設置有連接條(9)，所述擴壓筒本體(3)和偏航旋轉管(2)之間通過連接條(9)連接。5.根據(jù)權利要求4所述的一種應用于風力發(fā)電的擴壓筒，其特征在于:所述連接條(9)兩端位于進風口(31)、出風口(32)位置處連接有環(huán)形條(91)。6.根據(jù)權利要求4所述的一種應用于風力發(fā)電的擴壓筒，其特征在于:所述尾舵板(8)與擴壓筒本體(3)之間通過連接條(9)連接。7.根據(jù)權利要求2所述的一種應用于風力發(fā)電的擴壓筒，其特征在于:所述風輪(7)通過支架(71)連接在弧形擴壓端前部(51)和弧形擴壓端后部(52)之間交接位置處。8.根據(jù)權利要求2所述的一種應用于風力發(fā)電的擴壓筒，其特征在于:所述出風端(6)的筒壁與軸線之間角度Θ為15°?30°。
【文檔編號】F03D80/00GK205618310SQ201620343700
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年4月22日
【發(fā)明人】雷潔顏
【申請人】雷潔顏