专利名称：一种新型流体加速装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新型流体加速装置，属于风力发电和水流发电技术领域。
背景技术：
能源问题与人类的生存息息相关。由于地球储存的化石燃料日渐衰竭，以及大量化石燃料燃烧导致的环境问题，人们开始探索可再生清洁能源的利用，例如水能、太阳能、风能等。利用风力机或水轮机进行发电是可再生能源利用的常见方式。根据流体力学知识，风力机或水轮机的发电功率与扫掠面积成正比，与流速的三次方成正比。增加风轮或叶轮的直径有利于提高发电功率，但考虑到制造难度、零部件强度要求等原因，直径不能过大。如果利用特殊装置提高流体的速度，则能使发电功率大大增加。目前已有专利采用“聚集”风能或水能的方法，通过增加流体速度提高发电功率。中国专利CN2215606Y (
公开日期1995年12月20日)提出了一种“浓缩流体型发电装置”，利用先收缩后扩张的夹层结构聚 集流体的动能，并在扩张段开孔提高聚能效果。中国专利CN101363414A(
公开日期2009年
2月11日)采用隔板构成渐缩喷嘴使流体增速。中国专利CN201263456U (
公开日期2011年9月7日)提出收缩扩张流道，风力机风轮或水轮机叶轮安装于速度最大的喉部。现有的专利虽然能够提高流体速度，但大多装置复杂，体积甚至大于风轮或叶轮，增加了制造难度，不便于工程应用。此外，这些流体增速装置也增加了风力机或水轮机在流动方向上的载荷，使支撑结构的倾翻力矩和零部件的应力增加，所以支撑结构和零部件的厚度必须增加以满足强度要求。这不仅不利于风力机或水轮机整体的轻量化，而且增加了制造成本。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种新型流体加速装置，该流体加速装置不仅能够实现良好的增速效果，提高同等流速下风力机或水轮机的发电功率，并且能够降低整个装置在流速方向上的载荷。按照本发明提供的技术方案，一种新型流体加速装置包括一个截面积逐渐扩大的筒体、筒体出口的挡板及筒体入口处渐缩的曲面，所述筒体出口处的挡板连接在筒体的出口处，风轮或叶轮放置在筒体入口附近，流速方向为从左向右，特征是所述筒体出口的挡板与筒体轴线的夹角Φ为5°、9°。作为本发明的进一步改进，所述优选方案为，所述筒体出口的挡板与筒体轴线的夹角Φ为50°或30°。作为本发明的进一步改进，所述筒体壁面制成直线型或制成曲线形，以增强抽吸效果。作为本发明的进一步改进，所述筒体为渐扩式，截面较小的左侧为流体入口，截面较大的右侧为流体出口。本发明与已有技术相比具有以下优点1、提高空气或水流速度，从而增加同等流速下风力机或水轮机的发电量；
2、风力机或者水轮机能够自动对准来流方向；
3、在一定范围内，挡板与筒体轴线的夹角越小，该装置在流向上的载荷越低，同时增速效果不会下降；
4、如上所述的原因，挡板与筒体连接处的局部应力可降低，使该装置厚度下降，实现风力机或者水轮机整体的轻量化；
5、载荷下降，风力机或水轮机各零部件受到的载荷也会下降，有利于增加风力机或水轮机整体的寿命。
图I是本发明设计结构示意图。图2挡板与筒体轴线夹角φ为50°的压力等值线。图3挡板与筒体轴线夹角Φ为50°的速度等值线。图4挡板与筒体轴线夹角为30°的压力等值线。图5挡板与筒体轴线夹角为30°的速度等值线。
具体实施例方式下面本发明将结合附图中的实施例作进一步描述
如图I所示，一种新型流体加速装置包括一个截面积逐渐扩大的筒体1，连接在筒体出口处的挡板2，以及筒体入口处的曲面3，安装风力机风轮或水轮机叶轮的位置4，5、点是各示意点。本发明风轮或叶轮放置在筒体I入口附近，流速方向为从左向右。本发明的特点在于挡板与流速方向的夹角Φ为5° ^89°。所述筒体I壁面制成直线型或制成曲线形，以增强抽吸效果。所述截面积逐渐扩大的筒体1，截面较小的左侧为流体入口，截面较大的右侧为流体出口。当流体流过该装置时，由于挡板的阻挡，气流在挡板右侧9点处形成低压区，7、8、9点处压力较低。由于筒体沿着流速方向流通面积增加，筒体内部静压逐渐升高，6点处(SP筒体入口)压力进一步降低，与筒体上游5点形成明显的压差。在压差的作用下，流体被吸入筒体内，使筒体内的流速增加。该装置受到的载荷包括压力和粘性力。由于空气或水的粘性系数很低，粘性力的影响很小，该装置载荷主要由压力决定。挡板迎向来流，是承受压力的主要部分。数值实验表明，挡板与流速方向的夹角越小，该装置在流速方向上的载荷越低。图2 图5是流体为空气且速度为5m/s时该流体加速装置附近流场的数值模拟结果。其中，图2和图3是挡板与筒体轴线夹角为50°的压力和速度等值线图；图4和图5是挡板与筒体轴线夹角为30°的压力和速度等值线图。压力云图所标数值为相对压力大小，速度等值线所标数值为速度大小。从图中可以看出，所述筒体出口的挡板与筒体轴线的夹角为50°或30°为本发的优选方案。流体在挡板右侧处于低压区。挡板与筒体轴线的夹角越小，外部流体在挡板左侧的速度越大，压力越低，挡板两侧的压差越小。此外，夹角变小时投影面积降低，这是整个装置载荷下降的另一个原因。该装置的增速效果与投影面积和流速方向上的长度有关。挡板与流速方向成锐角时，虽然投影面积下降，但在流速方向的长度增加，对气流的抽吸作用增强。因此，即使在投影面积下降的情况下，增速效果也不会下降。该流体加速装置中筒体将流体分为内外两部分。外部流体经过筒体外壁和挡板，在筒体出口形成低压区。由于筒体内部沿着流动方向压力逐渐升高，在该装置截面最小处(称为喉部)处压力进一步降低，将筒体上游的流体吸入筒体内部，从而提高筒体内流体的速度。在保证该装置体积较小、结构较简单的前提下，筒体在流动方向上的长度越长、在垂直于流动方向上的投影面积(以下简称投影面积)越大，增速效果越明显。由于挡板的作用，该装置能够使风力机或水轮机自动对准来流方向。此外，筒体除了上述的直线型壁面，还可以做成曲线形，增强抽吸效果。该流体加速装置提高了流速，同时也使风力机或水轮机在流速方向上受到的载荷 增加。载荷主要与筒体投影面积、挡板两侧压差有关。外部的流体冲击到挡板左侧，流体速度迅速下降，一部分动压转化为静压，使挡板左侧压力升高。挡板与筒体轴线的夹角越小，挡板左侧压力越低，流向载荷越低。同时，挡板与筒体轴线的夹角变小时，相当于筒体在流动方向上的长度增加，提高了筒体的抽吸能力，虽然投影面积下降，该流体加速装置的增速效果也不会下降。
权利要求
1.一种新型流体加速装置，包括筒体(I)、筒体出口的挡板(2)及筒体入口处渐缩的曲面(3)，所述筒体出口处的挡板(2)连接在筒体(I)的出口处，其特征是所述筒体出口的挡板(2)与筒体(I)轴线的夹角Φ为5° ^89°。
2.如权利要求I所述的一种新型流体加速装置，其特征是所述筒体出口的挡板(2)与筒体(I)轴线的夹角Φ为50°或30°。
3.如权利要求I所述的一种新型流体加速装置，其特征是所述筒体(I)壁面制成直线型或曲线形。
4.如权利要求I所述的一种新型流体加速装置，其特征是所述筒体(I)为渐扩式，截面左侧为流体入口，截面右侧为流体出口。
全文摘要
本发明涉及一种新型流体加速装置，包括一个截面积逐渐扩大的筒体、筒体出口的挡板及筒体入口处渐缩的曲面，所述筒体出口处的挡板连接在筒体的出口处，风轮或叶轮放置在筒体入口附近，流速方向为从左向右，特征是所述筒体出口的挡板与筒体轴线的夹角为5°~89°。所述筒体壁面制成直线型或制成曲线形，以增强抽吸效果。本发明能提高空气或水流速度，从而增加同等流速下风力机或水轮机的发电量；风力机或者水轮机能够自动对准来流方向；风力机或水轮机各零部件受到的载荷也会下降，有利于增加风力机或水轮机整体的寿命。
文档编号F03B3/18GK102865187SQ201210305819
公开日2013年1月9日 申请日期2012年8月24日 优先权日2012年8月24日
发明者张兴, 刘洁, 薛银春 申请人:无锡中航万德风能科技有限公司