一种应用于风力发电的扩压筒的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种应用于风力发电的扩压筒，包括立杆和立杆上的偏航旋转管，所述偏航旋转管连接有扩压筒本体，其中所述扩压筒本体朝向偏航旋转管一侧开口作为进风口，所述扩压筒本体的另一侧开口作为出风口，所述扩压筒本体依次包括有进风端、弧形扩压端和出风端，所述进风口的直径比出风口的直径小，所述扩压筒本体内置有风轮，所述扩压筒本体靠出风口一侧设置有尾舵板；该扩压筒结构通针对微风环境的风力发电需求，通过合理的结构改良，尤其是通过改良后扩压筒本体配合尾舵板设计，解决了现有的风力发电机在风力小、风速低、风向风力不稳定的地区无法正常发电的问题，能够实现微风发电，且能自动偏航转向以捕捉风向。
【专利说明】
一种应用于风力发电的扩压筒
技术领域
[0001]本实用新型涉及风力发电技术领域，特别是一种应用于风力发电的扩压筒。
【背景技术】
[0002]风力发电主要是通过风机等的装置将风能转化为电能，其中风机主要包括风轮、发电机、塔架等部件。其中风轮是风电机组最重要的部件，主要由叶片和轮毂组成。叶片在气流作用下能产生气动力使风轮旋转，再通过齿轮箱增速或直接驱动发电机产生电能。因此，叶片的捕风效率直接影响到风机发电效率。近年来，风电产业的迅猛发展，但是能提供优良而稳定风能的环境却相对缺乏，这就对风电叶片等的设计，尤其是对风机捕风效率都有了更高的要求。
[0003]通常情况下，当风通过涡轮机，几乎有一半的空气被迫停留在叶片周围，而不是通过它们，这些风中的能量就丢失了。传统的风力涡轮机最多只能利用59.3%的风能，这个值被称为贝兹极限。目前提高捕风效率的技术大都集中在采用更高升阻比的新翼型，或者采用从叶尖到叶跟的全翼型结构，但是其捕风效率均低于贝兹极限0.593。有设计人设计了一种发电机，具体参考公开号为CN 10392515(^的《一种基于文丘里效应的万向聚风落地式微风发电机》，其中提到了采用由沿流道呈渐缩状的内壁面、外壁面和它们之间的隔板组成的风力收集单元，由风力过渡管、文丘里管和扩压管组成的风力加速单元等的技术，实现在风力小、风速低的地区也能微风发电。但是在实践中发现，这种结构对发电效率的提升还不足以适应需求，而且这种结构也不适用于风向不稳定的地区，直接导致技术没有得到推广应用。
【发明内容】
[0004]为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种应用于风力发电、基于文丘里效应的扩压筒，实现微风发电。
[0005]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0006]—种应用于风力发电的扩压筒，包括立杆和立杆上的偏航旋转管，所述偏航旋转管连接有扩压筒本体，其中所述扩压筒本体朝向偏航旋转管一侧开口作为进风口，所述扩压筒本体的另一侧开口作为出风口，所述扩压筒本体依次包括有进风端、弧形扩压端和出风端，所述进风口的直径比出风口的直径小，所述扩压筒本体内置有风轮，所述扩压筒本体靠出风口一侧设置有尾舵板。
[0007]作为一个优选项，所述弧形扩压端为筒壁截面为弧形的弧形筒状，其中所述弧形扩压端包括有弧形扩压端前部和弧形扩压端后部，其中所述弧形扩压端前部的直径为沿着进风口到出风口方向缩小，所述弧形扩压端后部的直径为沿着进风口到出风口方向扩大，所述出风端的筒壁为梯形圆筒状。
[0008]作为一个优选项，所述弧形扩压端和出风端之间设置有圆环状过渡端。
[0009]作为一个优选项，所述扩压筒本体的外壁处设置有连接条，所述扩压筒本体和偏航旋转管之间通过连接条连接。
[0010]作为一个优选项，所述连接条两端位于进风口、出风口位置处连接有环形条。
[0011 ]作为一个优选项，所述尾舵板与扩压筒本体之间通过连接条连接。
[0012]作为一个优选项，所述风轮通过支架连接在弧形扩压端前部和弧形扩压端后部之间交接位置处，其中弧形扩压端前部和弧形扩压端后部之间交接位置处作为扩压筒的喉颈部。
[0013]作为一个优选项，所述出风端的筒壁与轴线之间角度Θ为15°?30°。
[0014]本实用新型的有益效果是:该扩压筒结构通针对微风环境的风力发电需求以及风力发电机在微风环境效率差的缺陷，通过合理的结构改良，尤其是通过改良后扩压筒本体配合尾舵板设计，解决了现有的风力发电机在风力小、风速低、风向风力不稳定的地区无法正常发电的问题，能够实现微风发电，且能自动偏航转向以捕捉风向，适用于在野外、山上、农场、工业区甚至是个人花园，适用地域极广，且设备结构简单、制造成本低、使用效果好，有利于技术的推广应用。
【附图说明】
[0015]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0016]图1是本实用新型的立体图；
[0017]图2是本实用新型的剖视图。
【具体实施方式】
[0018]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。为透彻的理解本发明，在接下来的描述中会涉及一些特定细节。而在没有这些特定细节时，本发明则可能仍可实现，即所属领域内的技术人员使用此处的这些描述和陈述向所属领域内的其他技术人员有效的介绍他们的工作本质。此外需要说明的是，下面描述中使用的词语“前侧”、“后侧”、“左侧”、“右侧”、“上侧”、“下侧”等指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向，相关技术人员在对上述方向作简单、不需要创造性的调整不应理解为本申请保护范围以外的技术。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定实际保护范围。而为避免混淆本发明的目的，由于熟知的制造方法、控制程序、部件尺寸、材料成分、电路布局等的技术已经很容易理解，因此它们并未被详细描述。参照图1、图2，一种应用于风力发电的扩压筒，包括立杆I和立杆I上的偏航旋转管2，所述偏航旋转管2连接有扩压筒本体3，其中所述扩压筒本体3朝向偏航旋转管2—侧开口作为进风口 31，所述扩压筒本体3的另一侧开口作为出风口 32，所述扩压筒本体3依次包括有弧形扩压端5和出风端6，所述进风口 31的直径比出风口 32的直径小，所述扩压筒本体3内置有风轮7，所述扩压筒本体3靠出风口 32—侧设置有尾舵板8。即风轮7和扩压筒本体3、尾舵板8、偏航旋转管2作为一个整体一起绕偏航旋转管2轴心旋转。
[0019]扩压筒本体3的工作原理:风经由进风口 31进入，经过弧形扩压端5加速，在弧形扩压端5中直径最小位置处达到最大风速，吹动风轮7将风能转化成电能，进行发电。而风经过出风端6吹出，此时扩压筒本体3外侧压力大，而扩压筒本体3内侧靠出风口32位置处的压力小，这样就形成一个压力差，这个压力差就可以大大提升经过扩压筒本体3的流量，使风速提高，而根据空气动力学定律，风速提高一倍，风轮效率就增加八倍，进而提高风力发电的效率。
[0020]在实际工作时，风轮7跟随扩压筒本体3、尾舵板8旋转，当风出现转向时，例如风向由扩压筒本体3的左侧往右侧吹，尾舵板8、扩压筒本体3就通过偏航旋转管2向右转动，直到尾舵板8转动至与新的风向平行，此时风轮7的叶片和扩压筒本体3的进风口 31均为正面迎风，实现自动捕捉风向和提高经过风轮7的风流量。
[0021]另外的实施例，参照图1、图2的一种应用于风力发电的扩压筒，其中此处所称的“实施例”是指可包含于本申请至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。实施例包括立杆I和立杆I上的偏航旋转管2，所述偏航旋转管2连接有扩压筒本体3，其中所述扩压筒本体3朝向偏航旋转管2—侧开口作为进风口 31，所述扩压筒本体3的另一侧开口作为出风口 32。图中的实施例里，进风口 31和偏航旋转管2之间留有空隙4。所述扩压筒本体3依次包括有弧形扩压端5和出风端6，所述进风口 31的直径比出风口 32的直径小，所述扩压筒本体3内置有风轮7和发电机，所述扩压筒本体3靠出风口 32—侧设置有尾舵板8，所述弧形扩压端5为筒壁截面为弧形的弧形筒状，其中所述弧形扩压端5包括有弧形扩压端前部51和弧形扩压端后部52，其中所述弧形扩压端前部51的直径为沿着进风口到出风口方向缩小，所述弧形扩压端后部52的直径为沿着进风口到出风口方向扩大，所述出风端6的筒壁为梯形圆筒状。由于常态下相同流量的流体通过不同截面时，流速与截面积成反比的流体性质，弧形扩压端前部51末端处的风速由于截面积变小而增加;弧形扩压端后部52末端和出风端6末端内截面积增大，其风速低于弧形扩压端前部51末端处的风速，从而形成负压效应，有利于风在扩压筒本体3内的加速流动。必须说明的是弧形扩压端5和出风端6的具体尺寸比例，例如沿着轴线方向长度的比例可根据需要灵活调整，不应以图中所画比例为限。所述弧形扩压端5和出风端6之间设置有圆环状过渡端61，即扩压筒本体3外侧空气沿着扩压筒本体3外侧壁附近流动时，遇到圆环状过渡端61就会被阻挡而形成涡流，而扩压筒本体3内侧空气沿着扩压筒本体3内侧壁附近流动时，遇到圆环状过渡端61又会突然散开形成低压，这样就可以进一步加大出风口 32位置处靠扩压筒本体3筒壁外侧和内侧的压力差，进而进一步加大进入扩压筒本体3的风量。所述风轮7通过支架71连接在弧形扩压端前部51和弧形扩压端后部52之间交接位置处，进而能最大限度的利用文丘里相应产生的风量增大现象。其中弧形扩压端前部51和弧形扩压端后部52之间交接位置处作为扩压筒的喉颈部，是风速提高的关键部位。所述出风端6的筒壁与轴线之间角度Θ为15°?30。。
[0022]另外的实施例，参照图1、图2的一种应用于风力发电的扩压筒，包括立杆I和立杆I上的偏航旋转管2，所述偏航旋转管2连接有扩压筒本体3，其中所述扩压筒本体3朝向偏航旋转管2—侧开口作为进风口 31，所述扩压筒本体3的另一侧开口作为出风口 32，所述扩压筒本体3依次包括有弧形扩压端5和出风端6，所述进风口 31的直径比出风口 32的直径小，所述扩压筒本体3内置有风轮7，所述扩压筒本体3靠出风口 32—侧设置有尾舵板8，所述扩压筒本体3的外壁处设置有连接条9，所述扩压筒本体3和偏航旋转管2之间通过连接条9连接，通过连接条9设计不但使扩压筒本体3连接更稳固，连接条9本身也起到对扩压筒本体3的加固作用，提高扩压筒本体3的抗强风能力。所述连接条9两端位于进风口 31、出风口 32位置处连接有环形条91，环形条91和连接条9组成一个针对扩压筒本体3的强化支架，对扩压筒本体3起到很好的保护和强化作用，尤其是对进风口 31、出风口 32处的保护作用。所述尾舵板8与扩压筒本体3之间通过连接条9连接，便于尾舵板8的安装。在本实施例中，尾舵板8位于扩压筒本体3的左、右两侧。
[0023]根据上述原理，本实用新型还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的【具体实施方式】，对本实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。
[0024]经过实践证明，应用了该扩压筒的风力发电机在制造时可按比例进行缩小或放大，适用地域极广，为小风地区的风能应用开拓了新途径，具有设备结构简单、制造成本低和使用效果好等优点。而且由于风轮7安装在扩压筒本体3内部，可以避免风轮7对鸟类造成的伤害。文丘里效应表现在受限流动在通过缩小的过流断面时，流体出现流速增大的现象，其流速与过流断面成反比，而由伯努利定律可知流速的增大伴随流体压力的降低，即高速流动的流体附近会产生低压，从而产生吸附作用。在实际工作时，尾舵板8配合偏航旋转管2的设计使扩压筒本体3也能跟随风向而偏航转向。当扩压筒本体3迎向风向时，进入扩压筒本体3的空气依次经过收窄的弧形扩压端前部51和扩张的弧形扩压端后部52时，尤其是经过弧形扩压端前部51和弧形扩压端后部52之间的喉颈部，扩压筒后端气压低，就会出现文丘里效应，使流经风轮7的空气流速提高，并使出风口 32处靠内侧的气压降低。同时扩压筒本体3外侧的空气依次经过向扩压筒本体3中心收缩的弧形扩压端前部51、向扩压筒本体3外扩大的弧形扩压端后部52、作为凸起转接部的圆环状过渡端61和出风端6时，使出风口 32处靠外侧的气压增大。出风口 32处靠内侧和靠外侧形成的气压差又进一步提高流经风轮7的空气流速，使风力发动机的效率大大提高，即使风轮扫掠面积只增加很小比例，就可以大幅度提升发电效率，例如风速提高一倍，风轮转换效率就可以提高八倍。该扩压筒主要适用于下风向式风力发电机组。
【主权项】
1.一种应用于风力发电的扩压筒，其特征在于:包括立杆(I)和立杆(I)上的偏航旋转管(2)，所述偏航旋转管(2)连接有扩压筒本体(3)，其中所述扩压筒本体(3)朝向偏航旋转管(2)—侧开口作为进风口(31)，所述扩压筒本体(3)的另一侧开口作为出风口(32)，所述扩压筒本体(3)依次包括有弧形扩压端(5)和出风端(6)，所述进风口(31)的直径比出风口(32)的直径小，所述扩压筒本体(3)内置有风轮(7)，所述扩压筒本体(3)靠出风口(32)—侧设置有尾舵板(8)。2.根据权利要求1所述的一种应用于风力发电的扩压筒，其特征在于:所述弧形扩压端(5)为筒壁截面为弧形的弧形筒状，其中所述弧形扩压端(5)包括有弧形扩压端前部(51)和弧形扩压端后部(52)，其中所述弧形扩压端前部(51)的直径为沿着进风口到出风口方向缩小，所述弧形扩压端后部(52)的直径为沿着进风口到出风口方向扩大，所述出风端(6)的筒壁为梯形圆筒状。3.根据权利要求1或2所述的一种应用于风力发电的扩压筒，其特征在于:所述弧形扩压端(5)和出风端(6)之间设置有圆环状过渡端(61)。4.根据权利要求1所述的一种应用于风力发电的扩压筒，其特征在于:所述扩压筒本体(3)的外壁处设置有连接条(9)，所述扩压筒本体(3)和偏航旋转管(2)之间通过连接条(9)连接。5.根据权利要求4所述的一种应用于风力发电的扩压筒，其特征在于:所述连接条(9)两端位于进风口(31)、出风口(32)位置处连接有环形条(91)。6.根据权利要求4所述的一种应用于风力发电的扩压筒，其特征在于:所述尾舵板(8)与扩压筒本体(3)之间通过连接条(9)连接。7.根据权利要求2所述的一种应用于风力发电的扩压筒，其特征在于:所述风轮(7)通过支架(71)连接在弧形扩压端前部(51)和弧形扩压端后部(52)之间交接位置处。8.根据权利要求2所述的一种应用于风力发电的扩压筒，其特征在于:所述出风端(6)的筒壁与轴线之间角度Θ为15°?30°。
【文档编号】F03D80/00GK205618310SQ201620343700
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年4月22日
【发明人】雷洁颜
【申请人】雷洁颜