专利名称：风力机风轮局部聚能环及其设计方法
技术领域：
本发明属于风力发电技术领域，特别涉及一种风力机风轮局部聚能环的设计方法。
背景技术：
目前千瓦级及以上的风力发电机风轮叶片基本上直接安装在轮毂上，不仅叶片的强度低，而且不利于风能的捕获，导致风力机的启动风速较高，风力机的工作效率降低。
发明内容
本发明提供了一种风力机风轮局部聚能环，其特征在于，风力机风轮局部聚能环，其特征在于，该局部聚能环安装在风轮上，其中局部聚能环由风轮叶片定位固定，且以风轮旋转轴线为中心呈中心对称布置；局部聚能环的形状为圆形，其截面形状自迎风方向为等腰三角形，其顶角的角度为0＜γ＜90°，底边为l；叶片宽度域为长方形，尺寸为l×B；而后为长椭圆形，长半轴为
，短半轴为
；其中，l为局部聚能环在半径方向上的宽度，B为风轮叶片的轴向宽度。
本发明还提供了一种风力机风轮局部聚能环的设计方法，其特征在于，该局部聚能环的半径为r＝αR，局部聚能环在半径方向上的宽度为l＝βR，风能利用提高系数其中，α为局部聚能环半径系数，β为局部聚能环径宽系数，R为风轮半径，通过调整α和β的取值，来得到不同的ε值。
所述局部聚能环半径系数α的取值范围为
；局部聚能环径宽系数β的取值范围为0～1。
本发明的有益效果为采用本发明所述的风力机风轮局部聚能环，以风轮直径80m和90m为例计算，相同风轮直径的风力发电机组可将风能利用率提高2％-5％，启动风速也可降低约3％-6％，可以有效的提高风力机的工作效率。
图1为局部聚能环的位置及结构图； 图2为A-A面的结构示意图。
图中标号 1-风轮叶片；2-局部聚能环；3-风轮轮毂。
具体实施例方式 本发明提供了一种风力机风轮局部聚能环的设计方法，下面通过
和具体实施方式
对本发明做进一步说明。
图1为局部聚能环的位置及结构图；图2为A-A面的结构示意图。局部聚能环2的形状为圆形，其截面形状自迎风方向为等腰三角形，其顶角的角度为γ＝30°，底边为l；叶片宽度域为长方形，尺寸为l×B；而后为长椭圆形，长半轴为
，短半轴为
；其中，l为局部聚能环在半径方向上的宽度，B为风轮叶片的轴向宽度。根据贝兹理论，风轮捕获的最大风能为 式中W为风轮捕获的风能；ρ为空气密度；R为风轮半径；V为通过风轮的风速。
在风轮上设置局部聚能环，设局部聚能环的半径为r，局部聚能环在半径方向上的宽度为l，根据贝兹假设，空气为不可压缩的流体，则存在连续性方程 式中V0为环内风速。
则环内风速提高系数k为 环内风轮捕获的风能W1为 同理，环外存在连续性方程，即 即环外风速提高系数k′为 环外风轮捕获的风能W2为 则风轮设置局部聚能环后捕获的风能W′为 定义式中称为风能利用提高系数。
定义r＝αR，l＝βR，其中α为局部聚能环半径系数，β为局部聚能环径宽系数，则 将局部聚能环2安装在风轮上，其中局部聚能环2由风轮叶片1定位固定，且以风轮旋转轴线，即风轮轮毂3为中心呈中心对称布置. 对直径为80m的风轮，取得到ε＝1.03558，环内风速提高系数k＝1.08，环外风速提高系数k′＝1.01，采用此种结构尺寸的局部聚能环，相同风轮直径的风力发电机组可将风能利用率提高3.5％，启动风速也可降低约4.5％。
对直径为90m的风轮，取得到ε＝1.023927，环内风速提高系数k＝1.095，环外风速提高系数k′＝1.006，采用此种结构尺寸的局部聚能环，相同风轮直径的风力发电机组可将风能利用率提高2.4％，启动风速也可降低约4.5％。
以上只是本发明两个较优的实施例，本领域内技术人员可在权利要求的范围内根据需要作出任意修改。
权利要求
1.风力机风轮局部聚能环，其特征在于，该局部聚能环(2)安装在风轮上，其中局部聚能环(2)由风轮叶片(1)定位固定，且以风轮旋转轴线为中心呈中心对称布置；局部聚能环(2)的形状为圆形，其截面形状自迎风方向依次为等腰三角形，其顶角的角度为0＜γ＜90°，底边为l；叶片宽度域为长方形，尺寸为l×B；而后为长椭圆形，长半轴为
短半轴为
其中，l为局部聚能环(2)在半径方向上的宽度，B为风轮叶片(1)的轴向宽度。
2.风力机风轮局部聚能环的设计方法，其特征在于，该局部聚能环(2)的半径为r＝αR，局部聚能环(2)在半径方向上的宽度为l＝βR，风能利用提高系数其中，α为局部聚能环半径系数，β为局部聚能环径宽系数，R为风轮半径，通过调整α和β的取值，来得到不同的ε值。
3.根据权利要求2所述的风力机风轮局部聚能环的设计方法，其特征在于，所述局部聚能环半径系数α的取值范围为
局部聚能环径宽系数β的取值范围为0～1。
全文摘要
本发明属于风力发电技术领域，特别涉及一种风力机风轮局部聚能环的设计方法。局部聚能环安装在风轮上，其中局部聚能环由风轮叶片定位固定，且以风轮旋转轴线为中心呈中心对称布置；局部聚能环的形状为圆形，其截面形状自迎风方向依次为等腰三角形、叶片宽度域为长方形、而后为长椭圆形的组合。调整局部聚能环的半径为r和局部聚能环在半径方向上的宽度为l，得到不同的风能利用提高系数ε。采用本发明所述的风力机风轮局部聚能环，以风轮直径80m和90m为例计算，相同风轮直径的风力发电机组可将风能利用率提高2％-5％，启动风速也可降低约3％-6％，可以有效的提高风力机的工作效率。
文档编号F03D1/06GK101639034SQ20091009185
公开日2010年2月3日 申请日期2009年8月27日 优先权日2009年8月27日
发明者张照煌 申请人:华北电力大学