专利名称：风力机风轮局部强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强聚能环的设 计方法。
背景技术：
H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强聚能环，其特征在于，该局部强聚能环 安装在风轮上，其中局部强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；局部强聚能环的形状为圆形，其截面形状自迎风方向依次为 直角三角形，其斜边朝向风轮旋转轴线，且顶角的角度为0<^<90°;叶片宽度域 为长方形，尺寸为/x^;而后为四分之一长椭圆形，长半轴为^coty，短半轴为
/，且椭圆边向着风轮旋转轴线，各边联结处光滑；其中，/为局部强聚能环在半 径方向上的宽度，7 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强聚能环的设计方法，其特征在于，该 局部强聚能环的最大半径为=局部强聚能环在半径方向上的宽度为/ = ，
风能利用提高系数^ = ^^ + 1- 2，其中，"为局部强聚能环半径系数，/ 为局
部强聚能环径宽系数，^为风轮半径，通过调整"和-的取值，来得到不同的f值。 所述局部强聚能环半径系数《的取值范围为4 1;局部强聚能环径宽系数/ 的取值范围为0 1。本发明的有益效果为釆用本发明所述的风力机风轮局部强聚能环，以风轮
直径20m、 30m、 40m、 50m、 60m和70m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為-2.8%-42%，启动风速明显降低，可以有效的提高风力 机的工作效率。
图1为局部强聚能环的位置及结构图； 图2为A-A而的结构示意图。 图中标号
l-风轮叶片；2-局部强聚能环；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强聚能环及其设计方法，下面通过附图说 明和具体实施方式
对本发明做进一步说明。
图1为局部强聚能环的位置及结构图；图2为A-A面的结构示意图。局部强 聚能环2的形状为圆形，其截面形状自迎风方向依次为直角三角形，其斜边朝 向风轮旋转轴线，且顶角的角度为/ = 30。，底边为/;叶片宽度域为长方形，尺寸 为/xS;而后为四分之一长椭圆形，长半轴为l/cxrty，短半轴为/，且椭圆边向
着风轮旋转轴线，各边联结处光滑；其中，/为局部强聚能环在半径方向上的宽
度，S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
『！x丄裤V (1) 27 2
式中『为风轮捕获的最大风能；々为空气密度；为风轮半径；F为通过 风轮的风速。
在风轮上设置局部强聚能环2，设局部强聚能环2的半径为r，局部强聚能 环2在半径方向上的宽度为/，根据贝兹假设，空气为不可压縮的流体，贝l」存在连续性方程
式中K为环内风速。
则环内风速提高系数^为
(2)
(r_/)2
环内风轮捕获的最大风能W为
w/16 1^,、2r"16 1/ T/3
(3)
(4)
环外风轮捕获的风能『2为
『7 =!x —;rp[W2 _冲3 则风轮设置局部强聚能环2后捕获的风能W'为:
(7)
『=R= ^x丄/w 27 2
16 f
27 2
(8)
定义工^中^ = ^/; + 1-;称为风能利用提高系数。
定义^ = ^， / = ;^，其中"为局部强聚能环半径系数，P为局部强聚能环 径宽系数，贝IJ:
"+1_ 2 (9)
将局部强聚能环2安装在风轮上，其中局部强聚能环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70m的风轮，取《 =丄,/ = 1，得到s4.028195，环内风速提高系
9 35
数&=1. 81213，采用此种结构尺寸的局部强聚能环，相同风轮直径的风力发电机 组可将风能利用率提高2.82%，启动风速也可降低约81%。
对直径为60m的风轮，取"=!,/ =丄，得到￡=1.038402，环内风速提高系
8 30数&=1.859504，采用此种结构尺寸的局部强聚能环，相同风轮直径的风力发电机 组可将风能利用率提高3.8%，启动风速也可降低约86%。
对直径为50m的风轮，取《 = +," = ^，得到^=1.055532，环内风速提高系
数A:-1.929012，采用此种结构尺寸的局部强聚能环，相同风轮直径的风力发电机 组可将风能利用率提高5.5%，启动风速也可降低约93%。
对直径为40m的风轮，取《 = |^ = ^,得到￡ = 1.087915，环内风速提高系
数&=2.040816，釆用此种结构尺寸的局部强聚能环，相同风轮直径的风力发电机 组可将风能利用率提高8.8%，启动风速也可降低约104%。
以上只是本发明四个较优的实施例，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.风力机风轮局部强聚能环，其特征在于，该局部强聚能环(2)安装在风轮上，其中局部强聚能环(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；局部强聚能环(2)的形状为圆形，其截面形状自迎风方向依次为直角三角形，其斜边朝向风轮旋转轴线，且顶角的角度为0＜γ＜90°；叶片宽度域为长方形，尺寸为l×B；而后为四分之一长椭圆形，长半轴为 id="icf0001" file="A2009100919430002C1.tif" wi="15" he="8" top= "67" left = "172" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>短半轴为l，且椭圆边向着风轮旋转轴线，各边联结处光滑；其中，l为局部强聚能环(2)在半径方向上的宽度，B为风轮叶片(1)的轴向宽度。
2. 风力机风轮局部强聚能环的设计方法，其特征在于，该局部强聚能环(2) 的最大半径为""i ，局部强聚能环(2)在半径方向上的宽度为/ = / 及，风能利用提高系数<formula>formula see original document page 2</formula> ，其中，"为局部强聚能环半径系数，"为局部强聚能环径宽系数，/ 为风轮十径，通过调整《和-的取值，来得到不同的H直。
3.根据权利要求2所述的风力机风轮局部强聚能环的设计方法，其特征在 于，所述局部强聚能环半径系数"的取值范围为4 1;局部强聚能环径宽系数P 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强聚能环的设计方法。局部强聚能环安装在风轮上，其中局部强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；局部强聚能环的形状为圆形，其截面形状自迎风方向依次为直角三角形、叶片宽度域为长方形、而后为四分之一的长椭圆形的组合。调整局部强聚能环的半径r和局部强聚能环在半径方向上的宽度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强聚能环，以风轮直径20m、30m、40m、50m、60m和70m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2.8％-42％，启动风速明显降低，可以有效的提高风力机的工作效率。
文档编号F03D1/06GK101639035SQ20091009194
公开日2010年2月3日 申请日期2009年9月3日 优先权日2009年9月3日
发明者飞 孙, 张照煌, 李福田, 高延伟 申请人:华北电力大学