一种风力机尾流消散装置的制作方法

本实用新型涉及一种风力机尾流消散装置，尤其是一种可以改变尾流运动轨迹、加速尾流消散的圆柱形装置。

背景技术：

近些年来，在大量风力机聚集的风电场，风电厂家为了提高发电量，往往希望在有限的范围内安装尽可能多的风力机，这时候就需要考虑怎样安排风力机的位置，确定合适的风力机间距，尾流效应是决定风力机间距的一个至关重要的因素。

由空气动力学理论，当一台风电机组处在其他风力机的尾流中时，尾流效应会降低风力机捕获风能的效率，其发电功率会受到极大影响，有研究表明风力机的结构疲劳也会受到影响从而导致风力机的寿命降低。在某些区域内，无论怎样安排风力机的位置，一些风力机总是不可避免地受到直线上其他风力机尾流的影响。如果这条直线上还有其他风力机，则捕获风能的效率将相比面对自然风的风力机大大降低。风经过风电机组后将部分动能转化为机械能，机械能再转化为电能，从而使风速降低。与此同时，风的湍流强度会有所增加，处于下风直线方向的风电机组会受到影响。风电场发电能力和经济性与尾流效应造成的能量损失密不可分，风电场的运行经验表明当风力机完全处于尾流中时，其发电效率只有原来的60%至70%。

目前，大部分研究都集中在风力机尾流的被动优化上，例如考虑尾流的风电场选址方法，考虑尾流的风力机排布优化方法等；风电场风力机的排布也只能根据相关的标准规范，结合机组容量和地形合理地确定风力机间距，并没有一种主动对尾流进行处理的方法或装置。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型在目前广泛使用的上风式风力机的基础上，提出一种风力机尾流消散装置及方法，通过改变尾流的运动轨迹并对尾流进行加速，可缩短尾流的消散距离，减小对下游风力机的影响，减小风力机间布置间距，是一种有效处理风力机尾流的方法及装置。

为了达到上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型是一种风力机尾流消散装置，消散装置通过固定支架固定在风力机的机舱后方，消散装置的装置出风口截面圆与进风口截面圆位于同一条水平线上，且与风力机的桨叶中心位于同一条中轴线上，消散装置包括薄壁圆柱主体，薄壁圆柱主体为内部空心的圆柱体，薄壁圆柱主体的内部通过相互正交的板型支架均匀分隔数个正方形空间和数个不规则空间，在被板型支架均匀分隔的空间内安装尾流管，在正方形空间内的尾流管为圆柱形，在不规则空间内的尾流管为近圆柱形，在尾流管内部安装有数个导风翼，在尾流管与所述薄壁圆柱主体之间有空隙尾流管和板型支架之间有空隙，在空隙的进风口处安装锥形导流罩，在薄壁圆柱主体进风口的一侧、沿着薄壁圆柱主体设置聚风罩。

本实用新型的进一步改进在于：导风翼为曲形，一侧为圆弧平面，固定在尾流管内壁上，另一侧为流线型曲面，且导风翼前部弯度大于后部弯度。

本实用新型的进一步改进在于：锥形导流罩的四面或三面均为内凹的流线型曲面。

本实用新型的进一步改进在于：固定支架为十字型，固定支架一面与进风口截面圆圆心上两个板型支架固定在一起，另一面铆接在机舱后方。

本实用新型的进一步改进在于：聚风罩为外扩型，与水平方向成45º外扩。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过安装在风力机尾部的尾流消散装置，使得通过风力机桨叶圆盘形成的尾流，顺着其螺旋式的运动轨迹，经锥形导流罩进入到尾流管，尾流中所包含的叶尖涡和根涡，经过锥形整流罩时与整流罩发生撞击，其切线方向上的运动惯性被减弱，当尾流流经导风翼时，导风翼的阻碍使得流管的截面变小，且导风翼的内表面弯度大，导致导风翼内表面的气流流速增加，外表面为圆弧平面且固定在尾流管内壁上，尾流速度得到提升，尾流管内壁流线型的曲面，有助于尾流的迅速排出，尾流通过尾流管后，其螺旋式的运动轨迹得到改变，呈水平运动，且叶尖涡和根涡区域减小，尾流经过整个圆柱主体中的尾流管后，其向后排出的气流不会形成未安装装置时紊乱的螺旋尾流，而是沿水平方向直线运动，在周围湍流的作用下，各尾流管中央线处的风速稳步增加，直至恢复到自由气流的风速值。

本实用新型提供了一种圆柱形的尾流消散装置，以减小紊乱的尾流对下游风力机的影响，从而减小风电场风力机间的布置间距，提高风电场的土地利用率。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为安装尾流消散装置的风机结构图示意图。

图3为导风翼截面示意图。

图4为尾流管的半剖视图。

图5为导流罩的结构示意图。

图6为本实用新型无尾流消散装置的工作示意图。

图7为本实用新型有尾流消散装置的工作示意图。

具体实施方式

为了加深对本实用新型的理解，下面将结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本实用新型，并不对本实用新型的保护范围构成限定。

如图1-7所示，本实用新型是一种风力机尾流消散装置，所述消散装置通过固定支架7固定在风力机的机舱8后方，所述固定支架7为十字型，所述固定支架7一面与进风口截面圆圆心上两个板型支架4固定在一起，另一面铆接在机舱8后方，所述消散装置的装置出风口截面圆与进风口截面圆位于同一条水平线上，且与风力机的桨叶中心位于同一条中轴线上，所述消散装置包括薄壁圆柱主体1，所述薄壁圆柱主体1为内部空心的圆柱体，所述薄壁圆柱主体1的内部通过相互正交的板型支架4均匀分隔数个正方形空间和数个不规则空间，也就是说薄壁圆柱主体的内部空间通过水平和竖直方向上等量的板型支架4均匀分隔开来，中间的部分则是正方形的空间，而板型支架与圆柱主体相接的地方则是不规则的空间，在被所述板型支架4均匀分隔的空间内安装尾流管2，在正方形空间内的尾流管2为圆柱形，在不规则空间内的尾流管2为近圆柱形，尾流管的进风口为圆形或与圆柱内壁形成的近圆形，尾流管出风口与进风口形状大小相一致，尾流管内壁光滑，在所述尾流管2内部安装有数个导风翼3，在所述尾流管2内部的数个所述导风翼3整体为圆柱体或近圆柱体，所述导风翼3为曲形，一侧为圆弧平面，固定在所述尾流管2内壁上，另一侧为流线型曲面，且导风翼3前部弯度大于后部弯度，在所述尾流管2与所述薄壁圆柱主体1之间有空隙、所述尾流管2和板型支架4之间有空隙，在所述空隙的进风口处安装锥形导流罩6，所述锥形导流罩6的四面或三面均为内凹的流线型曲面，在所述所述薄壁圆柱主体1进风口的一侧、沿着所述所述薄壁圆柱主体1设置聚风罩5，所述聚风罩5为外扩型，与水平方向成45º外扩。

如图6所示，当机舱8后方没有安装尾流消散装置时，气流通过风轮时，对风轮施加的旋转力矩会对风轮后的气流也施加一个大小相等、方向相反的转矩，反转矩的作用结果会导致风轮后气流逆着风轮转向旋转，这样风轮后的气流会受到两个方向上的作用力，一个作用力的方向与来流方向相同，另一个作用力的方向与来流相切，这两个作用力的合力便是如图所示的螺旋尾流的原动力，若下游有风力机处于尾流区内，其输入风速就低于上游风机的输入风速，使得其输出功率降低。

如图7所示，当风力机安装有尾流消散装置时，尾流沿着其螺旋式的运动轨迹，经锥形导流罩6进入到尾流管2，尾流中所包含的叶尖涡和根涡，经过锥形整流罩6时与整流罩发生撞击，其切线方向上的运动惯性被减弱，当尾流流经导风翼3时，导风翼3的阻碍使得流管的截面变小，且导风翼3的内表面弯度大，导致导风翼3上表面的气流流速增加，下表面为圆形平面且固定在尾流管2内壁上，尾流速度得到提升，尾流管2内壁流线型的曲面，有助于尾流的迅速排出，尾流通过尾流管2后，其螺旋式的运动轨迹得到改变，呈水平运动，且叶尖涡和根涡区域减小，尾流经过整个圆柱主体中的尾流管2后，其向后排出的气流不会形成未安装装置时紊乱的螺旋尾流，而是沿水平方向直线运动，在周围湍流的作用下，各尾流管中央线处的风速稳步增加，直至恢复到自由气流的风速值。

本实用新型的尾流消散装置，对尾流进行梳理，改变尾流的运动轨迹，减小了尾流区的长度，加快了尾流的消散，从而减小了风电场风力机之间的布置间距，使得风电厂家在同样的范围内可布置更多的风力机。