[發明專利]風洞式擴壓引射風機

無效

• 申請號: 201010299466.8
• 申請日: 2010-10-08
• 公開（公告）號: CN101949353A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發明（設計）人: 李平
• 申請（專利權）人: 李平
• 主分類號: F03D1/00
• 分類號: F03D1/00;F03D1/04;F03D1/06;F03D7/04
• 代理公司: 成都立信專利事務所有限公司 51100
• 代理人: 江曉萍

技術領域：

本發明屬于風力機械領域。是采用一種通過擴壓引射方法，實現提高氣流速度并在同一流體通道內，同一軸向多級葉輪梯級捕獲動能，提高能效比，減少軸向動能流失損失的效果的風洞式擴壓引射風機。

背景技術：

人類利用風能的歷史已有數千年。在風能利用領域已從早期的農業加工、抽水灌溉發展到今天的熱能轉換、發電等方面。由于古代東方的垂直軸阻力型風機功率系數太低，在當今已幾乎無應用價值。而近代歐洲的垂直軸升力型風機因其振動大、地面負面影響大等缺點突出而不宜使用。因而現代風力機械領域基本都采用水平軸升力型風機。(請參閱《風力發電技術》西北工業大學出版社、2009.9重印第四章第33、34頁)。由上可知水平軸風機(現代主流技術)對人類的風能利用作出了積極貢獻。但在多年的運用實踐中也顯露出了諸多缺陷和不足，以及尚需完善之處。例如：

(一)、動能利用率低、風能資源流失量大：

由于水平軸升力型風機設計思想中，葉輪處于開放的大氣自然流場，葉輪只能對軸向流經的空氣動能進行一次性捕獲，而不能對其進行多次捕獲，因而軸向流經葉輪的動能便會流失，從而出現無法充分高效利用風能資源導致風能使用成本高和資源流量大的技術經濟缺陷。

(二)葉輪體量過大，成本比重高，制造、運輸、安裝、維護、使用不經濟又不方便：

由于現代風機設計是僅靠葉輪在開放的大氣流場截獲轉換動能，葉輪面積決定了動能的捕獲量。因此，葉輪體量必然龐大，特別是近年來隨著風機功率的不斷增大，風機葉輪的直徑也越來越大。因此，對風機葉輪的制造工藝和材質以及安全性要求也越來越高，從而造成葉輪在風機整個系統成本的占比越來越大(占比已近25，見《風力發電技術》西北工業大學出版社2009.9重印第15章第300頁)。同時還因其葉輪體量太大造成葉輪的制造、運輸、安裝、維護諸多不便，費用增大，從而降低了整個系統的經濟性。

(三)、塔架體量太大，成本占比過高，制造、運輸、安裝、維護不便：

由于現行水平軸風機是僅靠塔架作為支撐，塔架必須承受各種載荷，特別是來自于水平方向的巨大力矩，塔架載荷很大。因此，對塔架的質量和安全性要求很高，其體量必然龐大，材質成本高。由于現行主流技術中，葉輪是垂直于塔架方向旋轉，葉輪直徑和塔架輪轂高度的比值在0.7～1.0之間(《風力發電技術》西北工業大學出版社2009.9重印第15章第304頁)，造成無法用全方位高位斜拉索方式來分擔其水平方向的應力，因而無法大幅度降低塔架的建造成本。特別是近年來隨著風機功率的不斷增大，塔架在整個系統成本中占比也越來越大(占比已近25％《風力發電技術》西北工業大學出版社2009.9重印第15章第300頁)，由此，不僅造成塔架建設成本過高，系統的經濟性差，還存在制造、運輸、安裝、維護過程難度大，費用大的問題。

(四)、對風向角要求高，偏航系統成本大，偏航啟動前15°以內的風向角變化對功率損失大：

由于現代水平軸風機的設計，對風向角要求很高，其風向角對裝置輸出功率影響很大，因而導致其偏航系統構造復雜、質量要求高，啟動頻繁、成本增大，再加之，再行風機15°以上的風向角變化才啟動偏航(《風工程與工業空氣動力學》國防工業出版社2006.1第二章第127頁)。由于其15°以內的風向角變化很頻繁，因而功率損失也大。

(五)、設計風速以外的風能流失損失量大，抗過載氣流方式的經濟和安全性差：

由于現行風機一般只是對風速4m/s～25m/s之間的動能進行捕獲轉換(《風力發電機組原理與應用》機械工業出版社2009.6第六章第125頁)，因而造成4m/s以下25m/s以上的動能無法充分利用而流失，另外，現行風機設計是靠加強葉片和塔架強度或變漿方式來對過載氣流抗阻或泄流，因而其抗過載氣流方式的經濟性和安全性差。

(六)、機艙的定位對系統的安全性和經濟性負面影響大：

由于現代水平軸風機設計，是將整個傳動、制動、偏航、控制、發電或制熱抽水系統集成于機艙，迎風放置于塔頂流場的中心位置。極大的影響了系統的氣動性能，不但直接造成動能損失，降低了系統效能，還增大了塔架的橫向載荷，既影響風機安全性能，又導致塔架設計、制造成本過高的負面效應。

發明內容：

本發明的目的是為了克服以上不足，提供一種動能利用率高，減少成本，制造、運輸、安裝、維護方便，安全的風洞式擴壓引射風機。

本發明的目的是這樣來實現的：