[發明專利]一種改進型水平軸風力機及其使用方法、設計方法

有效

• 申請號: 201711120180.7
• 申請日: 2017-11-13
• 公開（公告）號: CN107882678B
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發明（設計）人: 朱衛軍;曹九發;徐浩然;孫振業;楊華
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: F03D1/00
• 分類號: F03D1/00;F03D1/04;F03D7/02;G06F17/50
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 戴朝榮

一種改進型水平軸風力機及其使用方法、設計方法，主要包括提高風力機發電量裝置，以及采用浸入邊界方法和致動理論耦合的混合式設計方法。隨著風力機大型化發展，風輪的葉根附近功率損失越來越明顯，通過設計一個可前后移動和分離合并的導流圓盤裝置，改變風輪葉根附近流場，達到提高風力機發電功率的作用；面對該裝置的氣動外形和尺寸是其的關鍵設計問題，若采用工程方法，存在精度低缺點，若采用傳統計算流體力學方法，計算量大，因此，本發明還針對該裝置的設計，提出浸入邊界法混合致動理論的數值模擬方法，保證了數值模擬計算精度的同時，可以大大提高計算效率。

技術領域

本發明屬于風力機領域，具體涉及一種改進型水平軸風力機及其使用方法、設計方法。

背景技術

隨著水平軸風力機的大型化發展，葉根部分區域越來越大，葉根部分為了結構強度需求，葉片基本為近圓柱外形，導致風能利用率低，從而，整個風輪發電功率會減少。針對水平軸風力機提高發電量裝置研究，國內外學者對其進行了不少的研究工作，如葉片上的可變前緣裝置、可變后緣裝置、渦流發生器裝置、葉尖小翼裝置等。這些裝置都需要對葉片進行改造，減弱了葉片強度和提高了葉片成本。與其配套的設計方法，工程應用主要采用葉素動量理論方法，計算速度快但設計精度低的特點；同時由于傳統計算流體力學方法，計算量大和計算效率低的問題，只有進行驗證性和機理性研究，較難在工程設計應用，特別是涉及氣動外形優化設計。最主要的是，葉素動量理論工程方法無法實現本發明的設計，而傳統CFD方法又計算效率低。

發明內容

本發明的針對現有技術中的不足，提供一種改進型水平軸風力機及其使用方法、設計方法。該風力機具有可主動控制功能的導流圓盤裝置，并且由于該裝置和風力機結合一體，對于整體的耦合設計，傳統的工程設計方法不能實現其工程設計功能，從而，針對該裝置提供一種針對該裝置的高精度和高效率的數值模擬設計方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種改進型水平軸風力機，其特征在于，包括：塔架、機艙、葉片、輪轂、導流罩和導流圓盤，所述機艙安裝在塔架的頂端，所述輪轂安裝在機艙的前端，多個葉片均勻地圍繞著輪轂分布，所述導流罩安裝在輪轂的側面，所述導流圓盤可伸縮地安裝在輪轂的前端。

為優化上述技術方案，采取的具體措施還包括：

所述輪轂的前端安裝有圓盤固定底板，所述圓盤固定底板上依次安裝有液壓泵、伸縮油缸和伸縮活塞桿固定在伸縮活塞桿的前端，其中，所述伸縮活塞桿垂直于風輪平面，圓盤固定底板和導流圓盤與風輪平面相平行。

所述導流圓盤包括上半圓盤、下半圓盤、旋轉機構和支撐桿，所述支撐桿與伸縮活塞桿相垂直地固定在伸縮活塞桿的前端，所述上半圓盤和下半圓盤分別安裝在支撐桿的兩端，上半圓盤和支撐桿之間、下半圓盤和支撐桿之間均通過旋轉機構相連，所述旋轉機構用于驅動上半圓盤和下半圓盤的分離和合并；合并狀態時，上半圓盤和下半圓盤拼接成一個與風輪平面相平行的圓；分離狀態時，上半圓盤和下半圓盤互相平行，均與風輪平面相垂直。

所述導流圓盤和圓盤固定底板之間安裝有圓盤固定支架，所述圓盤固定支架包括連接桿和插槽，所述連接桿與支撐桿相平行，連接桿的兩端均安裝有插槽，所述插槽的開口朝向導流圓盤，使得導流圓盤在分離狀態時，上半圓盤和下半圓盤能分別向后插入連接桿兩端的插槽中。

此外，還提出了該改進型水平軸風力機的使用方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：當檢測到一定時間段平均風速小于額定風速時，導流圓盤處于合并狀態，液壓泵和伸縮油缸驅動伸縮活塞桿移動，使得導流圓盤與風輪平面處于該平均風速下的最優距離位置；

步驟二：當檢測到一定時間段平均風速大于或者等于額定風速時，導流圓盤處于分離狀態，旋轉機構開始工作，上半圓盤和下半圓盤旋轉分離至均與風輪平面相垂直；