一种水平轴尾流扩散式风力机技术.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110878736A(43)申请公布日2020.03.13(21)申请号201911314652.1(22)申请日2019.12.19(71)申请人郭鹏地址100035北京市西城区新街口前帽胡同13号(72)发明人郭鹏(51)Int.Cl.F03D1/06(2006.01)权利要求书1页说明书8页附图11页(54)发明名称一种水平轴尾流扩散式风力机技术(57)摘要本发明提供了“一种水平轴尾流扩散式风力机技术”的相关原理以及技术解决方案；贝茨定律（Betz'Law）是风力发电领域的基础理论，但在公知文献中，只有贝兹理论的推导过程，没有任何实验验证过贝兹理论假定的“理想风轮”在现实环境中的具体数据；贝兹理论极限值为59.3%，但是通过具体实验发现，现实环境中实际测量的数据结果与贝兹理论不符；如附图所示，理想风轮在贝茨定律中假定的流场与现实环境中气流流场的表现截然不同；为了降低风力机的启动风速，为了提高风力机的风能利用率，基于牛顿第二定律完成了本发明；通过具体实验发现，本发明极大的降低了风力机的启动风速，提高了风力机的风能利用率。CN110878736ACN110878736A权利要求书1/1页1.一种水平轴尾流扩散式风力机技术，其特征在于：一种水平轴阻力式风力机结构，其利用叶轮阻碍自然环境中气流（风力）的正常移动轨迹，使气流本身携带的动能转移到叶轮表面；当气流撞击叶轮正面后，根据牛顿第二定律，气流受叶轮影响失去动能，叶轮受气流影响得到动能；在开放的自然环境中，当叶轮局部阻碍气流正常前进路径后，叶轮前方（迎风面）气压会上升，叶轮后方（背风面）气压会下降，这会导致叶轮前方与叶轮后方产生气压压差；在气压压差作用下，叶轮前方的空气会绕过叶轮或叶片结构，并将自身动能转移到叶轮以及叶片结构上，从而产生二类气流；叶轮范围外的气流（一类气流）并未直接受到叶轮影响，正常前行，当这些未受叶轮影响的一类气流接触二类气流时，二类气流会受上述一类气流裹挟并继续前进，形成三类气流；为了在叶轮后方形成稳定的负压气流流场，叶轮与风向相垂直；未受叶轮影响的叶轮范围外的一类气流与二类气流相接触后产生混流，这些混流裹挟并带走二类气流，叶轮结构以扩大尾流流场范围、增加尾流流速为主要目的；所述风力机包括：叶轮（100）、中轴（101）、驱动装置（102）、锁定结构（103）、固定架（104）、叶片（200）、喷气口（201）螺旋形渐开线导流槽（205）。2.根据权利要求1所述一种水平轴尾流扩散式风力机，其特征在于，所述叶片（200）结构排列方式为，以密集并行排列方式进行排列，叶片之间的隙特征为：靠近叶轮前方的间隙较宽阔，靠近叶轮后方的间隙较为狭窄，气流流经叶片间隙后基于狭管效应导致叶片间隙间的气流加速；基于伯努力原理，加速后的气流气压较低流速较高，能够迅速从叶轮后方和叶轮外延离开叶轮范围离开，并形成负压区域。3.根据权利要求1所述一种水平轴尾流扩散式风力机，其特征在于，所述叶轮（100）为一个无间隙整体盘式结构，在叶轮表面设有螺旋形渐开线导流槽（205），在叶轮外延设喷气口（201），气流流经螺旋形渐开线导流槽，基于弯道环流原理，气流流动产生的惯性力推动叶轮旋转，在叶轮外延，气流从喷气口（201）喷出，致使叶轮获得一个反作用力。4.根据权利要求1所述一种水平轴尾流扩散式风力机，其特征在于，所述喷气口（201）喷出气流的方向与叶轮旋转方向相反，喷气口角度可调；风力机根据具体风况调整喷气口（201）角度，从而获得理想的尾流流场；喷气口（201）能够在本发明所述叶轮外延形成气幕，扩展叶轮尾流范围，增大二类气流影响区域。2CN110878736A说明书1/8页一种水平轴尾流扩散式风力机技术技术领域[0001]本发明属于风能利用领域，具体的说是一种利用特殊设计的阻力式风力机叶轮结构生成扩散式尾流流场，利用叶轮前方与叶轮后方的气压压差加速气流流动，进而驱动叶轮旋转后带动设备做功的技术。风力机是指包含风力发电、风力提水、风力研磨、风力驱动水体增氧、风力驱动压缩机等诸多直接或间接利用风能的相关技术。背景技术[0002]风力发电技术是一种绿色环保可再生的新能源技术。在当今世界上，只要提到风力发电，几乎所有人的脑中都会浮现出由3个细长叶片组成的风力发电机结构。这种由3个细长叶片组成的风力发电机被称之为水平轴升力式风力发电机，他的设计理论基础源自贝兹理论（Betz'Law）。[0003]贝兹理论是由若干条贝兹假设推导而来，但在研究中发现，贝兹假设中的多项假设并不符合现实环境中的客观自然规律，甚至与事实相悖。在贝兹理论中，叶轮范围内被视为一个拥有边界的流管，而现实中的风力机叶轮处于一个开放式的环境。贝兹理论仅注意到叶轮