一种改进型水平轴风力机及其使用方法、设计方法.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CN107882678A(43)申请公布日2018.04.06(21)申请号201711120180.7(22)申请日2017.11.13(71)申请人扬州大学地址225100江苏省扬州市邗江区大学南路88号(72)发明人朱卫军曹九发徐浩然孙振业杨华(74)专利代理机构南京钟山专利代理有限公司32252代理人戴朝荣(51)Int.Cl.F03D1/00(2006.01)F03D1/04(2006.01)F03D7/02(2006.01)G06F17/50(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图11页(54)发明名称一种改进型水平轴风力机及其使用方法、设计方法(57)摘要一种改进型水平轴风力机及其使用方法、设计方法，主要包括提高风力机发电量装置，以及采用浸入边界方法和致动理论耦合的混合式设计方法。随着风力机大型化发展，风轮的叶根附近功率损失越来越明显，通过设计一个可前后移动和分离合并的导流圆盘装置，改变风轮叶根附近流场，达到提高风力机发电功率的作用；面对该装置的气动外形和尺寸是其的关键设计问题，若采用工程方法，存在精度低缺点，若采用传统计算流体力学方法，计算量大，因此，本发明还针对该装置的设计，提出浸入边界法混合致动理论的数值模拟方法，保证了数值模拟计算精度的同时，可以大大提高计算效率。CN107882678ACN107882678A权利要求书1/2页1.一种改进型水平轴风力机，其特征在于，包括：塔架(1)、机舱(2)、叶片(3)、轮毂(4)、导流罩(5)和导流圆盘(6)，所述机舱(2)安装在塔架(1)的顶端，所述轮毂(4)安装在机舱(2)的前端，多个叶片(3)均匀地围绕着轮毂(4)分布，所述导流罩(5)安装在轮毂(4)的侧面，所述导流圆盘(6)可伸缩地安装在轮毂(4)的前端。2.如权利要求1所述的一种改进型水平轴风力机，其特征在于：所述轮毂(4)的前端安装有圆盘固定底板(7)，所述圆盘固定底板(7)上依次安装有液压泵(8)、伸缩油缸(9)和伸缩活塞杆(10)，导流圆盘(6)固定在伸缩活塞杆(10)的前端，其中，所述伸缩活塞杆(10)垂直于风轮平面，圆盘固定底板(7)和导流圆盘(6)与风轮平面相平行。3.如权利要求2所述的一种改进型水平轴风力机，其特征在于：所述导流圆盘(6)包括上半圆盘(11)、下半圆盘(12)、旋转机构(13)和支撑杆(14)，所述支撑杆(14)与伸缩活塞杆(10)相垂直地固定在伸缩活塞杆(10)的前端，所述上半圆盘(11)和下半圆盘(12)分别安装在支撑杆(14)的两端，上半圆盘(11)和支撑杆(14)之间、下半圆盘(12)和支撑杆(14)之间均通过旋转机构(13)相连，所述旋转机构(13)用于驱动上半圆盘(11)和下半圆盘(12)的分离和合并；合并状态时，上半圆盘(11)和下半圆盘(12)拼接成一个与风轮平面相平行的圆；分离状态时，上半圆盘(11)和下半圆盘(12)互相平行，均与风轮平面相垂直。4.如权利要求3所述的一种改进型水平轴风力机，其特征在于：所述导流圆盘(6)和圆盘固定底板(7)之间安装有圆盘固定支架(15)，所述圆盘固定支架(15)包括连接杆(16)和插槽(17)，所述连接杆(16)与支撑杆(14)相平行，连接杆(16)的两端均安装有插槽(17)，所述插槽(17)的开口朝向导流圆盘(6)，使得导流圆盘(6)在分离状态时，上半圆盘(11)和下半圆盘(12)能分别向后插入连接杆(16)两端的插槽(17)中。5.一种如权利要求4所述的改进型水平轴风力机的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：当检测到一定时间段平均风速小于额定风速时，导流圆盘(6)处于合并状态，液压泵(8)和伸缩油缸(9)驱动伸缩活塞杆(10)移动，使得导流圆盘(6)与风轮平面处于该平均风速下的最优距离位置；步骤二：当检测到一定时间段平均风速大于或者等于额定风速时，导流圆盘(6)处于分离状态，旋转机构(13)开始工作，上半圆盘(11)和下半圆盘(12)旋转分离至均与风轮平面相垂直；步骤三：液压泵(8)和伸缩油缸(9)工作，使伸缩活塞杆(10)向风轮平面靠近，直到上半圆盘(11)和下半圆盘(12)分别插入连接杆(16)两端的插槽(17)中，实现圆盘的收紧固定状态；步骤四：当检测到平均风速又小于额定风速时，反向进行以上操作。6.一种如权利要求4所述的改进型水平轴风力机的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：进行流场网格的划分，对导流圆盘位置和风轮位置区域进行网格加密；步骤二：结合遗传优化算法，计算导流圆盘的半径、导流圆盘与风轮之间的距离；步骤三：通过浸入边界和致动理论的体积力耦合求解，计算风力机导流圆盘的气动力；步骤四：基于导流圆盘的气动力，计算所