扩散器，扩散器的用途以及包括扩散器的风轮机制造技术

本发明专利技术提供一种用于风轮机(2)的扩散器(1)。所述扩散器(1)包括内扩散器元件(8)，所述内扩散器元件(8)包括数个叶片(4，5，6)，其中至少第一叶片(4)和第二叶片(5)被设置为彼此连续。至少所述第一叶片(4)和所述第二叶片(5)彼此成角度关系以形成弯曲横截面的扩散器轮廓(7)，并且自由空间(10)被设置在相邻的所述第一叶片(4)和所述第二叶片(5)之间以使空气能够在所述第一叶片(4)和所述第二叶片(5)之间流动。扩散器(1)进一步包括至少一个进一步的扩散器元件(9)，其中所述至少一个进一步的扩散器元件(9)的至少第一进一步的扩散器元件(9)被设置在径向方向上所述内扩散器元件(8)的外侧(13)离所述内扩散器元件(8)进一步元件距离(ED)处，以便所述进一步的扩散器元件(9)大体上环绕所述内扩散器元件(8)，并且以便开放的流动通道(24)在所述内扩散器元件(8)和所述至少一个进一步的扩散器元件(9)之间自始至终被建立，其中所述流动通道(24)使空气能够自始至终流通过所述开放的流动通道(24)并且流出而成为所述扩散器(1)后的尾迹(25)。扩散器(1)和包括扩散器(1)的风轮机(2)的用途也被公开。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于风轮机的扩散器，其中该扩散器包括数个叶片。本专利技术进一步涉及扩散器的用途和包括扩散器的风轮机。
技术介绍
本领域皆知，提供带有围绕转子的某种形式的风道以形成所谓的扩散器增强风轮机(DAWT)或围壳转子。这样的扩散器通常将在转子平面后方产生低压区域，这将增加通过该转子平面的风俗。涵道转子的主要优势是它可以在宽范围的风中操作，并产生每单位转子表面更高的能量。另一个优势是发电机在高转速下操作，这样不必要求大体积的变速箱，允许机械部分更小和更轻。劣势为其比非涵道转子更复杂，并且管道通常非常重，这在塔上增加负重。这些劣势结合包括传统扩散器的风轮机的输出常常最多仅仅能与具有同扩散器一样的转子尺寸的风轮机的输出相提并论的实事使得扩散器风轮机从未成为真正的商业成功。因此，从EP0935068A2已知，将扩散器形成为数个连续的、同轴的叶片以增加与总面积相关的效率。但这种带有多叶片扩散器的风轮机总体上仍然不是特别高效率。从WO01/06122A1已知，形成一种带有类似翼面的横截面形状的扩散器，该扩散器在前缘处和沿着扩散器的外侧设有空气入口，且数个出口沿翼面的内侧分布，以减少沿扩散器内侧的流动分离的风险。然而，流动分离的风险仍然过高，以致无法使扩散器设计在与风轮机产生高输出方面有效率。因此，本专利技术的目的是提供一种用于增加风轮机输出的有益技术。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于风轮机的扩散器。扩散器包括具有数个叶片的内扩散器元件，其中至少第一叶片和第二叶片被设置为彼此连续。至少该第一叶片和该第二叶片彼此成角度关系以形成弯曲横截面的扩散器轮廓，并且自由空间被设置在相邻的该第一叶片和该第二叶片之间以使空气能够在该第一叶片和该第二叶片之间流动。该扩散器进一步包括至少一个进一步的扩散器元件，其中该至少一个进一步的扩散器元件的至少第一进一步的扩散器元件被设置在径向方向上该内扩散器元件的外侧离该内扩散器元件进一步元件距离处，以便该进一步的扩散器元件大体上环绕该内扩散器元件，并且以便开放的流动通道在所述内扩散器元件和所述至少一个进一步的扩散器元件之间自始至终被建立，其中所述流动通道使空气能够自始至终流通过该开放的流动通道并且流出而成为所述扩散器后的尾迹。根据本专利技术的扩散器为所谓的DAWT(扩散器增强风轮机)。DAWT扩散器是带有吸力(内)侧和压力(外)侧的圆环形状的翼。位于该圆环形状的翼的中间为风轮机转子。从物理上来说，在空气动力学方面，该披露的根据本专利技术的DAWT扩散器利用以下技术以获得独特的比扩散器内的转子高的吸力区。1、径向层序列：扩散器元件的径向导向的序列制造了多级加速，其中每个通道流的轴速率逐渐增加。当在转子平面的位置处看这些通道内的流时(其中流增强是最高的)，该增强从外侧向内逐渐增加，以使最外的扩散器元件的压力侧上的流最慢，最外的通道内的流更快，(如果存在的话)下一个通道内的流甚至更快，以此类推，以便最快的流(带有最高的能量带出势)在最内的扩散器元件内。连续的流加速的层级效应由通道流及其向外偏转产生，该向外偏转由扩散器元件的向外弯曲的层引起。2、襟翼效应：至少内扩散器元件包括数个随后的环形叶片，其最大化扩散器元件向外弯曲的程度而没有导致流动分离。这通过利用由例如带有多个襟翼的商用飞机中获知的连续叶片之间的襟翼效应被方便地解决。本专利技术可被概念地看作与带有两个或更多层机翼的多翼机的DAWT扩散器类比。定位外层以便整个扩散器半径不大于第一内层的半径的能力使获得比现有技术用于风轮机的扩散器高大约百分之50的功率效率成为可能。即，如果单一扩散器弯曲得太多，边界层分离以及随之的失速流和湍流的风险会增加。即，给定尺寸(在给定空气速度下)的单一扩散器可从转子引走多少空气以在转子后方形成部分真空有物理限制。然而，通过形成数个设置成连续的叶片的扩散器，将流转向更加向外(远离转子)而不产生流动分离和失速并且大体不增加扩散器的整体尺寸是可能的。通过形成每个叶片之间的自由空间，产生从第一叶片的压力侧(如流体方向所见)到随后的叶片的吸力侧的流以及由此持续地“更新”边界层是可能的。由于边界层被持续地更新，将空气流转向更向外而不产生失速且不增加扩散器的整体阻滞也是可能的。并且通过提供离内扩散器元件的外侧一段距离并且大体上环绕该内扩散器元件的至少一个进一步的扩散器元件，可以实现层叠效应，其中内扩散器元件的外侧上的空气流被加速以使通过内扩散器元件的叶片之间的自由空间的空气流的速度由此增加是可能的，以便穿过内扩散器元件的内侧的空气速度可进一步向外增加而不冒失速的风险。因此，通过以至少一个进一步的扩散器元件环绕内扩散器元件，扩散器的整体效率比(即单位面积功率输出)可被增加。并且通过在内扩散器元件和至少一个进一步的扩散器元件之间自始至终形成开放的流动通道，上述的连续流加速的层叠效应能够实现。例如，在WO01/06122Al公开的扩散器中，翼面的压力侧和吸力侧之间没有形成开放的流动通道，并且所有进入翼面的空气将需通过沿着扩散器内侧的出气口离开翼面。但鉴于翼面的内侧是一个封闭的空间的实事，进入的空气的流在通过出气口离开前大体上停止，其中通过出气口离开的空气流速度实际上相对于流入速度减少。本专利技术中径向相邻的放大器元件之间开放的通道流空气速度的层叠流增强的实现比现有技术大大地增加了。本专利技术的一方面，该进一步元件距离大体上在如正常使用期间所见的风向上增加。减少内扩散器元件和进一步的扩散器元件在风向上的距离是有优势的，因为空气会通过该内扩散器元件的叶片之间的间隙逐渐地离开内扩散器元件和进一步的扩散器元件之间的区域。为在内扩散器元件和进一步的扩散器元件之间的风向上不产生部分的真空或甚至增加压强，进一步元件距离在风向上大体减少是有优势的。本专利技术的一方面，该进一步元件距离最多减少至最大进一步元件距离的30％，优选地50％并且最优选地80％。如果进一步元件距离减少得太多，流动通道内的粘滞壁效应会增加，并且通过该流动通道的空气流速会减少-由此降低扩散器的效果。然而，如果进一步元件距离减少得太少，流动通道内的压强可能增加并且由此减少通过内扩散器元件的叶片之间的自由空间供给的空气速度-由此降低扩散器的效果。因此，本通道宽度距离范围相关于转子功率效率呈现有优势的关系。本专利技术的一个方面，该进一步元件距离的最小尺寸是该扩散器的内径的3％到90％之间，优选地4％到60％之间，并且最优选地5％到30％之间。如果进一步的元件距离的最小尺寸相对于扩散器的内径太小，该扩散器的效果相对于扩散器的重量和复杂性减少。然而，进一步元件距离的最小尺寸相对于扩散器的内径太大，上述层叠效应减少。因此，本距离范围关于效率和重量呈现有优势的关系。本专利技术的一个方面，该进一步元件距离平均是该内扩散器元件的叶片的平均弦长的0.1倍到20倍之间，优选地0.2倍到10倍之间，并且最优选地0.5倍到5倍之间。如果内扩散器元件与进一步的扩散器元件分开间距太大，进一步的扩散器元件的效果会减少，并且如果内扩散器元件与进一步的扩散器元件被设置在一起太近，将不可能产生充足的空气流。因此，本距离范围关于效率呈现有优势的关系。本专利技术的一个方面，至少一个进一步的扩散器元件中的至少一个也包括数个叶片，其中至少第一叶片和第二叶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于风轮机(2)的扩散器(1)，所述扩散器(1)包括内扩散器元件(8)，所述内扩散器元件(8)包括数个叶片(4，5，6)，其中至少第一叶片(4)和第二叶片(5)被设置为彼此连续，其中至少所述第一叶片(4)和所述第二叶片(5)彼此成角度关系以形成弯曲横截面的扩散器轮廓(7)，并且其中自由空间(10)被设置在相邻的所述第一叶片(4)和所述第二叶片(5)之间以使空气能够在所述第一叶片(4)和所述第二叶片(5)之间流动，和至少一个进一步的扩散器元件(9)，其中所述至少一个进一步的扩散器元件(9)的至少第一进一步的扩散器元件(9)被设置在径向方向上所述内扩散器元件(8)的外侧(13)离所述内扩散器元件(8)进一步元件距离(ED)处，以便所述进一步的扩散器元件(9)大体上环绕所述内扩散器元件(8)，并且以便开放的流动通道(24)在所述内扩散器元件(8)和所述至少一个进一步的扩散器元件(9)之间自始至终被建立，其中所述流动通道(24)使空气能够自始至终流通过所述开放的流动通道(24)并且流出而成为所述扩散器(1)后的尾迹(25)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.31 EP 14162684.61.一种用于风轮机(2)的扩散器(1)，所述扩散器(1)包括内扩散器元件(8)，所述内扩散器元件(8)包括数个叶片(4，5，6)，其中至少第一叶片(4)和第二叶片(5)被设置为彼此连续，其中至少所述第一叶片(4)和所述第二叶片(5)彼此成角度关系以形成弯曲横截面的扩散器轮廓(7)，并且其中自由空间(10)被设置在相邻的所述第一叶片(4)和所述第二叶片(5)之间以使空气能够在所述第一叶片(4)和所述第二叶片(5)之间流动，和至少一个进一步的扩散器元件(9)，其中所述至少一个进一步的扩散器元件(9)的至少第一进一步的扩散器元件(9)被设置在径向方向上所述内扩散器元件(8)的外侧(13)离所述内扩散器元件(8)进一步元件距离(ED)处，以便所述进一步的扩散器元件(9)大体上环绕所述内扩散器元件(8)，并且以便开放的流动通道(24)在所述内扩散器元件(8)和所述至少一个进一步的扩散器元件(9)之间自始至终被建立，其中所述流动通道(24)使空气能够自始至终流通过所述开放的流动通道(24)并且流出而成为所述扩散器(1)后的尾迹(25)。2.根据权利要求1所述的扩散器(1)，其中所述进一步元件距离(ED)在如正常使用中所见的风向上大体地减少。3.根据权利要求2所述的扩散器(1)，其中所述进一步元件距离(ED)最多减少至最大进一步元件距离(ED)的30％，优选地50％，并且最优选地80％。4.根据前述任一权利要求所述的扩散器(1)，其中所述进一步元件距离(ED)的最小尺寸是所述扩散器(1)的内径(IR)的3％到90％之间，优选地4％到60％之间，并且最优选地5％到30％之间。5.根据前述任一权利要求所述的扩散器(1)，其中所述进一步元件距离(ED)平均是所述内扩散器元件(8)的所述叶片(4，5，6)的平均弦长(CL)的0.1倍到20倍之间，优选地0.2倍到10倍之间，并且最优选地0.5倍到5倍之间。6.根据前述任一权利要求所述的扩散器(1)，其中所述至少一个进一步的扩散器元件(9)中的至少一个也包括数个叶片(4，5，6)，其中至少第一叶片(4)和第二叶片(5)被设置为彼此连续，其中至少所述第一叶片(4)和所述第二叶片(5)彼此成角度关系以形成弯曲横截面的扩散器轮廓(7)，并且其中自由空间(10)被设置在相邻的所述第一叶片(4)和所述第二叶片(5)之间以使空气能够在所述第一叶片(4)和所述第二叶片(5)之间流动。7.根据前述任一权利要求所述的扩散器(1)，其中所述流动通道(24)被设置以便在所述流动通道(24)的前端(26)处进入所述流动通道(24)的空气的主要部分在所述流动通道(24)的后端(27)处离开所述流动通道(24)，直接出去而成为所述扩散器(1)后的尾迹(25)。8.根据前述任一权利要求所述的扩散器(1)，其中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：索伦·约尔特，海尔吉·拉森，
申请(专利权)人：沃卢万特斯公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK