一种错位负压抽吸式聚风装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于风力发电领域，并具体公开了一种错位负压抽吸式聚风装置，包括依次连接的进口段、喉口段和出口段，其中进口段为入口截面呈椭圆形或圆形并且沿气体流动方向逐渐光滑收缩的腔道结构；出口段为出口截面呈椭圆形或圆形并沿气体流动方向逐渐光滑扩大的腔道结构；喉口段的最窄截面为圆形并且其轴线分别与入口截面和出口截面的轴线相交。本发明专利技术采用进口段与出口段错位布置的方式使得两者的工作状态互不影响，从而产生较大的抽吸力使得喉口处的流体流速大幅提升；并通过确定各段的最佳尺寸范围从而保证该装置能够高效工作；此外，本发明专利技术不仅可用于低速风场，还可以用于常规高速风场，有利于风力发电机组向小型化发展。

【技术实现步骤摘要】
一种错位负压抽吸式聚风装置
本专利技术属于风力发电领域，更具体地，涉及一种错位负压抽吸式聚风装置。
技术介绍
风能的能量密度与风场风速的三次方成正比，因此在风力发电领域如果能够提高来流风的流速，就可以极大地提升来流风的能量密度，进而提高风力发电的发电效率。低速风由于能量密度低等缺点，在风力转化上难以被利用。但是在城市等用电核心区，低速风的存在时长在全年所占的比例相当高，因而造成了严重的资源浪费。现有技术中对低速风的利用已经提出了一些解决方案。例如，CN201510005142.1公开了一种风力发电装置及其制造方法，其中采用聚风罩提高低风速下的发电效率，CN201320643199.0公开了一种聚风型风力发电装置，其中通过设置喇叭筒形的聚风通道提高风速，扩大风速利用范围，但是上述方法的制造成本较高，并且抗风强度较低。利用文丘里效应制成的缩放管型聚风筒是目前的主要研究重点。例如，CN201410195950.4公开了一种基于文丘里效应的万向聚风落地式微风发电机，其中通过将风力引入截面积渐缩的文丘里管用以提高风速，但是因为文丘里管与扩压管的轴线在一个水平线，均存在于均匀的来流风运动轨迹上，而出风口周围的流速低于来流风速从而降低了出风口的抽吸效果，造成采用传统文丘里型聚风筒的聚风能力并没有得到较大提高。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种错位负压抽吸式聚风装置，其中对其关键组成部件进口段与出口段的具体结构及其设置方式进行改进研究，同时对其整体结构布局重新做出针对性设计，相应可以提高该装置的聚风效果，因而尤其适用于低速风场和常规高速风场的应用场合。为实现上述目的，本专利技术提出了一种错位负压抽吸式聚风装置，包括依次连接的进口段、喉口段和出口段，其特征在于：所述进口段为入口截面呈椭圆形或圆形并且沿气体流动方向逐渐光滑收缩的腔道结构，用于加速汇聚来流风；所述出口段为出口截面呈椭圆形或圆形并且沿气体流动方向逐渐光滑扩大的腔道结构，并且所述入口截面的轴线与所述出口截面的轴线平行，使得来自所述喉口段的风顺畅过流的同时对其形成抽吸作用，从而有效提高所述喉口段流体的流速；所述喉口段的最窄截面为圆形并且其轴线分别与所述入口截面的轴线和所述出口截面的轴线相交，使得所述进口段与所述出口段错位布置，进一步提高所述喉口段流体的流速。作为进一步优选地，上述三段结构之间采用圆弧连接，并且各结构的弧线相切约束，使其整体符合流动特征。作为进一步优选地，上述三段结构之间的圆弧半径为所述最窄截面直径的0.8倍～2倍。作为进一步优选地，所述入口截面面积为所述最窄截面面积的2倍～4倍。作为进一步优选地，所述出口截面面积为所述最窄截面面积的2倍～4倍。作为进一步优选地，所述入口截面与所述最窄截面的中心点间距为所述最窄截面直径的0.8倍～1.5倍。作为进一步优选地，所述最窄截面与所述出口截面的中心点间距为所述最窄截面直径的0.8倍～1.5倍。作为进一步优选地，所述入口截面的轴线与所述出口截面的轴线之间的距离为所述最窄截面直径的0.5倍～1.2倍。作为进一步优选地，所述最窄截面的轴线与所述入口截面的轴线之间的夹角优选为18°～25°。作为进一步优选地，所述最窄截面的轴线与所述出口截面的轴线之间的夹角优选为18°～25°。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：1.本专利技术采用进口段与出口段错位布置的方式使得两者的工作状态互不影响，出口壁面外侧的流速与内侧的流速梯度得到提高，从而产生较大的抽吸力使得喉口处的流体流速大幅提升；2.尤其是，本专利技术通过数值模拟仿真确定各段的最佳尺寸范围从而保证该装置能够高效工作，其中入口截面积与最窄截面积的比值和出口截面积与最窄截面积的比值越大，喉口处的风速越大；而入口截面的轴线与出口截面的轴线间距过小会使得出口段被阻挡过多，抽吸效果不佳，轴线间距过大则会增加沿程损失和冲击损失，降低风能密度；入口截面与最窄截面的中心点间距和出口截面与最窄截面的中心点间距较小时，导流效果不明显，过大时则会造成流动损失增大；当入口截面积和出口截面积为最窄截面积的4倍，入口截面和出口截面与最窄截面的中心点间距为最窄截面直径的1.5倍，入口截面的轴线与出口截面的轴线的间距为最窄截面直径的1.2倍时，该聚风装置能够使流动速度提高到原来的2.33倍以上，风能密度提高到原来的12.7倍以上，因而具有较强的聚风能力；3.此外，本专利技术不仅可用于低速风场，实现资源的充分利用，还可以用于常规风场，使得在风速条件一般的情况下也可满足风力发电机达到额定功率的需要；同时该错位负压抽吸式聚风装置通过提高来流风的风能密度，能够使风力发电机组在承担较高风力发电任务的同时向小型化发展。附图说明图1是本专利技术提供的错位负压抽吸式聚风装置的正等轴测图；图2是该错位负压抽吸式聚风装置左视图的剖视图；图3是该错位负压抽吸式聚风装置的主视图。在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1：进口段、2：喉口段、3：出口段。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。图1～图3是按照本专利技术所构建的错位负压抽吸式聚风装置，该装置包括依次连接的进口段1、喉口段2和出口段3，其中所述进口段1为入口截面呈椭圆形或圆形并且沿气体流动方向逐渐光滑收缩的腔道结构，用于加速汇聚来流风；更具体地，如图2的左视图所示，所述进口段1采用双圆弧设计，对来流风起到导流作用的同时可减小来流风的二次流影响；所述出口段3为出口截面呈椭圆形或圆形并且沿气体流动方向逐渐光滑扩大的腔道结构，并且所述入口截面的轴线与所述出口截面的轴线平行，使得来自所述喉口段2的风顺畅过流的同时对其形成抽吸作用，从而有效提高所述喉口段2流体的流速；更具体地，来自所述喉口段2的风经过所述出口段3的扩口结构时，由于截面积增大使得风速逐步下降，而靠近壁面位置的压强与靠近轴线位置的压强相比较低，因而吸引轴线附近的流体靠近使得来自该喉口段2的风顺畅过流；此外，在所述出口段3出口处的壁面外侧，有与来流速度相当的大量流体过流，该流体会在流体分子间力的作用下影响该出口段3出口处的流体，使其流速得到提升，并且该影响逐渐延伸至所述喉口段2，进而对该喉口段2的流体形成一定的抽吸作用；因所述出口段3与所述进口段1形成错位，使得该出口段3出口处的壁面外侧与壁面内侧的流体流速梯度更大，从而形成更大的抽吸力使得所述喉口段2的流体流速大幅提升。所述喉口段2为所述进口段1与所述出口段3之间的过渡段，所述喉口段2的最窄截面为圆形并且其轴线分别与所述入口截面的轴线和所述出口截面的轴线相交，使得所述进口段1与所述出口段3错位布置，进一步提高所述喉口段2流体的流速。进一步，上述三段结构之间采用圆弧连接，并且各结构的弧线相切约束，使其整体符合流动特征。进一步，上述三段结构之间连接的圆弧半径为所述喉口段2的最窄截面直径的0.8倍～2倍。进一步，所述进口段1的入口截面面积为所述喉口段2的最本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种错位负压抽吸式聚风装置，包括依次连接的进口段(1)、喉口段(2)和出口段(3)，其特征在于：所述进口段(1)为入口截面呈椭圆形或圆形并且沿气体流动方向逐渐光滑收缩的腔道结构，用于加速汇聚来流风；所述出口段(3)为出口截面呈椭圆形或圆形并且沿气体流动方向逐渐光滑扩大的腔道结构，并且所述入口截面的轴线与所述出口截面的轴线平行，使得来自所述喉口段(2)的风顺畅过流的同时对其形成抽吸作用，从而有效提高所述喉口段(2)流体的流速；所述喉口段(2)的最窄截面为圆形并且其轴线分别与所述入口截面的轴线和所述出口截面的轴线相交，使得所述进口段(1)与所述出口段(3)错位布置，进一步提高所述喉口段(2)流体的流速。

【技术特征摘要】
1.一种错位负压抽吸式聚风装置，包括依次连接的进口段(1)、喉口段(2)和出口段(3)，其特征在于：所述进口段(1)为入口截面呈椭圆形或圆形并且沿气体流动方向逐渐光滑收缩的腔道结构，用于加速汇聚来流风；所述出口段(3)为出口截面呈椭圆形或圆形并且沿气体流动方向逐渐光滑扩大的腔道结构，并且所述入口截面的轴线与所述出口截面的轴线平行，使得来自所述喉口段(2)的风顺畅过流的同时对其形成抽吸作用，从而有效提高所述喉口段(2)流体的流速；所述喉口段(2)的最窄截面为圆形并且其轴线分别与所述入口截面的轴线和所述出口截面的轴线相交，使得所述进口段(1)与所述出口段(3)错位布置，进一步提高所述喉口段(2)流体的流速。2.如权利要求1所述的错位负压抽吸式聚风装置，其特征在于，上述三段结构之间采用圆弧连接，并且各结构的弧线相切约束，使其整体符合流动特征。3.如权利要求1或2所述的错位负压抽吸式聚风装置，其特征在于，上述三段结构之间的圆弧半径为所述最窄截面直径的0.8倍～2倍。4.如权利要求1～3任意一项所述的错位负压抽吸式聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶建军，黄晓宏，程阳林，吴杰俊，康勇，周铭，张缘，汪依文，赵振华，
申请(专利权)人：华中科技大学，武汉新能源研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42