[实用新型]风洞式扩压引射风机

说明书

技术领域：

本实用新型属于风力机械领域。是采用一种通过扩压引射方法，实现提高气流速度并在同一流体通道内，同一轴向多级叶轮梯级捕获动能，提高能效比，减少轴向动能流失损失的效果的风洞式扩压引射风机。

背景技术：

人类利用风能的历史已有数千年。在风能利用领域已从早期的农业加工、抽水灌溉发展到今天的热能转换、发电等方面。由于古代东方的垂直轴阻力型风机功率系数太低，在当今已几乎无应用价值。而近代欧洲的垂直轴升力型风机因其振动大、地面负面影响大等缺点突出而不宜使用。因而现代风力机械领域基本都采用水平轴升力型风机。(请参阅《风力发电技术》西北工业大学出版社、2009.9重印第四章第33、34页)。由上可知水平轴风机(现代主流技术)对人类的风能利用作出了积极贡献。但在多年的运用实践中也显露出了诸多缺陷和不足，以及尚需完善之处。例如：

(一)、动能利用率低、风能资源流失量大：

由于水平轴升力型风机设计思想中，叶轮处于开放的大气自然流场，叶轮只能对轴向流经的空气动能进行一次性捕获，而不能对其进行多次捕获，因而轴向流经叶轮的动能便会流失，从而出现无法充分高效利用风能资源导致风能使用成本高和资源流量大的技术经济缺陷。

(二)叶轮体量过大，成本比重高，制造、运输、安装、维护、使用不经济又不方便：

由于现代风机设计是仅靠叶轮在开放的大气流场截获转换动能，叶轮面积决定了动能的捕获量。因此，叶轮体量必然庞大，特别是近年来随着风机功率的不断增大，风机叶轮的直径也越来越大。因此，对风机叶轮的制造工艺和材质以及安全性要求也越来越高，从而造成叶轮在风机整个系统成本的占比越来越大(占比已近25，见《风力发电技术》西北工业大学出版社2009.9重印第15章第300页)。同时还因其叶轮体量太大造成叶轮的制造、运输、安装、维护诸多不便，费用增大，从而降低了整个系统的经济性。

(三)、塔架体量太大，成本占比过高，制造、运输、安装、维护不便：

由于现行水平轴风机是仅靠塔架作为支撑，塔架必须承受各种载荷，特别是来自于水平方向的巨大力矩，塔架载荷很大。因此，对塔架的质量和安全性要求很高，其体量必然庞大，材质成本高。由于现行主流技术中，叶轮是垂直于塔架方向旋转，叶轮直径和塔架轮毂高度的比值在0.7～1.0之间(《风力发电技术》西北工业大学出版社2009.9重印第15章第304页)，造成无法用全方位高位斜拉索方式来分担其水平方向的应力，因而无法大幅度降低塔架的建造成本。特别是近年来随着风机功率的不断增大，塔架在整个系统成本中占比也越来越大(占比已近25％《风力发电技术》西北工业大学出版社2009.9重印第15章第300页)，由此，不仅造成塔架建设成本过高，系统的经济性差，还存在制造、运输、安装、维护过程难度大，费用大的问题。

(四)、对风向角要求高，偏航系统成本大，偏航启动前15°以内的风向角变化对功率损失大：

由于现代水平轴风机的设计，对风向角要求很高，其风向角对装置输出功率影响很大，因而导致其偏航系统构造复杂、质量要求高，启动频繁、成本增大，再加之，再行风机15°以上的风向角变化才启动偏航(《风工程与工业空气动力学》国防工业出版社2006.1第二章第127页)。由于其15°以内的风向角变化很频繁，因而功率损失也大。

(五)、设计风速以外的风能流失损失量大，抗过载气流方式的经济和安全性差：

由于现行风机一般只是对风速4m/s～25m/s之间的动能进行捕获转换(《风力发电机组原理与应用》机械工业出版社2009.6第六章第125页)，因而造成4m/s以下25m/s以上的动能无法充分利用而流失，另外，现行风机设计是靠加强叶片和塔架强度或变浆方式来对过载气流抗阻或泄流，因而其抗过载气流方式的经济性和安全性差。

(六)、机舱的定位对系统的安全性和经济性负面影响大：

由于现代水平轴风机设计，是将整个传动、制动、偏航、控制、发电或制热抽水系统集成于机舱，迎风放置于塔顶流场的中心位置。极大的影响了系统的气动性能，不但直接造成动能损失，降低了系统效能，还增大了塔架的横向载荷，既影响风机安全性能，又导致塔架设计、制造成本过高的负面效应。

实用新型内容：

本实用新型的目的是为了克服以上不足，提供一种动能利用率高，减少成本，制造、运输、安装、维护方便，安全的风洞式扩压引射风机。

本实用新型的目的是这样来实现的：