[发明专利]一种新型流体加速装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型流体加速装置，属于风力发电和水流发电技术领域。 

背景技术

能源问题与人类的生存息息相关。由于地球储存的化石燃料日渐衰竭，以及大量化石燃料燃烧导致的环境问题，人们开始探索可再生清洁能源的利用，例如水能、太阳能、风能等。利用风力机或水轮机进行发电是可再生能源利用的常见方式。根据流体力学知识，风力机或水轮机的发电功率与扫掠面积成正比，与流速的三次方成正比。增加风轮或叶轮的直径有利于提高发电功率，但考虑到制造难度、零部件强度要求等原因，直径不能过大。如果利用特殊装置提高流体的速度，则能使发电功率大大增加。目前已有专利采用“聚集”风能或水能的方法，通过增加流体速度提高发电功率。中国专利CN2215606Y（公开日期1995年12月20日）提出了一种“浓缩流体型发电装置”，利用先收缩后扩张的夹层结构聚集流体的动能，并在扩张段开孔提高聚能效果。中国专利CN101363414A（公开日期2009年2月11日）采用隔板构成渐缩喷嘴使流体增速。中国专利CN201263456U（公开日期2011年9月7日）提出收缩扩张流道，风力机风轮或水轮机叶轮安装于速度最大的喉部。 

现有的专利虽然能够提高流体速度，但大多装置复杂，体积甚至大于风轮或叶轮，增加了制造难度，不便于工程应用。此外，这些流体增速装置也增加了风力机或水轮机在流动方向上的载荷，使支撑结构的倾翻力矩和零部件的应力增加，所以支撑结构和零部件的厚度必须增加以满足强度要求。这不仅不利于风力机或水轮机整体的轻量化，而且增加了制造成本。 

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种新型流体加速装置，该流体加速装置不仅能够实现良好的增速效果，提高同等流速下风力机或水轮机的发电功率，并且能够降低整个装置在流速方向上的载荷。 

按照本发明提供的技术方案，一种新型流体加速装置包括一个截面积逐渐扩大的筒体、筒体出口的挡板及筒体入口处渐缩的曲面，所述筒体出口处的挡板连接在筒体的出口处，风轮或叶轮放置在筒体入口附近，流速方向为从左向右，特征是：所述筒体出口的挡板与筒体轴线的夹角Ф为5°~89°。 

作为本发明的进一步改进，所述优选方案为，所述筒体出口的挡板与筒体轴线的夹角Φ为50°或30°。 

作为本发明的进一步改进，所述筒体壁面制成直线型或制成曲线形，以增强抽吸效果。 

作为本发明的进一步改进，所述筒体为渐扩式，截面较小的左侧为流体入口，截面较大的右侧为流体出口。 

本发明与已有技术相比具有以下优点： 

1、提高空气或水流速度，从而增加同等流速下风力机或水轮机的发电量；

2、风力机或者水轮机能够自动对准来流方向；

3、在一定范围内，挡板与筒体轴线的夹角越小，该装置在流向上的载荷越低，同时增速效果不会下降；

4、如上所述的原因，挡板与筒体连接处的局部应力可降低，使该装置厚度下降，实现风力机或者水轮机整体的轻量化；

5、载荷下降，风力机或水轮机各零部件受到的载荷也会下降，有利于增加风力机或水轮机整体的寿命。

附图说明

图1是本发明设计结构示意图。 

图2挡板与筒体轴线夹角Φ为50°的压力等值线。 

图 3 挡板与筒体轴线夹角Φ为50°的速度等值线。 

图 4 挡板与筒体轴线夹角为30°的压力等值线。 

图 5 挡板与筒体轴线夹角为30°的速度等值线。 

具体实施方式

下面本发明将结合附图中的实施例作进一步描述： 

如图1所示，一种新型流体加速装置包括一个截面积逐渐扩大的筒体1，连接在筒体出口处的挡板2，以及筒体入口处的曲面3，安装风力机风轮或水轮机叶轮的位置4，5~9点是各示意点。

本发明风轮或叶轮放置在筒体1入口附近，流速方向为从左向右。本发明的特点在于挡板与流速方向的夹角Ф为5°~89°。 

所述筒体1壁面制成直线型或制成曲线形，以增强抽吸效果。 

所述截面积逐渐扩大的筒体1，截面较小的左侧为流体入口，截面较大的右侧为流体出口。 

当流体流过该装置时，由于挡板的阻挡，气流在挡板右侧9点处形成低压区，7、8、9点处压力较低。由于筒体沿着流速方向流通面积增加，筒体内部静压逐渐升高，6点处（即筒体入口）压力进一步降低，与筒体上游5点形成明显的压差。在压差的作用下，流体被吸入筒体内，使筒体内的流速增加。