[实用新型]聚能型水平轴风力机

说明书

本实用新型公开了一种聚能型水平轴风力机，包括集风罩、叶片和轮毂，所述叶片均安装在轮毂上，所述轮毂设置在集风罩内，所述包括叶片设有5个且环绕在集风罩内，所述叶片与轮毂的安装角为0°，所述叶片的旋转轴线与集风罩的轴线重合，所述叶片的旋转轴心与集风罩最小截面的中心重合，本实用新型提供一种适用于聚能型水平轴风力机，所设计的集风罩具有较高的集风系数，能够明显提高风力机的输出功率。

技术领域

本实用新型属于风力发电技术领域，更具体涉及一种聚能型水平轴风力机及其设计方法。

背景技术

风能属于可再生清洁能源，积极利用风能有助于多元能源供给发展，提高我国能源安全保障水平。风力机是将风能转换为机械能的重要设备，风力机叶片气动性能的优劣直接影响风力机风能利用效率。随着单台风力机功率的日益增大，风力机叶片尺寸也随之增大，从而对叶片的气动设计和结构设计等方面带来巨大挑战。

众所周知，风力机的功率与来流风速的立方成正比，聚能型风力机是将风力机与集风罩相结合的产物，利用集风罩的集风效果，通过将远方的来流风速加速，使得风力机功率增大。在相同的功率输出条件下，相对于常规风力机，聚能型风力机叶片的展向长度减小约1/3，更短的叶片长度有助于提供风力机运行的安全性。另外，聚能型风力机适合低风速环境，拓宽了风力机风速适用范围，具有较高的经济效益和社会效益。

实用新型内容

针对大型风力机较大的单机发电功率引起的较大叶片气动外形尺寸，本实用新型提供一种适用于聚能型水平轴风力机，所设计的集风罩具有较高的集风系数，能够明显提高风力机的输出功率。

根据本实用新型的一个方面，提供了聚能型水平轴风力机包括集风罩、叶片和轮毂，所述叶片均安装在轮毂上，所述轮毂设置在集风罩内，所述叶片设有5个且环绕在集风罩内，所述叶片与轮毂的安装角为0°，所述叶片的旋转轴线与集风罩的轴线重合，所述叶片的旋转轴心与集风罩最小截面的中心重合。

在一些实施方式中，叶片以轮毂的旋转中心为起点，沿径向在旋转半径2.5％范围内叶片截面为圆形，沿径向在旋转半径10％叶片截面选用S814翼型，沿径向在旋转半径20％-70％范围内叶片截面选用S825翼型，沿径向在旋转半径90％-100％范围内叶片截面选用 S826翼型，其余叶片径向位置的截面利用已经确定位置截面翼型线性过渡得到。

在一些实施方式中，叶片以轮毂的旋转中心为起点，沿径向在旋转半径5％处叶片截面为圆形，沿径向在旋转半径9％-18％范围内叶片截面选用S823翼型，沿径向在旋转半径27％-100％范围内叶片截面选用S822翼型，不同翼型截面的直接采用均匀过渡。

在一些实施方式中，叶片的长度为19.4m。

在一些实施方式中，叶片的弦长分布： c(r)＝(1.27831E-7)r⁷-(1.14838E-5)r⁶+(4.28852E-4)r⁵-0.0086r⁴+0.0992r³-0.64604r²+1.9849r-0.30758 ，其中，c(r)为当地弦长，r为当地半径，0.51≤r≤20.4。

在一些实施方式中，集风罩包括依次设置的进口截面、最小截面和出口截面，所述进口截面、最小截面和出口截面的直径D₁、D₀和 D₂以及轴向长度L确定集风罩型线的三个坐标点A(-4.26，23)、B(0， 20.5)和C(4.74，23.55)集风罩的边缘段与集风罩的出口截面共面，集风罩边缘段的两点坐标分别为C(4.74，23.55)和D(4.74，26.62)

过A、B、C三点做圆弧，然后连接C和D两点得到集风罩的二维型线，然后将型线沿着风力机旋转轴旋转360°得到集风罩的三维气动外形。

在一些实施方式中，叶片的旋转半径为20.4m。