专利摘要

一种用于提高风能利用率的聚能型水平轴风力机及使用方法，风力机包括聚能罩、风力机叶轮、叶轮轴向位置调整机构、温度传感器、风速传感器及附面层探头。方法为：聚能罩移入风洞进行标定实验，选定测量截面；设定风速下，测量各截面处附面层厚度数据及此刻温度数据；调整风速及温度，重新测量附面层厚度数据；同一风速和温度下，汇总数据得出附面层厚度随测量截面位置变化的规律曲线；同一测量截面且不同风速下，汇总数据得出附面层厚度随风速变化的规律曲线；同一风速且不同温度下，汇总数据得出附面层厚度随着气流温度变化的规律曲线；建立数据库；风力机移入工作区域，对比实测数据与数据库，确定流速最大截面位置，移动叶轮至流速最大截面处。

权利要求

1.一种用于提高风能利用率的聚能型水平轴风力机，包括聚能罩、风力机叶轮、风力机叶轮轴向位置调整机构及风速传感器，所述聚能罩同轴套装在风力机叶轮的外侧，其特征在于：还包括温度传感器及附面层探头；所述温度传感器和风速传感器均安装在聚能罩的迎风侧罩体上；在所述聚能罩的罩体上沿轴向方向开设有若干附面层探孔，每个附面层探孔内均安装有附面层探头；所述风力机叶轮轴向位置调整机构包括底座、滑台导轨座、丝母滑台、丝杠、步进电机及联轴器；所述滑台导轨座水平固装在底座上，滑台导轨座与风力机叶轮的中轴线相平行，所述丝杠通过轴承水平安装在滑台导轨座上方，丝杠与滑台导轨座相平行，所述步进电机水平固装在底座上，步进电机的电机轴通过联轴器与丝杠端部相固连；所述丝母滑台套装在丝杠上，丝母滑台可沿滑台导轨座直线移动；所述风力机叶轮通过其整流罩固装在丝母滑台上。

2.权利要求1所述的用于提高风能利用率的聚能型水平轴风力机的使用方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：将聚能型水平轴风力机的聚能罩移入风洞进行标定实验，按照附面层探头所在位置人为选定测量截面；

步骤二：启动风洞，在设定风速下，通过附面层探头分别测量出每个测量截面处的附面层的厚度数据，同时通过温度传感器测量出此刻的温度数据，然后将该设定风速下的附面层厚度数据和温度数据存入计算机中；

步骤三：调整设定风速，并重复步骤二，重复次数至少为五次，每次重复测试时的设定风速各不相同；

步骤四：调整气流温度，并重复步骤二，重复次数至少为五次，每次重复测试时的气流温度各不相同；

步骤五：在同一设定风速和同一气流温度下，对所有测量截面处的附面层厚度数据进行汇总，得出附面层厚度随测量截面位置变化的规律曲线；

步骤六：在同一测量截面处，且在不同设定风速下，对该测量截面处的附面层厚度数据进行汇总，得出附面层厚度随风速变化的规律曲线；

步骤七：在同一设定风速下，且在不同气流温度下，对所有测量截面处的附面层厚度数据进行汇总，得出附面层厚度随着气流温度变化的规律曲线；

步骤八：将步骤五、步骤六及步骤七中得出的各个规律曲线数据统一存入计算机中，同时建立对应的数据库；

步骤九：将聚能型水平轴风力机整体移入工作区域，同时使风力机叶轮初始位于聚能罩的最小截面处；

步骤十：在风力机叶轮进行旋转发电时，通过温度传感器实时测量空气气流的温度，同时通过风速传感器实时测量环境风速，并将获取的温度数据和风速数据与数据库中的标定实验数据进行对比，对应找到此时刻的附面层厚度在聚能罩内表面的分布状态，进而确定聚能罩内的气流流速最大截面位置；

步骤十一：启动步进电机，带动丝杠转动，进而带动丝母滑台沿滑台导轨座移动，从而实现风力机叶轮轴向位置的调整，直到风力机叶轮移动到聚能罩内的气流流速最大截面位置处，最终使风能利用率达到最大化。

说明书

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，特别是涉及一种用于提高风能利用率的聚能型水平轴风力机及使用方法。

背景技术

目前，并网运行的大型风力发电机组多为水平轴风力发电机组，水平轴风力机一般靠叶片的升力在旋转剖面的切向分力做功，俗称升力型风力机。

虽然升力型风力机具有高尖速比、高风能利用率的优点，但也具有启动性能较弱的不足，一般的升力型风力机的启动风速都在5m/s以上，个别的升力型风力机的启动风速甚至高达7m/s，如此便导致风力机的发电量和发电范围降低。

为此，技术人员为了克服升力型风力机的启动性能较弱的不足，在传统的水平轴风力机外增设了聚能罩，通过聚能罩可以调高风速，通常可以将风速调高1.5～2倍左右。

但是，传统的聚能型水平轴风力机始终存在一个局限性，由于风力机叶轮与聚能罩之间的位置关系在二者组装在一起之后就不再发生变化，而在实际应用过程中，最大风速在聚能罩内的位置并非一成不变，也就是说，风力机叶轮无法时刻保持在最大风速处，就导致传统的聚能型水平轴风力机无法获得最大的风能利用率。

之所以会出现最大风速在聚能罩内的位置并非一成不变的情况，是因为空气流过聚能罩内表面时，由于聚能罩内表面并不是绝对光滑的，加之空气还具有粘性，当空气紧贴聚能罩内表面流动时，就会受到一定的阻滞力，最贴近聚能罩内表面的一层空气甚至流速会将为零，而第一层流速为零的空气又会通过粘性作用影响上一层空气的流动，从而使上一层空气的流速也相应减小，如此类推，紧贴聚能罩内表面流动的空气就会一层影响一层，最终形成流速沿聚能罩内表面法线方向逐渐增大的薄层空气，通常将这一层薄层空气称为附面层。

因此，当气流流过聚能罩内表面时，由于会在聚能罩内表面形成附面层，而附面层又会随着气流的速度和温度产生变化，在变化的附面层的影响下，将会导致聚能罩内的气流流速最大截面位置也将随着产生变化，由于风力机叶轮的位置不能改变，也就导致风力机叶轮不能时刻位于气流流速最大截面处，最终导致传统的聚能型水平轴风力机无法达到风能利用率的最大化要求。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于提高风能利用率的聚能型水平轴风力机及使用方法，对聚能型水平轴风力机的结构进行了全新设计，使风力机叶轮具有了轴向位置调整能力，可根据附面层厚度实时数据调整风力机叶轮的轴向位置，使风力机叶轮时刻保持在气流流速最大截面处，最终实现了风能利用率的最大化要求。同时，在环境风速过大时，为了保证水平轴风力机的安全，可以将风力机叶轮轴向调整到气流流速最低截面处，从而降低风力机叶轮的实时转速，不但保证了水平轴风力机的安全，还可以实现水平轴风力机的连续发电而不用被迫停机。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于提高风能利用率的聚能型水平轴风力机，包括聚能罩、风力机叶轮、风力机叶轮轴向位置调整机构、温度传感器、风速传感器及附面层探头；所述聚能罩同轴套装在风力机叶轮的外侧，所述温度传感器和风速传感器均安装在聚能罩的迎风侧罩体上；在所述聚能罩的罩体上沿轴向方向开设有若干附面层探孔，每个附面层探孔内均安装有附面层探头；所述风力机叶轮轴向位置调整机构包括底座、滑台导轨座、丝母滑台、丝杠、步进电机及联轴器；所述滑台导轨座水平固装在底座上，滑台导轨座与风力机叶轮的中轴线相平行，所述丝杠通过轴承水平安装在滑台导轨座上方，丝杠与滑台导轨座相平行，所述步进电机水平固装在底座上，步进电机的电机轴通过联轴器与丝杠端部相固连；所述丝母滑台套装在丝杠上，丝母滑台可沿滑台导轨座直线移动；所述风力机叶轮通过其整流罩固装在丝母滑台上。

所述的用于提高风能利用率的聚能型水平轴风力机的使用方法，包括如下步骤：

步骤一：将聚能型水平轴风力机的聚能罩移入风洞进行标定实验，按照附面层探头所在位置人为选定测量截面；

步骤二：启动风洞，在设定风速下，通过附面层探头分别测量出每个测量截面处的附面层的厚度数据，同时通过温度传感器测量出此刻的温度数据，然后将该设定风速下的附面层厚度数据和温度数据存入计算机中；

步骤三：调整设定风速，并重复步骤二，重复次数至少为五次，每次重复测试时的设定风速各不相同；

步骤四：调整气流温度，并重复步骤二，重复次数至少为五次，每次重复测试时的气流温度各不相同；

步骤五：在同一设定风速和同一气流温度下，对所有测量截面处的附面层厚度数据进行汇总，得出附面层厚度随测量截面位置变化的规律曲线；

步骤六：在同一测量截面处，且在不同设定风速下，对该测量截面处的附面层厚度数据进行汇总，得出附面层厚度随风速变化的规律曲线；

步骤七：在同一设定风速下，且在不同气流温度下，对所有测量截面处的附面层厚度数据进行汇总，得出附面层厚度随着气流温度变化的规律曲线；

步骤八：将步骤五、步骤六及步骤七中得出的各个规律曲线数据统一存入计算机中，同时建立对应的数据库；

步骤九：将聚能型水平轴风力机整体移入工作区域，同时使风力机叶轮初始位于聚能罩的最小截面处；

步骤十：在风力机叶轮进行旋转发电时，通过温度传感器实时测量空气气流的温度，同时通过风速传感器实时测量环境风速，并将获取的温度数据和风速数据与数据库中的标定实验数据进行对比，对应找到此时刻的附面层厚度在聚能罩内表面的分布状态，进而确定聚能罩内的气流流速最大截面位置；

步骤十一：启动步进电机，带动丝杠转动，进而带动丝母滑台沿滑台导轨座移动，从而实现风力机叶轮轴向位置的调整，直到风力机叶轮移动到聚能罩内的气流流速最大截面位置处，最终使风能利用率达到最大化。

本发明的有益效果：

本发明的用于提高风能利用率的聚能型水平轴风力机及使用方法，对聚能型水平轴风力机的结构进行了全新设计，使风力机叶轮具有了轴向位置调整能力，可根据附面层厚度实时数据调整风力机叶轮的轴向位置，使风力机叶轮时刻保持在气流流速最大截面处，最终实现了风能利用率的最大化要求。同时，在环境风速过大时，为了保证水平轴风力机的安全，可以将风力机叶轮轴向调整到气流流速最低截面处，从而降低风力机叶轮的实时转速，不但保证了水平轴风力机的安全，还可以实现水平轴风力机的连续发电而不用被迫停机。

附图说明

图1为本发明的一种用于提高风能利用率的聚能型水平轴风力机的结构示意图；

图中，1—聚能罩，2—风力机叶轮，3—温度传感器，4—风速传感器，5—附面层探头，6—底座，7—滑台导轨座，8—丝母滑台，9—丝杠，10—步进电机，11—联轴器，12—附面层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示，一种用于提高风能利用率的聚能型水平轴风力机，包括聚能罩1、风力机叶轮2、风力机叶轮轴向位置调整机构、温度传感器3、风速传感器4及附面层探头5；所述聚能罩1同轴套装在风力机叶轮2的外侧，所述温度传感器3和风速传感器4均安装在聚能罩1的迎风侧罩体上；在所述聚能罩1的罩体上沿轴向方向开设有若干附面层探孔，每个附面层探孔内均安装有附面层探头5；所述风力机叶轮轴向位置调整机构包括底座6、滑台导轨座7、丝母滑台8、丝杠9、步进电机10及联轴器11；所述滑台导轨座7水平固装在底座6上，滑台导轨座7与风力机叶轮2的中轴线相平行，所述丝杠9通过轴承水平安装在滑台导轨座7上方，丝杠9与滑台导轨座7相平行，所述步进电机10水平固装在底座6上，步进电机10的电机轴通过联轴器11与丝杠9端部相固连；所述丝母滑台8套装在丝杠9上，丝母滑台8可沿滑台导轨座7直线移动；所述风力机叶轮2通过其整流罩固装在丝母滑台8上。

所述的用于提高风能利用率的聚能型水平轴风力机的使用方法，包括如下步骤：

步骤一：将聚能型水平轴风力机的聚能罩1移入风洞进行标定实验，按照附面层探头5所在位置人为选定测量截面；本实施例中，附面层探头5数量共五个，且中间第三个附面层探头5所在位置的测量截面设为聚能罩喉道截面；

步骤二：启动风洞，在设定风速下，通过附面层探头5分别测量出每个测量截面处的附面层12的厚度数据，同时通过温度传感器3测量出此刻的温度数据，然后将该设定风速下的附面层12厚度数据和温度数据存入计算机中；

步骤三：调整设定风速，并重复步骤二，重复次数至少为五次，每次重复测试时的设定风速各不相同；

步骤四：调整气流温度，并重复步骤二，重复次数至少为五次，每次重复测试时的气流温度各不相同；

步骤五：在同一设定风速和同一气流温度下，对所有测量截面处的附面层12厚度数据进行汇总，得出附面层12厚度随测量截面位置变化的规律曲线；

步骤六：在同一测量截面处，且在不同设定风速下，对该测量截面处的附面层12厚度数据进行汇总，得出附面层12厚度随风速变化的规律曲线；

步骤七：在同一设定风速下，且在不同气流温度下，对所有测量截面处的附面层12厚度数据进行汇总，得出附面层12厚度随着气流温度变化的规律曲线；

步骤八：将步骤五、步骤六及步骤七中得出的各个规律曲线数据统一存入计算机中，同时建立对应的数据库；

步骤九：将聚能型水平轴风力机整体移入工作区域，同时使风力机叶轮2初始位于聚能罩1的最小截面处；

步骤十：在风力机叶轮2进行旋转发电时，通过温度传感器3实时测量空气气流的温度，同时通过风速传感器4实时测量环境风速，并将获取的温度数据和风速数据与数据库中的标定实验数据进行对比，对应找到此时刻的附面层12厚度在聚能罩1内表面的分布状态，进而确定聚能罩1内的气流流速最大截面位置；

步骤十一：启动步进电机10，带动丝杠9转动，进而带动丝母滑台8沿滑台导轨座7移动，从而实现风力机叶轮2轴向位置的调整，直到风力机叶轮2移动到聚能罩1内的气流流速最大截面位置处，最终使风能利用率达到最大化。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

用于提高风能利用率的聚能型水平轴风力机及使用方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。