阅读说明：本技术 一种适用于水平轴风力机的合成射流喷气式聚能罩 (Synthetic jet flow jet energy collecting cover suitable for horizontal shaft wind turbine ) 是由 李国文 朱建勇 王成军 张庆营 齐亚丹 李勇 于 2019-09-30 设计创作，主要内容包括：一种适用于水平轴风力机的合成射流喷气式聚能罩,包括罩体和空气射流动力盒,罩体迎风侧外表面周向均布若干空气射流动力盒；空气射流动力盒包括盒体、进气嘴、排气管、压电陶瓷片及振动膜片,盒体内部为空气射流动力腔；进气嘴位于迎风侧且一端与大气相通,另一端与空气射流动力腔相通；排气管位于背风侧且一端与空气射流动力腔相通,另一端与罩体内部相通；盒体进气孔内设有进气活门,盒体排气孔道内设有排气活门,空气射流动力腔内设有两片压电陶瓷片和两片振动膜片,两片振动膜片平行设置,进气嘴与排气管通过振动膜片间隙相连通,振动膜片两侧腔体空间互不导通；两片压电陶瓷片分别固设在两片振动膜片中心；压电陶瓷片与供电电源进行电连接。(A synthetic jet flow jet energy collecting cover suitable for a horizontal shaft wind turbine comprises a cover body and air jet flow power boxes, wherein a plurality of air jet flow power boxes are uniformly distributed on the outer surface of the windward side of the cover body in the circumferential direction; the air jet power box comprises a box body, an air inlet nozzle, an exhaust pipe, a piezoelectric ceramic piece and a vibrating diaphragm, wherein an air jet power cavity is formed inside the box body; the air inlet nozzle is positioned on the windward side, one end of the air inlet nozzle is communicated with the atmosphere, and the other end of the air inlet nozzle is communicated with the air jet power cavity; the exhaust pipe is positioned on the leeward side, one end of the exhaust pipe is communicated with the air jet power cavity, and the other end of the exhaust pipe is communicated with the interior of the cover body; an air inlet valve is arranged in an air inlet hole of the box body, an air outlet valve is arranged in an air outlet channel of the box body, two piezoelectric ceramic pieces and two vibrating diaphragms are arranged in the air jet power cavity, the two vibrating diaphragms are arranged in parallel, an air inlet nozzle is communicated with an air outlet pipe through a gap of the vibrating diaphragms, and cavity spaces on two sides of the vibrating diaphragms are not communicated with each other; the two piezoelectric ceramic pieces are respectively fixedly arranged at the centers of the two vibrating diaphragms; the piezoelectric ceramic piece is electrically connected with a power supply.)

一种适用于水平轴风力机的合成射流喷气式聚能罩

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，特别是涉及一种适用于水平轴风力机的合成射流喷气式聚能罩。

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，传统聚能罩始终存在一个局限性，当风力机叶轮的前后压差到达上限值时，聚能罩所收集的气流量也会达到上限值，因此，也就无法进一步提高风力机的风能利用率了。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种适用于水平轴风力机的合成射流喷气式聚能罩，能够产生加速气流、扰动聚能罩内表面边界层气流、增加聚能罩内部气流流量的效果，进而有效提高水平轴风力机的风能利用率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种适用于水平轴风力机的合成射流喷气式聚能罩，包括罩体和空气射流动力盒，所述空气射流动力盒数量若干，若干空气射流动力盒沿周向均布固装在罩体的迎风侧外表面；所述空气射流动力盒包括盒体、进气嘴、排气管、第一压电陶瓷片、第二压电陶瓷片、第一振动膜片及第二振动膜片；所述进气嘴位于罩体的迎风侧，进气嘴采用锥筒形结构，进气嘴的大径端与大气相通，进气嘴的小径端与盒体的进气孔相通，在盒体的进气孔内安装有进气活门；所述排气管位于罩体的背风侧，排气管一端与盒体的排气孔相通，排气管另一端密封穿过罩体并与罩体内部相通，在所述盒体的排气孔内安装有排气活门；所述盒体内部空间构成空气射流动力腔，所述第一振动膜片和第二振动膜片对称固装在空气射流动力腔内，第一振动膜片与第二振动膜片相平行，第一振动膜片两侧的腔体空间互不导通，第二振动膜片两侧的腔体空间互不导通；所述进气嘴通过第一振动膜片与第二振动膜片之间的间隙空间与排气管相连通；所述第一压电陶瓷片固定粘贴在第一振动膜片的中心，所述第二压电陶瓷片固定粘贴在第二振动膜片的中心，第一压电陶瓷片与第二压电陶瓷片正对设置；在所述罩体上设有供电电源，所述第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片与供电电源进行电连接。

本发明的有益效果：

本发明的适用于水平轴风力机的合成射流喷气式聚能罩，能够产生加速气流、扰动聚能罩内表面边界层气流、增加聚能罩内部气流流量的效果，进而有效提高水平轴风力机的风能利用率。

附图说明

图1为本发明的一种适用于水平轴风力机的合成射流喷气式聚能罩的结构示意图；

图2为本发明的空气射流动力盒(初始状态)的结构示意图；

图3为本发明的空气射流动力盒(进气状态)的结构示意图；

图4为本发明的空气射流动力盒(排气状态)的结构示意图；

图中，1—罩体，2—空气射流动力盒，3—盒体，4—进气嘴，5—排气管，6—第一压电陶瓷片，7—第二压电陶瓷片，8—第一振动膜片，9—第二振动膜片，10—进气活门，11—排气活门，12—空气射流动力腔，13—风力机。

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1～4所示，一种适用于水平轴风力机的合成射流喷气式聚能罩，包括罩体1和空气射流动力盒2，所述空气射流动力盒2数量若干，若干空气射流动力盒2沿周向均布固装在罩体1的迎风侧外表面；所述空气射流动力盒2包括盒体3、进气嘴4、排气管5、第一压电陶瓷片6、第二压电陶瓷片7、第一振动膜片8及第二振动膜片9；所述进气嘴4位于罩体1的迎风侧，进气嘴4采用锥筒形结构，进气嘴4的大径端与大气相通，进气嘴4的小径端与盒体3的进气孔相通，在盒体3的进气孔内安装有进气活门10；所述排气管5位于罩体1的背风侧，排气管5一端与盒体3的排气孔相通，排气管5另一端密封穿过罩体1并与罩体1内部相通，在所述盒体3的排气孔内安装有排气活门11；所述盒体3内部空间构成空气射流动力腔12，所述第一振动膜片8和第二振动膜片9对称固装在空气射流动力腔12内，第一振动膜片8与第二振动膜片9相平行，第一振动膜片8两侧的腔体空间互不导通，第二振动膜片9两侧的腔体空间互不导通；所述进气嘴4通过第一振动膜片8与第二振动膜片9之间的间隙空间与排气管5相连通；所述第一压电陶瓷片6固定粘贴在第一振动膜片8的中心，所述第二压电陶瓷片7固定粘贴在第二振动膜片9的中心，第一压电陶瓷片6与第二压电陶瓷片7正对设置；在所述罩体1上设有供电电源，所述第一压电陶瓷片6和第二压电陶瓷片7与供电电源进行电连接。

本实施例中，风力机13的叶轮旋转直径为300mm，罩体1迎风侧的直径为360mm，罩体1背风侧的直径为300mm，罩体1采用厚度为0.2mm的铝板制造。

随着风力机13的启动，罩体1内部气流的流通能力会随着风力机13叶轮的转速发生变化，当风力机13叶轮的前部压力达到平衡后，罩体1内部气流的流量将不在发生改变，即罩体1内部气流的流通能力将达到上限值。此时，如果没有空气射流动力盒2的存在，仅依靠罩体1，风力机13的风能利用率也将达到瓶颈。

由于空气射流动力盒2的存在，当供电电源向第一压电陶瓷片6和第二压电陶瓷片7通电后，使第一压电陶瓷片6和第二压电陶瓷片7同步产生振动，且第一压电陶瓷片6和第二压电陶瓷片7的振动方向相反，同时带动第一振动膜片8和第二振动膜片9同步进行振动。

在第一振动膜片8和第二振动膜片9振动过程中，当第一压电陶瓷片6和第二压电陶瓷片7彼此远离运动时，会使第一振动膜片8与第二振动膜片9之间的间隙空间体积增大，导致间隙空间内的压强降低，此时进气活门10在压差下被顶开，同时排气活门11在压差下处于关闭状态，而空气通过进气嘴4直接进入到第一振动膜片8与第二振动膜片9之间的间隙空间内。

接下来，随着第一振动膜片8和第二振动膜片9的继续振动，第一压电陶瓷片6和第二压电陶瓷片7将彼此靠近运动，从而使第一振动膜片8与第二振动膜片9之间的间隙空间体积减小，并导致间隙空间内的压强升高，此时进气活门10在压差下处于关闭状态，同时排气活门11在压差下被顶开，间隙空间内的空气将被挤压入排气管5，最终通过排气管5的出气管口喷射进入罩体1内部，不但增加了聚能罩内部的气流流量，同时对气流产生加速作用，并且还会扰动聚能罩内表面边界层气流，进而提高了气流的做功能力，最终提高水平轴风力机的风能利用率。

通过查取翼型手册，选取叶片翼型为对称翼型NACA0018，按照选取的翼型制作两组叶片，每组内的叶片数量均为四个，叶片均为木质结构，叶片弦长为30mm，叶片展长为135mm；第一组叶片安装了传统结构的聚能罩，第二组叶片安装了本发明的聚能罩。

上述准备工作结束后，先对安装有传统结构聚能罩的风力机进行试验，再对安装了本发明聚能罩的风力机进行试验，在外部风速相同的情况下，安装了本发明聚能罩的风力机的风能利用率整体提高了5％左右。

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。