一种风道及INVELOX风力发电系统

技术领域

本发明涉及一种风道及INVELOX风力发电系统，属于风力发电领域。

背景技术

传统的INVELOX风力发电系统是一种利用文丘里管效应对自然环境气流加速的风力发电机，主要采用管道式，管道顶端侧面可以通过导流锥和漏斗管全方位收集气流，其工作原理为：管道顶端侧面全方位收集气流，并通过挡风肋板和漏斗管集中收集，气流在流经文丘里管段时，由于气流流动横截面积缩小，导致气流流速上升，风力机安装在文丘里管段内，在高速气流中捕获风能并转化为电能，最后推动风力机旋转做完功的气流通过文丘里管出口段的锥形管扩散到环境中。

INVELOX风力发电系统结构简单、切入风速低、能效转换率高、对环境要求较小、安装及维修方便、风力机叶片不会对生物造成直接伤害等，但是由于其风道万向进口设计，导致在一定的入流角工况下会发生严重的尾部气流倒灌问题，大大降低了系统能量利用率。

发明内容

本发明提供了一种风道及INVELOX风力发电系统，解决了背景技术中披露的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种风道，包括依次连接的漏斗管、第一过渡弯管和文丘里管，还包括与文丘里管出风口连接的延伸管，延伸管出风口流出的气流与从漏斗管流进的任一气流均不平行。

漏斗管垂直于地面，延伸管出风口流出的气流垂直于地面。

延伸管的出风口还设置有负压产生装置。

负压产生装置为转轴垂直于地面的螺旋型风力增压轮。

螺旋型风力增压轮包括设置在转轴上端的上风叶和设置在转轴下端的下风叶，上风叶的叶片和下风叶的叶片之间设置有螺旋叶片。

延伸管出风口与漏斗管进风口在同一平面上。

延伸管包括依次连接的第二过渡弯管和第二直管，第二过渡弯管的进风口连接文丘里管出风口。

一种INVELOX风力发电系统，包括上述的风道。

本发明所达到的有益效果：1、本发明增设了延伸管，延伸管出风口流出的气流与从漏斗管流进的任一气流均不平行，通过改变气流出口方向，解决了尾部气流倒灌问题；2、本发明在延伸管的出风口增设负压产生装置，在延伸管的出风口提供额外的负压，不仅弥补了气流方向改变带来的阻力损失，还进一步增大了INVELOX风力发电系统的进出口气流压差，提高了文丘里管气流速比，极大提高了能量利用率；3、本发明的延伸管出风口与漏斗管进风口在同一平面上，保证气流出口环境工况与进口环境相似。

附图说明

图1为风道的结构示意图；

图2为螺旋型风力增压轮的俯视图；

图3为螺旋型风力增压轮的侧视图。

实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

INVELOX风力发电系统的现有风道，包括导流锥1、挡风肋板2、漏斗管3、第一过渡弯管4和文丘里管6，导流锥1安装在漏斗管3进风口处，挡风肋板2固定在导流锥1背面，漏斗管3垂直于地面，漏斗管3、第一过渡弯管4和文丘里管6依次连接，第一过渡弯管4为90°的过渡弯管，垂直端连接漏斗管3的出风口，水平端连接文丘里管6的进风口，文丘里管6水平设置，文丘里管6的两端为锥形管，中间为第一直管，风力机11安装在文丘里管6的第一直管内。

INVELOX风力发电系统风道顶端侧面（即导流锥1侧面）全方位收集气流，并通过挡风肋板2和漏斗管3集中收集，气流流过第一过渡弯管4后，在流经文丘里管6进口段锥形管时，由于气流流动横截面积缩小，导致气流流速上升，风力机11在高速气流中捕获风能，并转化为电能。

为了解决气流倒灌问题，本发明如图1所示，一种风道，具体是INVELOX风力发电系统的风道，在现有的结构上进行进一步改进，即增设延伸管，具体是在文丘里管6出风口连接延伸管，延伸管出风口流出的气流与从漏斗管3流进的任一气流均不平行，通过改变气流出口方向，解决了尾部气流倒灌问题。

延伸管的具体结构可以包括依次连接的第二过渡弯管10和第二直管9。第二过渡弯管10也是90°过渡弯管，水平端与文丘里管6的水平出口段锥形管末端连接，垂直端垂直底面向上，且管道中心半径及管道直径与第一过渡弯管4的这些数据一致。第二直管9垂直底面向上，也就是说延伸管出风口流出的气流垂直于地面，由于第二过渡弯管10的垂直端和第二直管9均垂直于底面安装，故气流流出方向与外界环境风来流方向不再平行，相互间夹角为90°，因此，在反向入流时出口端不再发生气流倒灌现象。第二直管9横截面积与第二过渡弯管10垂直端横截面积一致，第二直管9出风口与漏斗管3进风口在同一平面上，这样可以保证气流出口环境工况与进口环境相似。

作为本发明的一个实施例，上述延伸管的出风口（即第二直管9出风口）还安装负压产生装置，用以在出风口产生负压，不仅弥补了气流方向改变带来的阻力损失，还进一步增大了INVELOX风力发电系统的进出口气流压差，提高了文丘里管6气流速比，极大提高了能量利用率。

上述负压产生装置可采用转轴12垂直于地面的螺旋型风力增压轮8，见图2和3，螺旋型风力增压轮8的下端与第二直管9出风口通过支架固定连接，螺旋型风力增压轮8的转轴12与第二直管9中心轴重合，转轴12的上端固定上风叶5，转轴12的下端固定下风叶7，上风叶5的叶片和下风叶7的叶片之间固定螺旋叶片13。

图中，上风叶5有五个叶片，下风叶7也有五个叶片，上风叶5的一个叶片与下风叶7的一个叶片作为一对叶片，这一对叶片之间固定螺旋叶片13，具体一对叶片的端部之间固定螺旋叶片13。

推动风力机11旋转做完功的气流通过文丘里管6出口段锥形管进入第二过渡弯管10，流经第二直管9，最后通过螺旋型风力增压轮8散入周围环境中。

基于相同的技术方案，本发明还公开了相应的INVELOX风力发电系统，该系统的风道采用上述的风道，其他结构均不变。

在正、反向入流的工况条件下，本发明系统内部的气流均为正值，故通过改进的风道能够保证不再发生气流倒灌现象，实现了万向进口设计。并且系统在正、反两个工况下文丘里管6平均速比SR均有显著提高，系统进口端壁面分离流区域减小，气流捕获量增大，故能量利用率高。另外在反向入流的工况下运行时，因出口加设了90°过渡弯管（即第二过渡弯管10）和第二直管9，原本垂直扩散至外界环境的气流在外界气流的裹挟影响下会有一部分气流再次被系统进口段所捕获，使得整个系统内外气流流动形成了一个环流，使得靠近来流风的那一侧进口漏斗段内壁面所形成的分离流区域变小，系统对外界环境风的捕获能力增强。

在相同稳态计算条件下，增设90°过渡弯管（第二过渡弯管10）、第二直管9以及在出口端耦合螺旋型风力增压轮8，使原系统在正向入流时输出功率提高了59.9%，在反向入流时输出功率提高了251.18%，大大提高了能量利用效率，证明了本发明装置的突出作用和优越性。

世界能源危机形势愈加严峻，近五十年来全球先后爆发过多轮能源危机，传统的化石燃料能源已经不能满足快速增长的人口数量和各方建设的需求。可再生能源作为发电新增装机主体地位，将继续保持快速增长趋势。在此背景下，本发明的出现很有意义。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。