渦流發(fā)生裝置及風力發(fā)電機組的葉片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種渦流發(fā)生裝置及風力發(fā)電機組的葉片。渦流發(fā)生裝置包括兩個立板和前后開口的兩個射流管，兩個所述立板之間具有間隔并且相互傾斜，兩個所述立板之間的距離由前端至后端逐漸增加，所述射流管設置在所述立板的下部，所述射流管沿所述立板的長度方向延伸。本發(fā)明通過在葉片上設置渦流發(fā)生裝置和射流管，可有效地改善葉片表面與外界的能量交換，提高風力發(fā)電機組對風能的利用率，提升發(fā)電量。
【專利說明】
渦流發(fā)生裝置及風力發(fā)電機組的葉片
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及風電技術領域，尤其涉及一種渦流發(fā)生裝置及風力發(fā)電機組的葉片。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)有的大型風力發(fā)電機組葉片都是采用風力發(fā)電機組葉片專用翼型，在風輪葉片的運行過程中，翼型隨著攻角的不斷增大，升力系數(shù)也隨之增大，當攻角增大到某一數(shù)值時，升力系數(shù)達到最大值。此后翼型開始失速，導致升力系數(shù)降低，阻力系數(shù)升高，減少風力發(fā)電機組對風能的利用率。
[0003]渦流發(fā)生裝置可以有效控制流動分離，其工作原理如下:流體流經(jīng)渦流發(fā)生裝置后會形成一系列漩渦補充到附面層，向附面層補充新能量，實現(xiàn)附面層內(nèi)低能區(qū)與附面層外高能區(qū)的能量交換，減小逆壓梯度和低能氣流的堆積，達到延緩和抑制附面層流動分離的目的，實現(xiàn)翼型失速流動的控制，改善失速。因此，渦流發(fā)生裝置可推遲氣流邊界層與葉片表面的分離。
[0004]傳統(tǒng)的渦流發(fā)生裝置都是通過安裝角度來改變氣流的方向，而漩渦一般出現(xiàn)在渦流發(fā)生裝置后部，渦流發(fā)生裝置尾部高度決定漩渦的高度，過高會導致漩渦的能量與附面層能量交換過少，而過低則可能對漩渦的產(chǎn)生造成影響，現(xiàn)有技術無法實現(xiàn)對近壁面能量的控制，不利于提高邊界層抗分離能力。因此，現(xiàn)有技術中的風力發(fā)電機組對于風能利用率很低，而且噪音大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種渦流發(fā)生裝置及風力發(fā)電機組的葉片，以解決現(xiàn)有技術中風力發(fā)電機組對風能利用率低的問題。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明的實施例提供一種渦流發(fā)生裝置，包括兩個立板和前后開口的兩個射流管，兩個立板之間具有間隔并且相互傾斜，兩個立板之間的距離由前端至后端逐漸增加，射流管設置在立板的下部，射流管沿立板的長度方向延伸。
[0007]優(yōu)選地，射流管的截面積由前端至后端逐漸減小。
[0008]優(yōu)選地，渦流發(fā)生裝置還包括底板，底板連接兩個射流管的底部。
[0009]優(yōu)選地，射流管的前端開口的端面和后端開口的端面均與底板垂直。
[0010]優(yōu)選地，兩個立板之間具有第一夾角，第一夾角的取值范圍是36°?46°。
[0011]優(yōu)選地，各立板的高度由前端至后端逐漸增加。
[0012]優(yōu)選地，立板與射流管的上表面之間具有第二夾角，第二夾角的取值范圍是80°?110。。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明實施例提供一種風力發(fā)電機組的葉片，包括如前任一項的渦流發(fā)生裝置，渦流發(fā)生裝置固定在葉片背風面上，兩個立板的前端之間形成第一開口，兩個立板的后端之間形成第二開口，第一開口朝向葉片的前緣，第二開口朝向葉片的后緣;葉片上設有至少一排渦流發(fā)生裝置帶，每排渦流發(fā)生裝置帶具有至少兩個渦流發(fā)I目.0
[0014]優(yōu)選地，每排渦流發(fā)生裝置帶中的每個渦流發(fā)生裝置間隔地設置在葉片的長度方向上，每排渦流發(fā)生裝置帶中的每個渦流發(fā)生裝置設置在離葉根距離為葉片總長的10%_30%。
[0015]優(yōu)選地，至少一排渦流發(fā)生裝置帶包括靠近葉片的前緣的第一排渦流發(fā)生裝置帶，第一排渦流發(fā)生裝置帶中每個渦流發(fā)生裝置到葉片的前緣的距離與渦流發(fā)生裝置所在位置的葉片的弦長的比值的取值范圍是20%?35%。
[0016]優(yōu)選地，至少一排渦流發(fā)生裝置帶包括靠近葉片的后緣的第二排渦流發(fā)生裝置，第二排渦流發(fā)生裝置帶中每個渦流發(fā)生裝置到葉片的前緣的距離與渦流發(fā)生裝置所在位置的葉片的弦長比值的取值范圍是60%?80%。
[0017]優(yōu)選地，第一排渦流發(fā)生裝置帶中的渦流發(fā)生裝置的數(shù)量大于第二排渦流發(fā)生裝置帶中的渦流發(fā)生裝置的數(shù)量。
[0018]優(yōu)選地，沿葉片的長度方向的相鄰兩個渦流發(fā)生裝置之間的最小間距與渦流發(fā)生裝置的立板的后端的高度的比值范圍是2?6。
[0019]本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是:
[0020]本發(fā)明實施例提供的渦流發(fā)生裝置，通過設置立板和射流管，主動利用射流管的噴管增速效應，降低了立板后方漩渦的渦心高度，提高邊界層內(nèi)近壁面層的流體能量，克服了傳統(tǒng)渦流發(fā)生裝置引入高能量對該區(qū)域能量補充小的缺陷，從而更有效的抑制了葉片壁面流動分離，延緩失速，更好的優(yōu)化了葉片氣動性能。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為本發(fā)明實施例的渦流發(fā)生裝置的示意性結構圖；
[0022]圖2為本發(fā)明實施例的渦流發(fā)生裝置的主視圖；
[0023]圖3為本發(fā)明實施例的渦流發(fā)生裝置的右視圖；
[0024]圖4為本發(fā)明實施例的渦流發(fā)生裝置與葉片安裝的示意性結構圖；
[0025]圖5為圖4中A區(qū)域的局部放大圖；
[0026]圖6為本發(fā)明實施例的渦流發(fā)生裝置與葉片安裝的示意性側視圖；
[0027]圖7為不同攻角下渦流發(fā)生裝置對升力系數(shù)影響的曲線圖；
[0028]圖8為不同攻角下渦流發(fā)生裝置對阻力系數(shù)影響的曲線圖。
[0029]附圖標記說明:
[0030]1、渦流發(fā)生裝置;11、立板;12、射流管；13、底板;2、葉片的前緣;3、葉片的后緣;4、葉片背風面;100、渦流發(fā)生裝置帶。
【具體實施方式】
[0031]下面結合附圖詳細描述本發(fā)明實施例的示例性實施例，本發(fā)明所述的前端為靠近葉片的如緣2的端部，后端為罪近葉片的后緣3的端部。
[0032]結合參考圖1至圖3，本發(fā)明實施例提供了一種渦流發(fā)生裝置包括兩個立板11和前后開口的兩個射流管12，兩個立板11之間具有間隔并且相互傾斜，兩個立板11之間的距離由前端至后端逐漸增加，射流管12設置在立板11的下部，射流管12沿立板11的長度方向延伸。
[0033]本發(fā)明主動利用射流管的噴管增速效應，降低了立板后方漩渦的渦心高度，提高邊界層內(nèi)近壁面層的流體能量，克服了傳統(tǒng)渦流發(fā)生裝置引入高能量對該區(qū)域能量補充小的缺陷，從而更有效的抑制了葉片壁面流動分離，延緩失速，更好的優(yōu)化了葉片氣動性能。
[0034]射流管12的截面積由前端至后端逐漸減小。在本實施例中，射流管12的截面形狀為矩形，立板11設置在射流管12的上表面，射流管12內(nèi)部管道的軸線與立板11的長度方向的延長線共線設置。當然，射流管12的截面的形狀可以半圓形、圓形或其他形狀。
[0035]射流管12的截面積由前端至后端逐漸減小。換而言之，該射流管12的內(nèi)部管徑是減縮的，即該射流管12的作用相當于一個噴管，是為了能夠?qū)α鹘?jīng)該射流管12的氣流進行減壓增速。之所以這樣設置是為了提高通過射流管12的氣流的流速，進而改善葉片表面的氣動性能。再進一步地，射流管12的進口高度H3的取值范圍是4?15mm，射流管12的出口高度的取值范圍是2?8mm，射流管12的壁厚的取值范圍是I?3mm。
[0036]渦流發(fā)生裝置I還包括底板13，底板13連接兩個射流管12的底部。射流管12的前端開口的端面和后端開口的端面均與底板13垂直。在本發(fā)明實施例中，底板13的形狀是梯形，且該底板13的外形尺寸略大于兩個射流管12底部外圈連線的尺寸。射流管12與底板13的夾角呈90度，即射流管12的側壁與底板13垂直。設置底板13的目的在于將位于兩側的兩個射流管12與兩個渦流發(fā)生裝置I連接成一個整體，以延緩流動分離，更好地改善葉片表面的氣動性能。同時，設置底板13也可以增加射流管12與葉片表面之間的接觸面積，從而提高了底板13與葉片表面之間的連接穩(wěn)定性。優(yōu)選地，底板13與葉片表面之間通過結構膠粘接固定。將射流管12的前端開口和后端開口設置成與底板13相垂直，是為了減小型阻，保證足夠的氣流可通過該射流管12。該底板13的厚度最大為2mm。為了進一步減小該渦流發(fā)生裝置I的型阻，本發(fā)明實施例中的底板13在其前端和/或后端設置有向外側的倒角結構。
[0037]進一步地，兩個立板11之間具有第一夾角，第一夾角的取值范圍是36°?46°。也就是說，當兩個立板11為規(guī)則的平板時，兩個立板11之間的夾角的取值范圍是36°?46°，優(yōu)選地是36°。當兩個立板11為弧形板時，則兩個立板11同一點的切線之間的夾角的取值范圍應滿足是36°?46°。
[0038]進一步地，立板11與射流管12的上表面之間具有第二夾角，第二夾角的取值范圍是80°?110°。具體地，因為本實施例提供的射流管12的截面為矩形，因此，第二夾角即立板11與射流管12上表面之間的夾角，該第二夾角的取值范圍是80°?110°，優(yōu)選地為90°。如果射流管12的截面為半圓形或圓形或弧形，那么該第二夾角就是立板11與過射流管12最高點連線的切面之間的夾角，該夾角的取值范圍同樣需要滿足80°?110°這一范圍。
[0039]另外，在一些未示出的實施例中，立板11與射流管12之間的第二夾角也可為其他角度(非直角)。此時，依然需要將立板11設置成前端高度小于后端高度，同時，兩個立板11前端的底部之間的間距要小于兩個立板11后端的底部之間的間距。
[0040]各立板11的高度由前端至后端逐漸增加。換而言之，因為在本發(fā)明實施例中，立板11的形狀為梯形，立板11的前端高度Hi的取值范圍為I?3mm，優(yōu)選地是2mm。立板11的后端高度H2的取值范圍為15?25mm，優(yōu)選地是23mm。優(yōu)選地，兩個立板11的兩個前端之間的間距小于兩個立板11的兩個后端之間的間距。之所以這樣設置是為了能夠在產(chǎn)生足夠的渦流以延緩氣流的流動分離。
[0041]在本發(fā)明實施例中，渦流發(fā)生裝置I固定在葉片背風面4上，具體地，兩個立板11的形狀為梯形板，兩個梯形板相互傾斜設置，兩個立板11的前端之間形成第一開口，兩個立板11的后端之間形成第二開口，第一開口之間的間距小于第二開口之間的間距。再進一步地，立板11的厚度的取值范圍是I?3mm，優(yōu)選地是2mm。當然，在一些未示出的實施例中，該立板11的形狀也可設置成三角形或其他形狀。
[0042]本發(fā)明通過在葉片上設置渦流發(fā)生裝置I和射流管12，可有效地改善葉片表面與外界的能量交換，提高風力發(fā)電機組對風能的利用率，提升發(fā)電量。
[0043]如圖4和圖5所示，根據(jù)本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明還保護一種風力發(fā)電機組的葉片，包括前述的任一實施例的渦流發(fā)生裝置I，渦流發(fā)生裝置I固定在葉片背風面4上，兩個立板11的前端之間形成第一開口，兩個立板11的后端之間形成第二開口，第一開口朝向葉片的前緣2，第二開口朝向葉片的后緣3;葉片上設有至少一排渦流發(fā)生裝置帶100，每排渦流發(fā)生裝置帶100具有至少兩個渦流發(fā)生裝置I。
[0044]如圖6所示，具體地，在渦流發(fā)生裝置I安裝過程中，先通過測量工具進行定位，再將結構膠涂抹至底板13，再將底板13粘接至葉片背風面4，也就是說，渦流發(fā)生裝置I通過底板13與葉片背風面4連接固定。
[0045]可選地，第一排渦流發(fā)生裝置帶100中的每個渦流發(fā)生裝置I的中線彼此大致平行，優(yōu)選為平行。這樣一來，可以更好地改善葉片不同位置的氣動性能，延緩氣流和葉片各個位置表面的流動分離。
[0046]每排渦流發(fā)生裝置帶100中的每個渦流發(fā)生裝置I間隔地設置在葉片的長度方向上，每排渦流發(fā)生裝置帶100中的每個渦流發(fā)生裝置I設置在離葉根距離為葉片總長的10%-30%。
[0047]如圖5所示，為了保證最大程度的改善葉片表面的氣動性能并提升風力發(fā)電機組對于風能的利用率，至少一排渦流發(fā)生裝置帶100包括靠近葉片的前緣2的第一排渦流發(fā)生裝置帶100，第一排渦流發(fā)生裝置帶100中每個渦流發(fā)生裝置I到葉片的前緣2的距離L1與渦流發(fā)生裝置I所在位置的葉片的弦長的比值的取值范圍是20%?35%，優(yōu)選地比值為32%。
[0048]渦流發(fā)生裝置I的位置與葉片的長度和弦長都有關系。
[0049]同時，多個渦流發(fā)生裝置I中的底板的前端處于同一曲線上。
[0050]如圖4所示，至少一排渦流發(fā)生裝置帶100包括靠近葉片的后緣3的第二排渦流發(fā)生裝置帶100，第二排渦流發(fā)生裝置帶100中每個渦流發(fā)生裝置I到葉片的前緣2的距離與渦流發(fā)生裝置I所在位置的葉片的弦長比值的取值范圍是60%?80%。因為葉片的弦長較長，在葉片的尾部也有可能產(chǎn)生流動分離現(xiàn)象，因此，第二排渦流發(fā)生裝置帶100被設置在葉根附近翼型尾部。
[0051]可選地，如圖4中所示，第二排渦流發(fā)生裝置帶100與第一排渦流發(fā)生裝置帶100錯開設置。第一排渦流發(fā)生裝置帶100中的排渦流發(fā)生裝置I的數(shù)量大于第二排渦流發(fā)生裝置帶100中的排渦流發(fā)生裝置I。
[0052]可選地，第二排渦流發(fā)生裝置帶100中的每個渦流發(fā)生裝置I的中線彼此大致平行，優(yōu)選為平行。
[0053]可選地，第二排渦流發(fā)生裝置帶100中的每個渦流發(fā)生裝置I的中線與第一排渦流發(fā)生裝置帶100的每個渦流發(fā)生裝置I的中線也大致平行，優(yōu)選為平行。
[0054]進一步地，沿葉片的長度方向的相鄰兩個渦流發(fā)生裝置I的立板11后端之間的間距L與立板11后端的高度H2比值的取值范圍是2?6。
[0055]通過在葉片上增設多個渦流發(fā)生裝置I可有效地延緩氣流在葉片表面的流動分離，并且一定程度上可降低了葉片表面因為流動分離而產(chǎn)生的氣動噪聲。
[0056]通過在風力發(fā)電機組的葉片上設置渦流發(fā)生裝置I，不僅可提高風力發(fā)電機組對風能的利用率，同時可以提升風力發(fā)電機組的發(fā)電量。
[0057]如圖7和圖8所示，通過不同攻角下渦流發(fā)生裝置對升阻力系數(shù)影響的曲線圖可知，增加新型渦流發(fā)生裝置后，在風力機運行攻角范圍內(nèi)，升力系數(shù)提高了20%以上，而阻力增加不到5%。在葉片上增加本發(fā)明實施例的渦流發(fā)生裝置能夠很好的提升葉片的出力，有利于提升機組發(fā)電量。
[0058]本發(fā)明實施例的渦流發(fā)生裝置及風力發(fā)電機組的葉片具有如下有益效果:
[0059]本發(fā)明實施例通過在葉片上設置渦流發(fā)生裝置可提高葉片的升力系數(shù)，且推遲了失速迎角，通過射流管對空氣進行加速，在射流管出口形成射流，對于近壁面附面層能量補充有積極作用，減緩了流動分離，在葉片上設置渦流發(fā)生裝置還可以更好的改善附面層與外界能量交換，更大程度利用風能，提升發(fā)電量，降低噪音。
[0060]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。
【主權項】
1.一種渦流發(fā)生裝置，其特征在于:包括兩個立板(11)和前后開口的兩個射流管(12)，兩個所述立板(11)之間具有間隔并且相互傾斜，兩個所述立板之間的距離由前端至后端逐漸增加，所述射流管(12)設置在所述立板(11)的下部，所述射流管(12)沿所述立板(11)的長度方向延伸。2.根據(jù)權利要求1所述的渦流發(fā)生裝置，其特征在于，所述射流管(12)的截面積由前端至后端逐漸減小。3.根據(jù)權利要求1所述的渦流發(fā)生裝置，其特征在于，所述渦流發(fā)生裝置(I)還包括底板(13)，所述底板(13)連接所述兩個射流管(12)的底部。4.根據(jù)權利要求3所述的渦流發(fā)生裝置，其特征在于，所述射流管(12)的前端開口的端面和后端開口的端面均與所述底板(13)垂直。5.根據(jù)權利要求1所述的渦流發(fā)生裝置，其特征在于，所述兩個立板(11)之間具有第一夾角，所述第一夾角的取值范圍是36°?46°。6.根據(jù)權利要求1所述的渦流發(fā)生裝置，其特征在于，各所述立板(11)的高度由前端至后端逐漸增加。7.根據(jù)權利要求1所述的渦流發(fā)生裝置，其特征在于，所述立板(11)與所述射流管(12)的上表面之間具有第二夾角，所述第二夾角的取值范圍是80°?110°。8.—種風力發(fā)電機組的葉片，包括如權利要求1-7中任一項所述的渦流發(fā)生裝置(I)，其特征在于，所述渦流發(fā)生裝置(I)固定在所述葉片背風面(4)上，兩個所述立板(11)的前端之間形成第一開口，兩個立板(11)的后端之間形成第二開口，所述第一開口朝向所述葉片的前緣(2)，所述第二開口朝向所述葉片的后緣(3);所述葉片上設有至少一排所述渦流發(fā)生裝置帶(100)，每排所述渦流發(fā)生裝置帶(100)具有至少兩個所述渦流發(fā)生裝置(I)。9.根據(jù)權利要求8所述的葉片，其特征在于，每排所述渦流發(fā)生裝置帶(100)中的每個所述渦流發(fā)生裝置(I)間隔地設置在所述葉片的長度方向上，每排所述渦流發(fā)生裝置帶(100)中的每個所述渦流發(fā)生裝置(I)設置在離葉根距離為所述葉片總長的10%-30%。10.根據(jù)權利要求9所述的葉片，其特征在于，至少一排所述渦流發(fā)生裝置帶(100)包括靠近所述葉片的前緣(2)的第一排所述渦流發(fā)生裝置帶(100)，第一排所述渦流發(fā)生裝置帶(100)中每個所述渦流發(fā)生裝置(I)到所述葉片的前緣(2)的距離與所述渦流發(fā)生裝置(I)所在位置的所述葉片的弦長的比值的取值范圍是20 %?35 %。11.根據(jù)權利要求10所述的葉片，其特征在于，至少一排所述渦流發(fā)生裝置帶(100)包括靠近所述葉片的后緣(3)的第二排所述渦流發(fā)生裝置帶(100)，第二排所述渦流發(fā)生裝置帶(100)中每個所述渦流發(fā)生裝置(I)到所述葉片的前緣(2)的距離與所述渦流發(fā)生裝置(I)所在位置的所述葉片的弦長比值的取值范圍是60%?80%。12.根據(jù)權利要求11所述的葉片，其特征在于，第一排所述渦流發(fā)生裝置帶(100)中的所述渦流發(fā)生裝置(I)的數(shù)量大于第二排所述渦流發(fā)生裝置帶(100)中的所述渦流發(fā)生裝置(I)的數(shù)量。13.根據(jù)權利要求8至12中任一項所述的葉片，其特征在于，沿所述葉片的長度方向的相鄰兩個所述渦流發(fā)生裝置(I)之間的最小間距與所述渦流發(fā)生裝置(I)的所述立板(11)的后端的高度的比值范圍是2?6。
【文檔編號】F03D1/06GK106050551SQ201610355991
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月25日
【發(fā)明人】戚中浩, 蘇少華
【申請人】新疆金風科技股份有限公司