CN101169101A - 装有喷气襟翼翼型叶片的风力机叶轮 - Google Patents

装有喷气襟翼翼型叶片的风力机叶轮 Download PDF

Info

Publication number
CN101169101A
CN101169101A CNA2007101580273A CN200710158027A CN101169101A CN 101169101 A CN101169101 A CN 101169101A CN A2007101580273 A CNA2007101580273 A CN A2007101580273A CN 200710158027 A CN200710158027 A CN 200710158027A CN 101169101 A CN101169101 A CN 101169101A
Authority
CN
China
Prior art keywords
blade
fumarole
wind turbine
turbine impeller
aerofoil profile
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2007101580273A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101169101B (zh
Inventor
申振华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN2007101580273A priority Critical patent/CN101169101B/zh
Publication of CN101169101A publication Critical patent/CN101169101A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101169101B publication Critical patent/CN101169101B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Wind Motors (AREA)

Abstract

装有喷气襟翼翼型叶片的风力机叶轮，即在叶片的翼型尾缘或尾缘附近的压力面上，例如离前缘距离为80％～100％翼型弦长处开有一排喷气孔，从叶尖到叶根，或者在叶片的一个选定半径范围内，其喷气方向与翼型弦线所夹角度控制在15°～90°之间，用喷气代替常规襟翼的作用，既显著提高了风力机的输出功率，降低了起动风速，扩大其工作范围，又无须消耗额外动力，降低了发电成本；其中喷气是由叶片的旋转离心力抽取空心轮毂前方的风而产生的。

Description

装有喷气襟翼翼型叶片的风力机叶轮
技术领域
本发明涉及一种装有喷气襟翼翼型叶片的风力机叶轮，确切地说是一种水平轴风力机的叶片上具有射流产生的襟翼，属于风力机设计、制造和应用领域。
背景技术
几十年来，人们一直在追求如何更多地提高风力机的风能利用效率，US4197053提出了一种从空心轮毂前方被动进气，再从叶片尾缘喷气的方案，它降低了风力机的起动风速，从而扩大了风力机的工作范围。
CN03134065.2则大大拓宽了上述技术的应用范围，它考虑了工程需要，将叶片上的喷气孔开在压力面上，而且喷气方向为叶轮旋转的切线方向，即所谓“推力型工作原理”，实验结果证明，由于叶轮旋转产生的离心力的加功，使得喷气速度大大增加，对叶片所产生的推力大大增加，因而风力机的输出功率显著增加，这不仅降低了风力机的起动风速，扩大了风力机的有效工作范围，而且在风力机的正常运转情况下明显提高了其做功能力，而这才是决定风力机输出功率大小的关键时段；但是在实施这一技术时也存在一些问题，例如在设计状态下，安装角接近0度，叶片的喷气方向几乎是在叶轮的旋转平面内，即接近切向的，喷气的效果好，但是如在变桨距情况下，桨距角的些微改变都会影响叶片上相对于旋转平面的喷气方向，这显然会影响风力机的性能发挥。
风力机做功的关键部件是叶片，而叶片气动性能的好坏直接取决于翼型的性能；翼型弯度对其气动性能有很大的影响，有许多种方法可以对传统翼型的弯度进行修改；自20世纪70年代以来，国内外对格尼(Gurney)襟翼进行了大量研究，取得了一些好的结果。所谓Gurney襟翼，即在翼型尾缘沿叶片展向加装一块适当高度的小平板；研究表明，适当高度的襟翼，例如高度为2％翼型弦长的襟翼可以明显提高其气动性能，实际上Gurney襟翼有效地改变了翼型吸力面和压力面上的压力分布，增加了翼型的有效弯度，因而增加了绕流翼型的环量，明显提高了翼型的升力系数，并且在高度适当时，会使其升阻比有所提高。但是对于尾缘的理论厚度为0的叶片，这种技术实施起来并不容易，例如Guriney襟翼在与翼型的连接时的结构强度就会带来新问题；并且Gurney襟翼明显阻碍了压力面上的气流流动，因此在升力增加的同时，其阻力可能会有更大的增加；另外一个重要的问题还在于它不易控制，因此就出现了用一股与叶片表面成一定角度的喷气代替襟翼的方法，这就是喷气襟翼。喷气襟翼产生的效果与喷气在翼型弦线的位置，喷气的方向以及喷气量的大小有关；由于喷气量是可以控制的，因此比Gurney襟翼的效果更好，喷气量的大小则由产生喷气的气源来控制；通常的气源则是一台风机，当然这需要消耗额外的能量。Gurney襟翼技术通常可用于飞机机翼，直升机及旋转叶轮机械上，但是所有这些应用(如果有的话)，都是通过一台专用的风机供气，即都是主动喷气，需要消耗额外的能量。
发明内容
本发明的目的是弥补现有技术的不足，通过被动喷气襟翼的气体动力学方法增大翼型的弯度，提高翼型的空气动力学性能，从而显著提高风力机的性能而无须消耗额外的能量。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：装有喷气襟翼翼型叶片的风力机叶轮，包括空心叶片(10)和空心轮毂(11)，空心叶片(10)上设有喷气孔(16)。所述喷气孔(16)的中心线与翼型弦长(23)之间的夹角在15°～90°之间。
当风力机工作时，前方的风(1)从轮毂上的孔(12)进入，并通过轮毂周壁上的孔(9)进入叶片中的孔(13)，再从钝尾缘(18)或压力面(15)上的喷气孔(16)喷出。
本发明的优点是：比叶片尾缘切向喷气的方法实施更方便，效果更稳定；比通常的各种襟翼方法，叶片的重量减轻，结构更牢固；风力机的风能利用系数大大提高，使得发电成本降低；同时喷气襟翼方法也是可根据需要进行控制的。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的一个实施例。
图3为本发明的另一个实施例。
图4为图2的局部放大示意图。
图5为图3的局部放大示意图。
图6为叶片的翼型剖面示意图。
图7为叶片的钝尾缘翼型剖面示意图。
图8为本发明的风洞实验结果曲线。
图9为本发明的工作原理图。
具体实施方式
参照图1和9，本发明中的风力机风轮由叶片10和轮毂11组成，其中叶片10和轮毂11都是空心的，叶片10有吸力面14和压力面1，压力面15的尾缘附近有一排喷气孔16。当风力机工作时，前方的风1从轮毂上的孔12进入，并通过轮毂周壁上的孔9进入叶片中的孔13，再从压力面的喷气孔16喷出。喷气孔可以只分布在叶片压力面15上的叶尖区域、或叶片中部，或根部区域，也可分布在叶片尖部、中部或根部三者中的任意两个区域；也可分布在整个叶片压力面15上，从叶片根部到叶片尖部。
参照图2，这是本发明的一个实施例，叶片10装在轮毂11上，轮毂11周壁上有孔9与叶片上的孔13相通；叶片有前缘17和尾缘18，尾缘可以是尖的，也可以是钝的；在其尾缘或其附近的压力面一侧有一排喷气孔16。
参照图3，这是本发明的另一个实施例，叶片100装在轮毂110上，轮毂110是空心的，其上有孔120，而周壁上有孔90与叶片上的孔130相通；叶片有前缘170和尾缘180，尾缘可以是尖的，也可以是钝的；在其尾缘或其附近压力面一侧有一排喷气孔160。实际上，喷气孔的形状可以根据具体应用采取不同的形状，如椭圆形的等。
参照图4，这是图2的局部放大图，叶片10有前缘17，尾缘18，尾缘可以是尖的，也可以是钝的；前缘17与尾缘18之间的距离为23(简称翼型的弦长C)；叶片是空心的，有通气孔13；叶片压力面靠近尾缘处有一排矩形喷气孔16，其中心线距前缘17的距离为22；通气孔13与喷气孔16相通(图中未示出)；矩形喷气孔的长度为20，宽度为21，二矩形喷气孔之间距离为19；矩形喷气孔16距前缘17的距离22为翼型的弦长C的80％～100％(100％对应于钝尾缘的情况)，最好在95％左右；矩形喷气孔的宽度21为翼型弦长C的0.1％～5.0％；矩形喷气孔的长度20与宽度21之比为1.0～10.0；相邻矩形喷气孔之间的距离19与喷气孔的宽度比为0.3～10。
参照图5，这是图3的局部放大图，叶片100有前缘170，尾缘180，尾缘可以是尖的，也可以是钝的；前缘170与尾缘180之间的距离为230(简称翼型的弦长C)；叶片是空心的，有通气孔130；叶片压力面靠近尾缘处有一排圆形喷气孔160，其中心线距前缘170的距离为220；通气孔130与喷气孔160相通(图中未示出)；圆形喷气孔160的直径为210，相邻二圆形喷气孔之间距离为190；圆形喷气孔中心线距前缘170的距离220为翼型的弦长C的80％～100％，(其中100％对应于钝尾缘)最好在95％左右；圆形喷气孔的直径210为翼型弦长C的0.1％～5.0％；相邻圆形喷气孔之间的距离190与喷气孔直径160之比为0.3～10。
参照图6，这是叶片的翼型剖面示意图。翼型剖面示意图中有翼型的吸力面14，压力面15，前缘17，尾缘18，(尾缘可以是尖的，也可以是钝的)通气孔13，喷气孔16；通气孔13与喷气孔16相互联通，通气孔13的形状不限，依翼型的型面形状及叶片的强度要求而定，但二者之间的过渡应是光滑的；前缘17与尾缘18之间的距离为23(也称翼型的弦长C)；喷气孔16的截面形状可以是收缩的，也可以是等截面的或扩张形的；喷气孔16的中心线距前缘17的距离22为翼型弦长C的80％～100％(100％对应于钝尾缘)；喷气孔16的中心线与翼型弦长23之间的夹角为24，它控制了风力机工作时这些喷气孔的喷气方向，该夹角24在15°～90°之间。
参照图7，这是叶片的钝尾缘翼型剖面示意图。翼型剖面示意图中有翼型的吸力面14，压力面15，前缘17，尾缘18，(这里尾缘是钝的)通气孔13，喷气孔16；通气孔13与喷气孔16相互联通，通气孔13的形状不限，依翼型的型面形状及叶片的强度要求而定，但二者之间的过渡应是光滑的；前缘17与钝尾缘18之间的距离为23(也称翼型的弦长C)；喷气孔16的截面形状可以是收缩的，也可以是等截面的或扩张形的；喷气孔16位于钝尾缘平面18上，距前缘17的距离22为翼型弦长C的100％，这里22与23重合；喷气孔16的中心线与翼型弦长23之间的夹角为24，它控制了风力机工作时这些喷气孔的喷气方向，该夹角24在15°～90°之间。
本发明已经经过大量的风洞实验，参照图8可见，本发明的风力机模型不仅降低了对应的原型风力机的起动风速，而且显著提高了其输出功率。
尽管本发明是针对风力机而提出的，但是它的设计思想同样适用于所有的叶轮机械，如直升机旋翼的桨叶、轴流压气机和涡轮、螺旋桨等。

Claims (9)

1.一种装有喷气襟翼翼型叶片的风力机叶轮，包括空心叶片(10)和空心轮毂(11)，空心叶片(10)上设有喷气孔(16)，其特征在于：所述喷气孔(16)的中心线与翼型弦长(23)之间的夹角在15°～90°之间。
2.根据权利要求1所述的装有喷气襟翼翼型叶片的风力机叶轮，其特征在于：喷气孔(16)在叶片翼型压力面上靠近尾缘的位置，即其中心线离所说翼型前缘(17)的距离为其弦长C的80％～100％。
3.根据权利要求1所述的装有喷气襟翼翼型叶片的风力机叶轮，其特征在于：喷气孔(16)在叶片的钝尾缘翼型的尾缘平面(18)上，即其中心线离所说翼型前缘(17)的距离为其弦长C的100％。
4.根据权利要求1所述的装有喷气襟翼翼型叶片的风力机叶轮，其特征在于：喷气孔(16)的形状可以是矩形、圆形、椭圆或菱形。
5.根据权利要求1所述的装有喷气襟翼翼型叶片的风力机叶轮，其特征在于：喷气孔(16)可以分布在整个叶片上，即从叶片根部到叶片尖部，也可以仅仅分布在叶片的尖部、中部、根部或其中二者。
6.根据权利要求4所述的装有喷气襟翼翼型叶片的风力机叶轮，其特征在于：所述的喷气孔(16)呈矩形，其宽度(21)在翼型弦长的0.1％～5.0％之间，其长宽比在1.0～10.0之间。
7.根据权利要求4所述的装有喷气襟翼翼型叶片的风力机叶轮，其特征在于：喷气孔(16)的相邻二个矩形喷气孔之间的距离(19)与喷气孔的宽度(21)之比在0.3～10之间。
8.根据权利要求4所述的装有喷气襟翼翼型叶片的风力机叶轮，其特征在于：所述的喷气孔(16)呈圆形，其直径(210)在翼型弦长C的0.1％～5.0％之间；相邻二个圆形喷气孔之间的距离(190)与喷气孔(16)直径之比在0.3～10之间。
9.根据权利要求1或4所述的装有喷气襟翼翼型叶片的风力机叶轮，
其特征在于：喷气孔(16)的剖面形状可以是收缩的，或等截面的，或扩张的。
CN2007101580273A 2007-11-08 2007-11-08 装有喷气襟翼翼型叶片的风力机叶轮 Expired - Fee Related CN101169101B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2007101580273A CN101169101B (zh) 2007-11-08 2007-11-08 装有喷气襟翼翼型叶片的风力机叶轮

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2007101580273A CN101169101B (zh) 2007-11-08 2007-11-08 装有喷气襟翼翼型叶片的风力机叶轮

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101169101A true CN101169101A (zh) 2008-04-30
CN101169101B CN101169101B (zh) 2011-04-20

Family

ID=39389837

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2007101580273A Expired - Fee Related CN101169101B (zh) 2007-11-08 2007-11-08 装有喷气襟翼翼型叶片的风力机叶轮

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101169101B (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101644229A (zh) * 2008-07-30 2010-02-10 通用电气公司 风力涡轮机的叶片尖端形状
CN104389739A (zh) * 2014-09-12 2015-03-04 深圳邦忠风力发电科技股份有限公司 新型风叶后置型风电机组
CN104797811A (zh) * 2012-11-27 2015-07-22 南洋理工大学 风力涡轮机及启动或阻碍其旋转的方法
CN105781871A (zh) * 2016-03-25 2016-07-20 江苏大学 一种喷气式叶轮废气流发电装置
CN106014853A (zh) * 2016-07-12 2016-10-12 申振华 一种大型风力机叶片的厚翼型族
TWI593880B (zh) * 2016-10-07 2017-08-01 徐子圭 噴氣扇輪及具有該噴氣扇輪之發電裝置
CN107740748A (zh) * 2011-10-17 2018-02-27 科哈纳技术有限公司 具有向前喷吹槽的涡轮机叶片和系统
CN110594096A (zh) * 2019-10-25 2019-12-20 上海电气风电集团股份有限公司 叶片边界层流动控制系统及包括其的风力发电机组

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101644229A (zh) * 2008-07-30 2010-02-10 通用电气公司 风力涡轮机的叶片尖端形状
CN101644229B (zh) * 2008-07-30 2013-07-31 通用电气公司 风力涡轮机的叶片尖端形状
CN107740748A (zh) * 2011-10-17 2018-02-27 科哈纳技术有限公司 具有向前喷吹槽的涡轮机叶片和系统
CN107740748B (zh) * 2011-10-17 2019-11-22 科哈纳技术有限公司 具有向前喷吹槽的涡轮机叶片和系统
CN104797811A (zh) * 2012-11-27 2015-07-22 南洋理工大学 风力涡轮机及启动或阻碍其旋转的方法
CN104389739A (zh) * 2014-09-12 2015-03-04 深圳邦忠风力发电科技股份有限公司 新型风叶后置型风电机组
CN105781871A (zh) * 2016-03-25 2016-07-20 江苏大学 一种喷气式叶轮废气流发电装置
CN105781871B (zh) * 2016-03-25 2019-02-05 江苏大学 一种喷气式叶轮废气流发电装置
CN106014853A (zh) * 2016-07-12 2016-10-12 申振华 一种大型风力机叶片的厚翼型族
CN106014853B (zh) * 2016-07-12 2018-09-04 申振华 一种大型风力机叶片的厚翼型族
TWI593880B (zh) * 2016-10-07 2017-08-01 徐子圭 噴氣扇輪及具有該噴氣扇輪之發電裝置
CN110594096A (zh) * 2019-10-25 2019-12-20 上海电气风电集团股份有限公司 叶片边界层流动控制系统及包括其的风力发电机组

Also Published As

Publication number Publication date
CN101169101B (zh) 2011-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102046965B (zh) 带有辅助翼面的风力涡轮机叶片
CN101169101B (zh) 装有喷气襟翼翼型叶片的风力机叶轮
US8303250B2 (en) Method and apparatus for increasing lift on wind turbine blade
US4781523A (en) Fluid energy turbine
EP2141358A1 (en) Wind turbine blade having a spoiler with effective separation of airflow
EP3037656B1 (en) Rotor blade with vortex generators
CN206344995U (zh) 用于飞行器的涵道风扇
US10690112B2 (en) Fluid turbine rotor blade with winglet design
ZA200409235B (en) Improved turbine
EP2204578A2 (en) Partial arc shroud for wind turbine blades
CN101784790A (zh) 风车叶片及使用该风车叶片的风力发电装置
CN201116510Y (zh) 装有喷气襟翼翼型叶片的风力机叶轮
CN210859024U (zh) 一种具有翼刀和翼尖的潮流能水轮机叶片
US11028823B2 (en) Wind turbine blade with tip end serrations
EP3717769A1 (en) Wind turbine blade
EP3643877A1 (en) Ducted propulsor with airfoils having a leading edge with a deflected region
EP2759471B1 (en) Fluidfoil
CN102278272A (zh) 一种前突型水平轴风力机叶片
CN203441675U (zh) 一种新型垂直轴风力发电机的叶片
US20220307462A1 (en) Wind Turbine Blades and Wind Turbine Systems That Include a Co-flow Jet
CN114321010B (zh) 风轮结构及风机
CN213511024U (zh) 一种带有非对称小翼的风电机组叶片
EP3034871A1 (en) Rotor blade with an opening at the tip section
CN115750196A (zh) 风电叶片和风力发电机
CN203081653U (zh) 升阻型垂直轴风力发电机叶片

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20110420

Termination date: 20131108