CN108468619B - 一种离心式风力机叶片射流增功装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种离心式风力机叶片射流增功装置，包括风力机叶片,其中：风力机叶片内沿风力机叶片叶片变桨轴线设置有涵道，风力机叶片的叶根表面加工有进气孔，风力机叶片的叶尖表面加工有排气孔，进气孔和排气孔均与涵道连通，风力机叶片旋转时，由于离心力效应使风力机叶片的叶根和叶尖处产生压差，部分经过风力机叶片叶根的气流被进气孔吸入，从而减小风力机叶片的叶根处分离流，被进气孔吸入的气流经涵道后，从排气孔甩出，从而减弱或阻断风力机叶片的叶尖涡的形成，实现离心式风力机叶片射流增功。本发明结构和实施简单、技术原理清晰、制造成本低、无需维护、有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于风力发电机叶片的技术领域，特别涉及一种离心式风力机叶片射流增功装置。
背景技术
未来20年内世界的能源需求还将增长30%，在化石能源带来的巨大环境问题下，风力发电作为一种清洁无污染的可再生能源，储量巨大，开发前景广阔，将成为未来能源的重要组成部分。
风力机在发电过程中存在最大风能利用效率，根据贝兹理论，风力机的最大效率最大为0.593，但是大型风力机在复杂环境和载荷下工作，涉及的流动问题高度复杂。在叶片根部区域，由于当地攻角较大以及耦合离心力和科氏力的共同作用下，此区域表现为高度三维的大分离流动和显著的三维旋转效应，带来较大的分离流动损失；在叶片尖部区域，由于上下压差巨大，气流由压力面向受压面卷起形成连续的、高涡量强度的脱落涡结构，表现为较为严重的叶尖涡脱落气动损失。
当前为增加风力机的风能利用效率研究人员开发设计了一些装置来提升风力机的效率，如为加装涡流发生器、阻力板、叶尖小翼和格尼襟翼等，这些工作主要目的是叶片表面加装部件，以减小或消除叶片不同区域的分离流动特性，改善叶片气动效率。但是这些结构较为复杂，而且无法同时解决根部分离和叶尖涡导致的气动效率下降问题。
发明内容
本发明将叶片根部分离和叶尖涡导致的气动效率下降问题进行联合考虑，提出一种离心式风力机叶片射流增功装置，其能有效改善风力机叶片的气动效率，原理清晰、结构和实施简单、会具有广阔的市场应用前景。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种离心式风力机叶片射流增功装置，包括风力机叶片,其中：风力机叶片内沿风力机叶片叶片变桨轴线设置有涵道，风力机叶片的叶根表面加工有进气孔，风力机叶片的叶尖表面加工有排气孔，进气孔和排气孔均与涵道连通，风力机叶片旋转时，由于离心力效应使风力机叶片的叶根和叶尖处产生压差，部分经过风力机叶片叶根的气流被进气孔吸入，从而减小风力机叶片的叶根处分离流，被进气孔吸入的气流经涵道后，从排气孔甩出，从而减弱或阻断风力机叶片的叶尖涡的形成，实现离心式风力机叶片射流增功。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
上述的进气孔包括前缘进气孔和后缘进气孔，前缘进气孔开设在风力机叶片的叶根前缘，后缘进气孔开设在风力机叶片的叶根的弦面的中部位置至叶根后缘上，前缘进气孔和后缘进气孔均与涵道连通。
上述的后缘进气孔通过引流管与涵道连通。
上述的风力机叶片由上半叶片和下半叶片组成，涵道、前缘进气孔、引流管及排气孔分别对称半切在两叶片上，两叶片配合组装后形成完整的、前缘进气孔、引流管及排气孔。
上述的前缘进气孔的数量为2-10个，从叶根处向叶尖方向布设到20%叶片长度处。
上述的后缘进气孔沿风力机叶片弦向均匀排列2-4排，每排2-10个，后缘进气孔从叶根处向叶尖方向布设到20%叶片长度处。
上述的引流管垂直于后缘进气孔，同弦向的后缘进气孔对应一个引流管。
上述的排气孔的数量为3-5个，均匀分布在风力机叶片的叶尖上。
上述的涵道、前缘进气孔、后缘进气孔、引流管及排气孔内部壁面均为光滑、平整的壁面。
本发明的离心式风力机叶片射流增功装置，包括汲取风能的风力机叶片、圆柱形的涵道、进气孔、引流管和排气孔。涵道贯通连接叶尖和叶根处的前缘进气孔及排气孔，后缘进气孔经由引流管连通至涵道。当风力发电机开始工作，叶片开始旋转，在气流流过叶片时形成的压差以及叶片旋转带来的离心力共同的作用下，气流自发的从叶根处，经由前缘进气孔和后缘进气孔流进，在叶尖排气孔处不断被甩出。这使得叶根处的分离流动减弱，增加叶片功率输出。同时，叶尖处流出的气流，也大幅减弱或阻断了叶尖涡的形成，使得叶尖损失大幅下降，进而增加对叶片的功率输出。通过设置多个前缘进气孔及后缘进气孔，可以多方位吸纳叶根气流，进一步降低叶根处的分离流动。
附图说明
图1是上半叶片的结构示意图；
图2是下半叶片的结构示意图；
图3是风力机叶片叶根处的半剖图；
图4是图3的A-A剖视图。
其中的附图标记为：风力机叶片1、上半叶片1a、下半叶片1b、涵道2、前缘进气孔3、后缘进气孔4、引流管5、排气孔6。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作详细说明。
本发明公开了一种离心式风力机叶片射流增功装置，包括风力机叶片1和叶片内的一段圆柱形的涵道2及进、排气孔。风力机叶片由上半叶片1a以及下半叶片1b组成，相应的叶片内的涵道2、前缘进气孔3、引流管5及排气孔6分别对称加工在两叶片上。两叶片配合组装后形成完整的涵道2、前缘进气孔3、引流管5和排气孔6。涵道2的中心轴线固定与叶片变桨轴线重合。而后缘进气孔4则只加工在上半叶片1a的弦向后缘部分。前缘进气孔3、后缘进气孔4、引流管5以及排气管6在叶根处按照特定的位置分布整齐排列。前缘进气孔3在上、下叶片的前缘结合处，均匀布置2-10个气孔，展向从叶根处至20%叶片长度处；后缘进气孔4布置在叶根的弦面的中部位置至叶根后缘上，沿弦向均匀排列2到4排、每排2-10个圆管阵列展向从叶根处至20%叶片长度处；引流管5垂直于后缘进气孔4的方向，每条管道将同弦向的后缘进气孔4连通至涵道；排气孔6位于上半叶片1a和下半叶片1b在叶尖的接合处，等距分布3-5个圆孔。前缘进气孔3、后缘进气孔4、引流管5及排气孔6均通向涵道2并与之平滑相连，气孔另一端连通至风机叶片的叶尖及叶根处表面。涵道2、前缘进气孔3、后缘进气孔4、引流管5及排气孔6内部都为光滑、平整的内壁面。
本发明利用风力机叶片旋转时产生的离心力效应以及叶根、叶尖处因气流流过产生的压差效应，迫使叶根周围气流不断从叶根处的压力前缘进气孔3、后缘进气孔4流进涵道2内，使叶根处的分离流动减弱，降低其造成的流动阻力，增加叶片功率输出。再通过排气孔6将涵道2内的气流甩出，借由被甩出的气流来大幅减弱或阻断叶尖涡的形成，使得叶尖损失大幅下降，进而增加对叶片的功率输出。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种离心式风力机叶片射流增功装置，包括风力机叶片(1),其特征是：所述的风力机叶片(1)内沿风力机叶片(1)叶片变桨轴线设置有涵道(2)，所述的风力机叶片(1)的叶根表面加工有进气孔，所述的风力机叶片(1)的叶尖表面加工有排气孔(6)，所述的进气孔和排气孔(6)均与涵道(2)连通，所述的风力机叶片(1)旋转时，由于离心力效应使风力机叶片(1)的叶根和叶尖处产生压差，部分经过风力机叶片(1)叶根的气流被进气孔吸入，从而减小风力机叶片(1)的叶根处分离流，被进气孔吸入的气流经涵道(2)后，从排气孔(6)甩出，从而减弱或阻断风力机叶片(1)的叶尖涡的形成，实现离心式风力机叶片射流增功。
2.根据权利要求1所述的一种离心式风力机叶片射流增功装置，其特征是：所述的进气孔包括前缘进气孔(3)和后缘进气孔(4)，所述的前缘进气孔(3)开设在风力机叶片(1)的叶根前缘，所述的后缘进气孔(4)开设在风力机叶片(1)的叶根的弦面的中部位置至叶根后缘上，所述的前缘进气孔(3)和后缘进气孔(4)均与涵道(2)连通。
3.根据权利要求2所述的一种离心式风力机叶片射流增功装置，其特征是：所述的后缘进气孔(4)通过引流管(5)与涵道(2)连通。
4.根据权利要求3所述的一种离心式风力机叶片射流增功装置，其特征是：所述的风力机叶片(1)由上半叶片(1a)和下半叶片(1b)组成，所述的涵道(2)、前缘进气孔(3)、引流管(5)及排气孔(6)分别对称半切在两叶片上，两叶片配合组装后形成完整的(2)、前缘进气孔(3)、引流管(5)及排气孔(6)。
5.根据权利要求4所述的一种离心式风力机叶片射流增功装置，其特征是：所述的前缘进气孔(3)的数量为2-10个，从叶根处向叶尖方向布设到20%叶片长度处。
6.根据权利要求4所述的一种离心式风力机叶片射流增功装置，其特征是：所述的后缘进气孔(4)沿风力机叶片(1)弦向均匀排列2-4排，每排2-10个，后缘进气孔(4)从叶根处向叶尖方向布设到20%叶片长度处。
7.根据权利要求6所述的一种离心式风力机叶片射流增功装置，其特征是：所述的引流管(5)垂直于后缘进气孔(4)，同弦向的后缘进气孔(4)对应一个引流管(5)。
8.根据权利要求4所述的一种离心式风力机叶片射流增功装置，其特征是：所述的排气孔(6)的数量为3-5个，均匀分布在风力机叶片(1)的叶尖上。
9.根据权利要求4所述的一种离心式风力机叶片射流增功装置，其特征是：所述的涵道(2)、前缘进气孔(3)、后缘进气孔(4)、引流管(5)及排气孔(6)内部壁面均为光滑、平整的壁面。
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