CN109083807A - 带同轴射流叶片的h型垂直轴风力机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带同轴射流叶片的H型垂直轴风力机，同轴射流叶片内部靠近前缘处开设高压气腔，靠近尾缘处开设低压气腔，在同轴射流叶片的翼型表面两侧距离前缘位置3%弦长处分别开设喷气口，距离前缘位置80%弦长处分别开设吸气口，且两个喷气口分别通过各自的喷气管路连接高压气腔，高压气腔与安装在叶片下端的高压气泵连接，两个吸气口分别通过各自的吸气管路连接低压气腔，低压气腔与安装在叶片下端的真空泵连接，喷气管路和吸气管路上分别装有电磁阀。本发明可以保证射流贴近叶片翼型表面运动较长距离，在比较大的攻角范围内都能有效的抑制流动分离，从而更显著地提高风力机叶片的做功性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种H型垂直轴风力机，尤其是一种H型垂直轴风力机的叶片。
背景技术
目前的风力机发电机可分为水平轴式和垂直轴式两类，水平轴风力机输出功率较高、叶片直径一般在百米左右、所以要求的占地空间比较大，因此适合应用在风速较高、地域宽阔的地区。与水平轴风力机相比，垂直轴风力机无需考虑偏航对风因而结构相对简单，其发电机可安装在地面上因此安装、维修方便。此外，垂直轴风力机转速低，噪音小，比较适合在空间比较密集的城市使用。
由于叶片做功原理的不同垂直轴风力机又可分为升力型垂直轴风力机和阻力型风力机。升力型垂直轴风力机利用翼型的升力做功，风能利用率较高，但自启动性能差。阻力型风力机利用叶片受风的阻力运转做功，自启性能强，但风能利用率比较低。因此升力型垂直轴风力机，如图1，2所示，具有比阻力型垂直轴风力机更高的商业开发价值，而如何进一步提高升力型垂直轴风力机的气动性能是这种风力机能够得到更广泛应用的关键。有研究人员在升力型垂直轴风力机叶片上施加合成射流，即在翼型吸力面上开设具有可以产生某种振动机制的空腔，同时采用合成射流激励器交替吹吸周围流体而产生非连续射流，这种射流可以有效抑制大攻角下翼型表面的流动分离从而改善翼型的气动特性，但这种方法需要源源不断地向翼型表面喷射射流，且射流在翼型表面运动的距离有限，因此需要较大的外部能量输入才可以在较大工况范围内抑制翼型表面的流动分离改善翼型的气动特性。
现有在升力型垂直轴风力机叶片上施加合成射流的技术虽然能有效提高叶片的做功性能，但在叶片旋转做功的一个周期里需要不断喷射射流，如果要让射流在叶片表面运动比较长的距离来抑制流动分离，就需要比较大的能量输入，因此在工程中应用前景不大。
发明内容
本发明是要提供一种带同轴射流叶片的H型垂直轴风力机，该风力机在翼型表面开设喷气口和吸气口，在翼型内部设计高压气室通过气路喷射高速射流，射流从喷气口喷出，从叶片翼型前缘向尾缘运动，最后从近尾缘处的吸气口进入翼型内部的低压气室，这种方法可以保证射流贴近叶片翼型表面运动较长距离，在比较大的攻角范围内都能有效的抑制流动分离，从而更显著地提高风力机叶片的做功性能。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种带同轴射流叶片的H型垂直轴风力机，包括同轴射流叶片，所述同轴射流叶片内部靠近前缘处开设高压气腔，靠近尾缘处开设低压气腔，在同轴射流叶片的翼型表面两侧距离前缘位置3%弦长处分别开设喷气口，距离前缘位置80%弦长处分别开设吸气口，且两个喷气口分别通过各自的喷气管路连接高压气腔，高压气腔与安装在叶片下端的高压气泵连接，由高压气泵向高压腔内输入压力高于标准大气压的空气，并通过喷气管路经喷气口向翼型表面喷射高速射流；两个吸气口分别通过各自的吸气管路连接低压气腔，低压气腔与安装在叶片下端的真空泵连接，由真空泵抽吸低压气腔的空气，使低压气腔内形成真空，保证射流能够从喷气口喷出后，沿叶片表面运动一段距离后，从靠近叶片尾缘处的吸气口进入叶片内部的低压气室，所述喷气管路和吸气管路上分别装有电磁阀。
进一步，所述喷气口高度和吸气口高度分别为0.6%和1.2%叶片弦长，并沿吸气口和喷气口根部在垂直轴风力机叶片表面进行开槽，使射流可以有效的抑制翼型表面流动分离，提高翼型的气动性能。
进一步，当同轴射流叶片旋转到不同位置时，由所述电磁阀的开或关来控制射流从喷气口中喷出，并从吸气口中吸入。
进一步，所述高压气泵为变流量的高压气泵，通过控制变流量的高压气泵的流量来调节射流的速度。
本发明的有益效果是：
本发明在翼型表面开设喷气口和吸气口，在翼型内部设计高压气室通过气路喷射高速射流，射流从喷气口喷出，从叶片翼型前缘向尾缘运动，最后从近尾缘处的吸气口进入翼型内部的低压气室，这种方法可以保证射流贴近叶片翼型表面运动较长距离，在比较大的攻角范围内都能有效的抑制流动分离，从而更显著地提高风力机叶片的做功性能。
此外，当叶片旋转到不同位置时还可对射流的喷射进行有效的控制从而减小外部能量的输入。
附图说明
图1 为Φ型升力型垂直轴风力机示意图；
图2为H型升力型垂直轴风力机示意图；
图3为图2中沿A-A的剖视图；
图4为带同轴射流H-型垂直轴风力机的叶片结构立体示意图；
图5为图2中沿B-B的剖视图；
图6为射流叶片下面装有高压气泵和真空泵示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图2，3所示，一种带同轴射流叶片的H型垂直轴风力机，包括射流叶片10、转轴11、连杆12。多个同轴射流叶片10分别通过连杆12连接转轴11，转轴11连接发电机13。多个同轴射流叶片10沿旋转轨迹L运动，并经转轴11驱动发电机13转动发电。
如图4至图6所示，同轴射流叶片10内部靠近前缘处开设高压气腔1，同时靠近尾缘处开设低压气腔2，在同轴射流叶片10的翼型表面两侧距离前缘位置3%弦长处分别开设第一，二喷气口3，4和距离前缘位置80%弦长处分别开设第一，二吸气口5，6，且第一，二喷气口3，4分别通过第一喷气管路9、第二喷气管路10连接高压气腔1，高压气腔1与安装在叶片下端的高压气泵7连接，由高压气泵7向高压腔1内输入压力高于标准大气压的空气，并通过喷气管路经喷气口向翼型表面喷射高速射流；第一，二吸气口5，6分别通过第一吸气管路11、第二吸气管路12连接低压气腔2，低压气腔2与安装在叶片下端的真空泵8连接，由真空泵8抽吸低压气腔2的空气，使低压气腔2内形成真空（负压），保证射流能够从喷气口喷出后，沿叶片表面运动一段距离后，从靠近叶片尾缘处的吸气口进入叶片内部的低压气室。第一喷气管路9和第二喷气管路10上分别装有第一电磁阀13，第一吸气管路11和第二吸气管路12上分别装有第二电磁阀14。
低压腔2连接真空气泵8，在低压腔2内形成低于大气压的低压环境，保证射流在到达吸气口后流入低压腔内，通过控制气泵的流量来调节射流的速度。叶片旋转到不同位置时通过电磁阀的开或关控制射流从喷气口中喷出，并从吸气口中吸入。
另外，喷气口高度和吸气口高度分别为0.6%和1.2%叶片弦长，沿吸气口和喷气口根部在垂直轴风力机叶片表面进行开槽，研究结果表明在这种组合参数下，射流喷气口在翼型表面不同位置对抑制翼型表面流动分离的影响在（喷气口在3%翼型弦长时抑制分离的效果最佳）射流可以最为有效的抑制翼型表面流动分离，大幅度提高翼型的气动性能。
Claims (4)
1.一种带同轴射流叶片的H型垂直轴风力机，包括同轴射流叶片，其特征在于：所述同轴射流叶片内部靠近前缘处开设高压气腔，靠近尾缘处开设低压气腔，在同轴射流叶片的翼型表面两侧距离前缘位置3%弦长处分别开设喷气口，距离前缘位置80%弦长处分别开设吸气口，且两个喷气口分别通过各自的喷气管路连接高压气腔，高压气腔与安装在叶片下端的高压气泵连接，由高压气泵向高压腔内输入压力高于标准大气压的空气，并通过喷气管路经喷气口向翼型表面喷射高速射流；两个吸气口分别通过各自的吸气管路连接低压气腔，低压气腔与安装在叶片下端的真空泵连接，由真空泵抽吸低压气腔的空气，使低压气腔内形成真空，保证射流能够从喷气口喷出后，沿叶片表面运动一段距离后，从靠近叶片尾缘处的吸气口进入叶片内部的低压气室，所述喷气管路和吸气管路上分别装有电磁阀。
2.根据权利要求1所述的带同轴射流叶片的H型垂直轴风力机，其特征在于：所述喷气口高度和吸气口高度分别为0.6%和1.2%叶片弦长，并沿吸气口和喷气口根部在垂直轴风力机叶片表面进行开槽，使射流可以有效的抑制翼型表面流动分离，提高翼型的气动性能。
3.根据权利要求1所述的带同轴射流叶片的H型垂直轴风力机，其特征在于：当同轴射流叶片旋转到不同位置时，由所述电磁阀的开或关来控制射流从喷气口中喷出，并从吸气口中吸入。
4.根据权利要求1所述的带同轴射流叶片的H型垂直轴风力机，其特征在于：所述高压气泵为变流量的高压气泵，通过控制变流量的高压气泵的流量来调节射流的速度。
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