CN110080939A - 一种涡流发生器、风机叶片及其制造方法 - Google Patents

一种涡流发生器、风机叶片及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种涡流发生器、风机叶片及其制造方法，其中涡流发生器包括一开设于叶片上的凹槽，所述凹槽为渐缩状，当气流流经凹槽附近时，在凹槽作用下产生高能旋涡，所述高能旋涡向下游发展，扰动叶片上表面的气流。本发明降低叶片质量；工艺上减少涡流发生器生产，安装周期，具有一定的降本意义；此外，本发明涡流发生器随叶片主体一体成型，无需附件粘贴至叶片表面，与传统安装型涡流发生器相比，具有极高的可可靠性，后期运行维护方便，运行维护成本低。功能上其可以满足现有涡流发生器的主要功能，即产生足够的扰动涡流，抑制下游流动分离，延缓失速。

Description

一种涡流发生器、风机叶片及其制造方法
技术领域
本发明涉及风机发电叶片领域，特别涉及一种涡流发生器、风机叶片及其制造方法。
背景技术
现代风力发电机叶片上通常会安装若干涡流发生器，用于产生高能翼尖涡，抑制翼型上表面流动分离，延迟失速，提高发电量。典型的涡流发生器结构如图1所示。其包括两个对称分布的翅片及一个底座，翅片通常垂直于底座且与流动方向呈一定夹角，各个专利已经公开了若干翅片2’的形状，如图2a～2e所示。涡流发生器的几何外形在流场中产生类似飞机机翼尖部的翼尖“涡”，翼尖“涡”通过旋转将边界层外部高速流体能量带入到边界层内，增加了边界层克服逆压梯度的能力，延迟了流动边界层的分离点，涡流发生器增加了叶片运行工况内的最大升力系数，提高了升阻比，进而提高了风能捕捉效率。
现有涡流发生器总是通过在叶片表面增加特定的气动附件，通过流动流经气动附件时产生的尾流来对下游叶片表面的流动产生扰动，从而抑制叶片表面的流动分离，延缓失速，增加叶片出功。为了在叶片表面安装气动附件，通常需要若干工序，如：需要额外的生产气动附件，在叶片表面定位，贴片等。现有技术要求下，需要在叶片表面贴附较多的涡流发生器单元，数量较大，贴片一旦完成，需要保证若干年可靠，因此对于贴片也有着较高的技术要求，且保证20年不损坏或者不脱落有很大的难度。此外，在叶片表面大量的增加气动附件也造成了叶片质量的增加，需要对叶根及塔筒等部位进行额外的加厚。这些问题均增加了叶片生产成本且造成叶片生产周期长，后期维护清洗困难等。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种新型的涡流发生器，结构上其可以降低叶片质量；工艺上减少涡流发生器生产，安装周期，具有一定的降本意义；此外，本发明涡流发生器随叶片主体一体成型，无需附件粘贴至叶片表面，与传统安装型涡流发生器相比，具有极高的可可靠性，后期运行维护方便，运行维护成本低。功能上其可以满足现有涡流发生器的主要功能，即产生足够的扰动涡流，抑制下游流动分离，延缓失速。
为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种涡流发生器，包括一开设于叶片上的凹槽，所述凹槽为渐缩状，当气流流经凹槽附近时，在凹槽作用下产生高能旋涡，所述高能旋涡向下游发展，扰动叶片上表面的气流。
优选地，所述的凹槽长度为10mm～500mm，凹槽深度为10mm～100mm，凹槽最宽度处宽度为10～80mm。
优选地，所述凹槽内侧面与叶片表面平滑过渡。
优选地，所述的凹槽沿气流流向呈流线型，并在所述凹槽内设有渐缩型的通道，使得所述气流从凹槽头部逐渐汇集到凹槽尾部，于凹槽尾部形成高速气流。
根据本发明又一实施例，一种风机叶片，包括：
多个述的涡流发生器；以及，
叶片本体；
多个所述的涡流发生器分别布置于叶片本体表面。
优选地，所述的涡流发生器与叶片本体一体灌注成型。
根据本发明又一实施例，一种风机叶片的制造方法，所述的方法包括：
根据上述的涡流发生器的设计尺寸生产若干个定位模块，所述定位模块与所述涡流发生器的凹槽相适配；
根据涡流发生器在叶片表面的定位，得到涡流发生器在叶片模具中的安装位置，并将定位模块粘贴至安装位置处；
在叶片模具上对玻璃纤维进行逐段铺层、放置夹心材料、再次铺层，并真空灌注到脱模；
对脱模后的叶片进行后处理。
优选地，所述涡流发生器的安装位置为：
涡流发生器在叶片模具吸力面或压力面上的安装位置。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明提供的一种新型涡流发生器，相比现有涡流发生器技术，涡流发生器与叶片同时成型，后续无需额外的生产，定位贴片等工序。
通过在叶片表面形成特殊形状来实现涡流发生器的功能，相比现有的涡流发生器，降低了叶片的重量。
流线型的外形相比现有涡流发生器可以减少流动阻力，提高升阻比。
本发明的涡流发生器可以有效的延迟翼型表面流动失速，延迟失速攻角2～5゜左右，提高升阻比30％～50％，靠近叶根部分的厚翼型的提高气动性能的效果更佳，本发明涡流发生器用于叶根部分，用于延迟失速，抑制叶根三维流动，可有效提高年发电量1％～2％左右，对于低风速区、地空气密度区域风场，提高发电量效果更好。
本发明提供的涡流发生器用于叶尖到叶根范围，可降低风机叶片的气动噪声，降低噪声为1～2dB。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为常见的涡流发生器结构图；
图2a～2e为各种不同形状的涡流发生器；
图3为本发明涡流发生器的结构示意图；
图4为本发明涡流发生器的又一结构示意图；
图5为本发明涡流发生器的局部放大图；
图6为本发明涡流发生器的气流流向图；
图7为本发明风机叶片的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下结合图3～图7，以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
图3示出了本发明涡流发生器的结构示意图，如图3所示，所述的涡流发生器10包括：一开设于叶片20上的凹槽101，具体地，该凹槽201从叶片表面开始扩展至叶片内部一定距离，所述凹槽101为渐缩状，当气流流经凹槽101附近时，在凹槽101作用下产生高能旋涡，所述高能旋涡向下游发展，扰动叶片20上表面的气流，延缓气流分离，从而延迟叶片的失速。
进一步地，上述凹槽101长度为10mm～500mm，最优为40mm～80mm，凹槽深度为10mm～100mm，最优为20～50mm。凹槽最宽处宽度为10～80mm，最优为20～50mm。
图4为本发明涡流发生器的又一结构示意图，如图4所示，上述凹槽内侧面1011与叶片表面平滑过渡，可以理解为该凹槽内侧面的边缘1012平滑过渡到叶片表面。
图5为本发明涡流发生器的局部放大图，如图5所示，所述的凹槽101沿气流流向呈流线型，并在所述凹槽101内设有渐缩型的通道1013，参见图6，当流动流经凹槽附近时，渐缩型的通道1013使得流动逐渐汇集，从而在凹槽尾部形成一股高速流动，增强凹槽尾流的扰动效果。
以上结合附图3～6描述了根据本发明实施例的涡流发生器。进一步地，本发明还可应用于风机叶片。
图7为本发明实施例提供的风机叶片的结构示意图，如图7所示，本实施例中，该风机叶片70包括多个上述的涡流发生器701以及叶片本体702，可以通过具体工作需要对涡流发生器在叶片本体的表面上进行合理的布局，即可以均匀或者不均匀的分布于叶片本体702表面。
需要说明的是，上述叶片本体702和涡流发生器701在模具内同时铺层一体灌注成型。
本发明实施例提供的风机叶片，与上述实施例提供的涡流发生器具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
以上结合图7描述了本发明实施例的风机叶片。进一步地，本发明还公开了一种风机叶片的制造方法，包括如下步骤：
S1，根据上述涡流发生器的设计尺寸设计生产若干个定位模块，该定位模块与本发明的涡流发生器凹槽可无缝互补装配；
S2，根据涡流发生器在叶片表面的定位，得到涡流发生器在叶片模具中的安装位置，并将定位模块粘贴至安装位置处。
具体地，根据涡流发生器在叶片表面的定位图纸，在叶片模具吸力面(SS面)或者压力面(PS面)上测量出涡流发生器的安装位置，将准备好的定位模块粘贴至叶片模具的固定位置。
S3，在叶片模具上对玻璃纤维进行逐段铺层、放置夹心材料、再次铺层，并真空灌注到脱模，脱模后得到一体成型的叶片。
S4，对脱模后的叶片进行后处理，具体地，对脱模后的叶片进行打磨和后处理，最后涂油漆层完成生产。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”、“第二”、“第三”等关系术语(如果存在)仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”、“包含”、“具有”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种涡流发生器，其特征在于，包括一开设于叶片上的凹槽，所述凹槽为渐缩状，当气流流经凹槽附近时，在凹槽作用下产生高能旋涡，所述高能旋涡向下游发展，扰动叶片上表面的气流。
2.如权利要求1所述的涡流发生器，其特征在于，所述的凹槽长度为10mm～500mm，凹槽深度为10mm～100mm，凹槽最宽度处宽度为10～80mm。
3.如权利要求1所述的涡流发生器，其特征在于，所述凹槽内侧面与叶片表面平滑过渡。
4.如权利要求1或3所述的涡流发生器，其特征在于，所述的凹槽沿气流流向呈流线型，并在所述凹槽内设有渐缩型的通道，使得所述气流从凹槽头部逐渐汇集到凹槽尾部，于凹槽尾部形成高速气流。
5.一种风机叶片，其特征在于，包括：
多个如权利要求1-4任一项所述的涡流发生器；以及，
叶片本体；
多个所述的涡流发生器分别布置于叶片本体表面。
6.如权利要求5所述的风机叶片，其特征在于，所述的涡流发生器与叶片本体一体灌注成型。
7.一种风机叶片的制造方法，其特征在于，所述的方法包括：
根据如权利要求1-4任一项所述的涡流发生器的设计尺寸生产若干个定位模块，所述定位模块与所述涡流发生器的凹槽相适配；
根据涡流发生器在叶片表面的定位，得到涡流发生器在叶片模具中的安装位置，并将定位模块粘贴至安装位置处；
在叶片模具上对玻璃纤维进行逐段铺层、放置夹心材料、再次铺层，并真空灌注到脱模；
对脱模后的叶片进行后处理。
8.如权利要求7所述的风机叶片的制造方法，其特征在于，所述涡流发生器的安装位置为：
涡流发生器在叶片模具吸力面或压力面上的安装位置。
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