CN205876599U - 一种减少风力机叶尖涡流的双段式小翼 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种减少风力机叶尖涡流的双段式小翼，属于风力机发电技术领域。双段式小翼(1)安装在风力机叶片(4)的叶尖(7)处。双段式小翼(1)包括一组非对称的叶片，即吸力面小翼(2)和压力面小翼(3)。吸力面小翼(2)位于风力机叶片(4)的叶片吸力面(5)一侧，压力面小翼(3)位于风力机叶片(4)的叶片压力面(6)一侧。吸力面小翼(2)与风力机叶片(4)法向夹角(α)为16°～19°，压力面小翼(3)与风力机叶片(4)法向夹角(β)为36°～39°。该种双段式小翼(1)能够削弱涡流的产生，增加升阻比，降低风力机运行产生的噪音，大幅度提高了叶片风能利用率及风力机的运行稳定性。

Description

一种减少风力机叶尖涡流的双段式小翼
技术领域
本实用新型涉及一种减少风力机叶尖涡流的双段式小翼，属于风力机发电技术领域。
背景技术
正常情况下，风力机叶片上下面的压力差是风力机升力的主要来源。伴随风力机的运行，在风力机叶尖处，上卷的气流会从叶尖向后拖起一条长长的涡流，涡流耗散着风力机的能量，导致风力机叶片风能利用率特别低。如果既要保持叶片上下面的压力差又不让气流从吸力面向上卷，只能把叶片做得足够长，让叶尖处的气流卷动相对于整条叶片来说变得不那么明显，但是叶片长度受到叶片结构的限制，叶片过长还会导致风力机运行不稳定。同时风力机在运行过程中，产生的噪音也比较大。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，提供一种减少风力机叶尖涡流的双段式小翼，在风力机叶尖位置采用一种非对称的双段式小翼来削弱涡流的产生，改善风力机叶片空气动力学特性，增加升阻比，降低了风力机运行产生的噪音，大幅度提高了叶片风能利用率及风力机的运行稳定性。
为解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案：
该种减少风力机叶尖涡流的双段式小翼安装在风力机叶片的叶尖处。所述双段式小翼包括一组非对称的叶片，即吸力面小翼和压力面小翼。所述吸力面小翼位于风力机叶片的叶片吸力面一侧。所述压力面小翼位于风力机叶片的叶片压力面一侧。吸力面小翼与风力机叶片法向夹角为16°～19°，压力面小翼与风力机叶片法向夹角为36°～39°。风力机运转时，来流经过风力机叶片，在叶尖处由于压力差产生叶尖涡流。在叶尖处加装该种非对称式小翼，其中压力面小翼会阻隔压力面流体向叶尖吸力面流动，同时吸力面小翼会增加叶尖吸力面流体压力，进一步减小叶尖压力面、吸力面两侧的压差，从而削弱叶尖涡流的产生。该种非对称设计削弱了叶尖涡流的强度从而减小了叶尖流动分离，改善了风力机叶片的空气动力学特性，提高了风轮的启动特性，进而提高了风力机的风能利用率。
前述的吸力面小翼与风力机叶片法向夹角为18°，压力面小翼与风力机叶片法向夹角为36°。安装角为18°的吸力面小翼可以有效增加吸力面压力，减小叶尖两侧压差。安装角为36°的压力面小翼既能有效阻隔压力面流体向吸力面流动，又不至于引起较大的空气阻力，相对于安装角度有一定的范围，该种具体的安装角度能够更好地削弱叶尖涡流的产生。
前述的吸力面小翼和压力面小翼均安装在叶尖的弦长处，即吸力面小翼前部和压力面小翼前部的安装点均位于叶尖前缘处，吸力面小翼尾部和压力面小翼尾部的安装点均位于叶尖后缘处，安装面折边长度与叶尖翼型弦长相等。该种安装方式避免了小翼在叶尖后缘处有未作用区域，减小后缘处的叶尖压差，从而减少流动损失。风力机实际运行时，叶尖受到风力机叶片本体带动导致受风面的压力较大，长期会导致叶尖发生翻转，该种设置使得双段式小翼产生的压力场能够补充叶尖上产生的压力场，提高了叶尖的气动效率，在提高风力机的风能利用率的同时，还提高了风力机的运行稳定性。
前述的吸力面小翼长度与叶尖翼型弦长相等，压力面小翼长度为吸力面小翼长度的1/2，构成非对称的双段式小翼，形成以较大曲率与风力机叶片相融合的曲面，保护了叶尖及双段式小翼附近的流场。当流体流过高度融合的双段式小翼时，会在小翼的垂直入流方向产生一个附加的法向力，该法向力的分量一部分产生升力，该升力与风力机叶片升力的方向相同，从而增加了叶片升力；另一部分分量则进一步抵消风力机叶片的阻力，在叶片升力增加的同时阻力减小，因而增加了风力机叶片的升阻比，降低了风力机的阻力系数。
前述的吸力面小翼和压力面小翼的翼型剖面为三角形，吸力面小翼厚度和压力面小翼厚度均从根部开始沿展长方向由大变小。该小翼作为风力机叶片的延伸，有一定程度的削尖和后掠，以分散尾涡，减小其强度。
前述的吸力面小翼尾部和压力面小翼尾部均成锯齿状，每个锯齿的齿高为吸力面小翼长度的0.25倍，齿宽为齿高的1～1.2倍。锯齿形设计改善了小翼尾缘气动特性，将小翼尾缘大尺度脱落涡破碎成小尺度脱落涡，从而降低了小翼尾缘脱落涡噪声。同时叶尖小翼还抑制了风力机叶片叶尖涡噪声。总体上降低了风力机风轮运行时产生的气动噪声。
与现有技术相比，本实用新型的有益之处在于：在风力机运行过程中，该种非对称的双段式小翼中的压力面小翼阻隔压力面流体向叶尖吸力面流动，同时吸力面小翼减小了叶尖的压差，从而削弱了叶尖涡流的产生。另外小翼产生的尾涡在一定程度上能够削弱一部分叶尖涡流，进一步达到减弱涡流的目的，进而改善风力机叶片空气动力学特性。该双段式小翼明显削弱风力机叶片展向流动，增加了升阻比，降低了风力机的阻力系数。通过双段式小翼尾部锯齿状的设计，降低了风力机产生的噪音，大幅度提高了叶片风能利用率及风力机的运行稳定性。
附图说明
图1是本实用新型中风力机的整体结构示意图；
图2是图1中A的局部放大示意图；
图3是本实用新型中双段式小翼的结构示意图；
图4是图3中G的局部放大示意图。
附图标记的含义：1-双段式小翼，2-吸力面小翼，3-压力面小翼，4-风力机叶片，5-叶片吸力面，6-叶片压力面，7-叶尖，α-吸力面小翼与风力机叶片法向夹角，β-压力面小翼与风力机叶片法向夹角，b-齿宽，h-齿高，t1-吸力面小翼厚度,t2-压力面小翼厚度,B-叶尖翼型弦长，C-叶尖前缘，D-叶尖后缘，E1-吸力面小翼前部，E2-压力面小翼前部，F1-吸力面小翼尾部，F2-压力面小翼尾部，L1-吸力面小翼长度，L2-压力面小翼长度。
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。
具体实施方式
本实用新型的实施例1：如图1、图2、图3和图4所示，该种减少风力机叶尖涡流的双段式小翼1安装在风力机叶片4的叶尖7处。双段式小翼1包括一组非对称的叶片，即吸力面小翼2和压力面小翼3。吸力面小翼2位于风力机叶片4的叶片吸力面5一侧。压力面小翼3位于风力机叶片4的叶片压力面6一侧。吸力面小翼2与风力机叶片4法向夹角α为18°，压力面小翼3与风力机叶片4法向夹角β为36°。安装角为18°的吸力面小翼2可以有效增加吸力面压力，减小叶尖7两侧压差。安装角为36°的压力面小翼3既能有效阻隔压力面流体向吸力面流动，又不至于引起较大的空气阻力，该种布置能够更好地削弱叶尖涡流的产生。
吸力面小翼2和压力面小翼3均安装在叶尖7的弦长处，即吸力面小翼前部E1和压力面小翼前部E2的安装点均位于叶尖前缘C处，吸力面小翼尾部F1和压力面小翼尾部F2的安装点均位于叶尖后缘D处，安装面折边长度与叶尖翼型弦长B相等。该种安装方式避免了小翼在叶尖后缘D处有未作用区域，减小后缘处的叶尖7压差，从而减少流动损失。风力机实际运行时，叶尖7受到风力机叶片4本体带动导致受风面的压力较大，长期会导致叶尖7发生翻转，该种设置使得双段式小翼1产生的压力场能够补充叶尖7上产生的压力场，提高了叶尖7的气动效率，在提高风力机的风能利用率的同时，还提高了风力机的运行稳定性。吸力面小翼长度L1与叶尖翼型弦长B相等，压力面小翼长度L2为吸力面小翼长度L1的1/2，构成非对称的双段式小翼1，形成以较大曲率与风力机叶片4相融合的曲面，保护了叶尖7及双段式小翼1附近的流场。当流体流过高度融合的双段式小翼1时，会在小翼的垂直入流方向产生一个附加的法向力，该法向力的分量一部分产生升力，该升力与风力机叶片4升力的方向相同，从而增加了叶片升力；另一部分分量则进一步抵消风力机叶片4的阻力，在叶片升力增加的同时阻力减小，因而增加了风力机叶片4的升阻比，降低了风力机的阻力系数。吸力面小翼2和压力面小翼3的翼型剖面为三角形，吸力面小翼厚度t1和压力面小翼厚度t2均从根部开始沿展长方向由大变小。该小翼作为风力机叶片4的延伸，有一定程度的削尖和后掠，以分散尾涡，减小其强度。吸力面小翼尾部F1和压力面小翼尾部F2均成锯齿状，每个锯齿的齿高h为吸力面小翼长度L1的0.25倍，齿宽b为齿高h的1.2倍。锯齿形设计改善了小翼尾缘气动特性，将小翼尾缘大尺度脱落涡破碎成小尺度脱落涡，从而降低了小翼尾缘脱落涡噪声。同时叶尖7小翼还抑制了风力机叶片4叶尖涡噪声。总体上降低了风力机风轮运行时产生的气动噪声。
实施例2：如图2和图3所示，该种减少风力机叶尖涡流的双段式小翼1安装在风力机叶片4的叶尖7处。双段式小翼1包括一组非对称的叶片，即吸力面小翼2和压力面小翼3。吸力面小翼2位于风力机叶片4的叶片吸力面5一侧。压力面小翼3位于风力机叶片4的叶片压力面6一侧。吸力面小翼2与风力机叶片4法向夹角α为19°，压力面小翼3与风力机叶片4法向夹角β为39°。风力机运转时，来流经过风力机叶片4，在叶尖7处由于压力差产生叶尖涡流。在叶尖7处加装该种非对称式小翼，其中压力面小翼3会阻隔压力面流体向叶尖7吸力面流动，同时吸力面小翼2会增加叶尖7吸力面流体压力，进一步减小叶尖7压力面、吸力面两侧的压差，从而削弱叶尖涡流的产生。该种非对称设计削弱了叶尖涡流的强度从而减小了叶尖7流动分离，改善了风力机叶片4的空气动力学特性，提高了风轮的启动特性，进而提高了风力机的风能利用率。

Claims (6)

1.一种减少风力机叶尖涡流的双段式小翼，其特征在于，所述双段式小翼(1)安装在风力机叶片(4)的叶尖(7)处；所述双段式小翼(1)包括一组非对称的叶片，即吸力面小翼(2)和压力面小翼(3)；
所述吸力面小翼(2)位于风力机叶片(4)的叶片吸力面(5)一侧；所述压力面小翼(3)位于风力机叶片(4)的叶片压力面(6)一侧；吸力面小翼(2)与风力机叶片(4)法向夹角(α)为16°～19°，压力面小翼(3)与风力机叶片(4)法向夹角(β)为36°～39°。
2.根据权利要求1所述的一种减少风力机叶尖涡流的双段式小翼，其特征在于，所述吸力面小翼(2)与风力机叶片(4)法向夹角(α)为18°，压力面小翼(3)与风力机叶片(4)法向夹角(β)为36°。
3.根据权利要求2所述的一种减少风力机叶尖涡流的双段式小翼，其特征在于，所述吸力面小翼(2)和压力面小翼(3)均安装在叶尖(7)的弦长处，即吸力面小翼前部(E1)和压力面小翼前部(E2)的安装点均位于叶尖前缘(C)处，吸力面小翼尾部(F1)和压力面小翼尾部(F2)的安装点均位于叶尖后缘(D)处，安装面折边长度与叶尖翼型弦长(B)相等。
4.根据权利要求3所述的一种减少风力机叶尖涡流的双段式小翼，其特征在于，吸力面小翼长度(L1)与叶尖翼型弦长(B)相等，压力面小翼长度(L2)为吸力面小翼长度(L1)的1/2。
5.根据权利要求1所述的一种减少风力机叶尖涡流的双段式小翼，其特征在于，吸力面小翼(2)和压力面小翼(3)的翼型剖面为三角形，吸力面小翼厚度(t1)和压力面小翼厚度(t2)均从根部开始沿展长方向由大变小。
6.根据权利要求5所述的一种减少风力机叶尖涡流的双段式小翼，其特征在于，吸力面小翼尾部(F1)和压力面小翼尾部(F2)均成锯齿状，每个锯齿的齿高(h)为吸力面小翼长度(L1)的0.25倍，齿宽(b)为齿高(h)的1～1.2倍。
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