风力机叶片及用于风力机叶片的涡流发生器安装条的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种风力机叶片及用于风力机叶片的涡流发生器安装条，包括叶片本体，其特征是：在所述叶片本体上沿低风速吸力面流动分离起始线设置涡流发生器安装条，所述涡流发生器安装条为多条首尾相接；每条涡流发生器安装条包括基座和设置在基座上的n对涡流发生器，n为正整数。每对涡流发生器包括两个呈三角形片状的涡流发生器片体。所述涡流发生器安装条的后缘线贴合低风速下的流动分离线。整个涡流器安装条处于低风速吸力面流动分离起始线和大风速吸力面流动分离起始线之间的区域。本发明提高失速型风机在低风速下的发电功率，并且在大风速下涡流发生器不起作用，以防止失速型风机在大风速下发电过载，超过电机额定功率，导致机组停机。
【专利说明】
风力机叶片及用于风力机叶片的涡流发生器安装条
技术领域
[0001]本发明涉及一种风力机叶片及用于风力机叶片的涡流发生器安装条，属于风力机叶片气动技术领域。
【背景技术】
[0002]风力机叶片是风力机的核心工作部件，风力机输出电能正是通过风力机叶片从流通空气中获得，即风能-机械能-电能。因而风力机叶片从空气中捕获风能的大小将直接关系到自身的能量输出，其中最直观的体现就是风力机的Cp值，即风能利用系数。风力机叶片的气动特性直接影响叶片的Cp值。
[0003]风力机运行中，在叶片的根部或大部分叶展范围都有可能发生流动分离，影响风力机的捕获效率。祸流发生器(Vortex Generators，VGs)是一种控制流动分离的有效方法。从空气动力学原理来说，叶片加装VGs后，将叶片流动边界层内的低能量流体与外层的高能量流体进行掺混，相当于向边界层内注入了新的涡流能量，保持边界层速度型的饱满，从而达到增加涡诱导升力和延缓、阻止分离的目的，使叶片能够保持较好的升力特性，增加风轮的功率输出。
[0004]目前对加装涡流发生器提高变桨型风力机Cp值的发明专利已经不少，但是针对国内风场中早期失速型风机的改进设计方案并不多见。然而中国风场中仍有大量的早期失速型风机正在运行，对于这些失速型风机而言，提高最大Cp值作用并不大。失速型风机在达到最大Cp值对应的风速下时已经是处于满发状态，再提高Cp值并不能提高风力机的输出，反而容易导致电机过载而停机，从而降低了风机的经济性。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种风力机叶片及用于风力机叶片的涡流发生器安装条，提高失速型风机在低风速下的发电功率，并且在大风速下涡流发生器不起作用，以防止失速型风机在大风速下发电过载，超过电机额定功率，导致机组停机。
[0006]按照本发明提供的技术方案，所述风力机叶片，包括叶片本体，其特征是:在所述叶片本体上沿低风速吸力面流动分离起始线设置涡流发生器安装条，所述涡流发生器安装条为多条首尾相接;每条涡流发生器安装条包括基座和设置在基座上的η对涡流发生器，η为正整数。
[0007]进一步的，每对涡流发生器包括两个呈三角形片状的涡流发生器片体。
[0008]进一步的，所述涡流发生器片体的高度为Η，Η=δ，δ为叶片本体表面的附面层高度；所述涡流发生器片体的长度为3.6Η;每对涡流发生器的两个涡流发生器片体的迎角为15?16°;每对涡流发生器的两个涡流发生器片体尖端的距离为2Η，相邻两对涡流发生器的相邻两个涡流发生器片体尖端的距离为5Η。
[0009]进一步的，所述基座的厚度为0.045，基座的总长度为5 X 7Η，宽度为5Η。
[0010]进一步的，所述涡流发生器安装条的后缘线贴合低风速下的流动分离线。
[0011]进一步的，整个涡流器安装条处于低风速吸力面流动分离起始线和大风速吸力面流动分离起始线之间的区域。
[0012]进一步的，所述基座和涡流发生器采用一体化制造。
[0013]进一步的，所述涡流发生器安装条采用胶粘接在叶片本体上。
[0014]所述涡流发生器安装条，其特征是:包括基座和设置在基座上的η对涡流发生器，η为正整数;每对涡流发生器包括两个呈三角形片状的涡流发生器片体。
[0015]进一步的，所述涡流发生器片体的高度为Η，Η=δ，δ为叶片本体表面的附面层高度；所述涡流发生器片体的长度为3.6Η;每对涡流发生器的两个涡流发生器片体的迎角为15?16°;每对涡流发生器的两个涡流发生器片体尖端的距离为2Η，相邻两对涡流发生器的相邻两个涡流发生器片体尖端的距离为5Η;所述基座的厚度为0.04δ，基座的总长度为5 X 7Η，宽度为5Η。
[0016]本发明具有以下优点:(I)本发明能够减少失速型风机在低风速的流动分离区域，提高失速型风机在低风速在运行的发电量；(2)本发明运用涡流发生器，推迟风力机叶片吸力面的流动分离，缩小分离面积，增大叶片的转矩，从而提高风力机的发电量；(3)在结构上采用胶粘的方式安装到叶片上，对叶片结构本身没有要求，从而可以对老风场的风力机进行改装，提高经济效益；(4)对于目前已经安装并发电的风力机组，本发明提出的涡流发生器设计方案可以进行加装涡流发生器，采用胶粘的方式安装到叶片上，对叶片结构本身没有要求，从而可以对老风场的风力机进行改装，提高风力机的输出功率，带来更好的经济效益。
【附图说明】
[0017]图1为叶片模型吸力面两种风速下的流动分离起始线的示意图。
[0018]图2为真实应用中的风力机叶片的示意图。
[0019]图3为图2的局部放大图。
[0020]图4为涡流发生器安装条的示意图。
【具体实施方式】
[0021 ]下面结合具体附图对本发明作进一步说明。
[0022]首先根据实际风场机组叶片建立3D模型，然后划分网格，结合风场平均风速以及风机额定风速，进行CFD模拟仿真，对仿真结果进行处理，得出叶片吸力面的流动情况。
[0023]根据吸力面的流动情况，划分出流动分离区域与非流动分离区域，在其交界处为流动分离的起始线，如图1所示，线条I为风机在大风速下运转时风轮叶片吸力面流动分离起始线，线条2为风机在低风速下运转时风轮叶片吸力面流动分离起始线。通常情况下流动分离的起始线并不是如图1所示的直线，只是为了实际工程情况，简化为直线，便于在叶片表面划线安装。
[0024]同时，仿真结果可以得出，在分离交界处叶片表面附面层的高度δ，一般通过查看附近若干叶片表面的速度形分布，大体可以得出附面层高度的量级，由此决定了涡流发生器的高度，因为涡流发生器的作用机理在于将边界层外的高能流体掺混到边界层内部的低能区域，相当于向边界层内部注入新的涡流能量，从而抑制了流动分离。
[0025]根据计算测量的附面层高度δ，确定涡流发生器的高度H，结合工程实际情况和生产制造情况进行取舍，两者高度值处于同一量级范围内，建议涡流发生器的高度H ? δ。
[0026]根据大量的数值仿真计算及优化，设定涡流发生器长度为3.6Η，涡流发生器的迎角β=15?16° (迎角为涡流发生器片自身方向与来流方向的夹角，如图4所示)，并且两个为一对，正负15?16°迎角，之间距离为2Η，以涡流发生器片头尖点测量。并且以7Η距离为周期布置，五对涡流发生器作为一条安装带，相比单独一对涡流发生器的安装，以安装带形式的方式能够减轻在风机叶片上安装时的工作量。
[0027]安装时最好在安装的叶片表面区域进行打磨处理，毕竟安装的机组是已经投入运行的机组，叶片表面的粗糙度、附着物都会影响涡流发生器条的安装，安装时使用3Μ胶胶粘方式，基本24hS卩可固化，牢固。
[0028]即使叶片表面安装涡流发生器条时发生安装错误或者遗失等情况，采用一体化成形的安装条也可以迅速方便的替换补齐，包括以后风机机组的维护也可以方便快捷的替换或者拆卸。
[0029]以年平均风速7.5m/s的风场来说，失速型风机机组加装涡流发生器与未安装涡流发生器的机组相比，最大输出功率可以提高2%到3%左右。
[0030]具体地，如图2、图3所示，本发明所述风力机叶片，包括叶片本体10，在叶片本体1上沿低风速吸力面流动分离起始线设置涡流发生器安装条20，以延缓叶片表面的流动分离，涡流发生器安装条20的后缘线贴合低风速下的流动分离线，并且确保整个涡流器安装条20处于低风速吸力面流动分离起始线和大风速吸力面流动分离起始线之间的区域;所述涡流发生器安装条20为多条首尾相接，如图4所示，每条涡流发生器安装条20包括基座21和设置在基座21上的η对涡流发生器22，n为正整数(图4中η为5);所述基座21和涡流发生器22采用一体化制造，材质为工程塑料或者金属，便于生产制造与安装。如图4所示，每对涡流发生器22包括两个呈三角形片状的涡流发生器片体，涡流发生器片体的高度3为Η，Η=叶片本体10表面的附面层高度δ，涡流发生器片体的长度4为3.6Η;每对涡流发生器22的两个涡流发生器片体的迎角5为15?16° (优选16°);每对涡流发生器22的两个涡流发生器片体尖端的距离8=2Η，相邻两对涡流发生器22的相邻两个涡流发生器片体尖端的距离9=5Η。所述基座21的厚度为0.04δ，基座21的总长度6为5 X 7Η，宽度7为5Η。
【主权项】
1.一种风力机叶片，包括叶片本体(10)，其特征是:在所述叶片本体(10)上沿低风速吸力面流动分离起始线设置涡流发生器安装条(20)，所述涡流发生器安装条(20)为多条首尾相接；每条涡流发生器安装条(20)包括基座(21)和设置在基座(21)上的η对涡流发生器(22)，η为正整数。2.如权利要求1所述的风力机叶片，其特征是:每对涡流发生器(22)包括两个呈三角形片状的涡流发生器片体。3.如权利要求2所述的风力机叶片，其特征是:所述涡流发生器片体的高度为H，Η=δ，δ为叶片本体(10)表面的附面层高度;所述涡流发生器片体的长度为3.6Η;每对涡流发生器(22)的两个涡流发生器片体的迎角为15?16°;每对涡流发生器(22)的两个涡流发生器片体尖端的距离为2Η，相邻两对涡流发生器(22)的相邻两个涡流发生器片体尖端的距离为5Η。4.如权利要求3所述的风力机叶片，其特征是:所述基座(21)的厚度为0.04δ，基座(21)的总长度为5Χ7Η，宽度为5Η。5.如权利要求1所述的风力机叶片，其特征是:所述涡流发生器安装条(20)的后缘线贴合低风速下的流动分离线。6.如权利要求1所述的风力机叶片，其特征是:整个涡流器安装条(20)处于低风速吸力面流动分离起始线和大风速吸力面流动分离起始线之间的区域。7.如权利要求1所述的风力机叶片，其特征是:所述基座(21)和涡流发生器(22)采用一体化制造。8.如权利要求1所述的风力机叶片，其特征是:所述涡流发生器安装条(20)采用胶粘接在叶片本体(10)上。9.一种涡流发生器安装条，其特征是:包括基座(21)和设置在基座(21)上的η对涡流发生器(22)，η为正整数;每对涡流发生器(22)包括两个呈三角形片状的涡流发生器片体。10.如权利要求9所述的涡流发生器安装条，其特征是:所述涡流发生器片体的高度为Η，Η=δ，δ为叶片本体(10)表面的附面层高度;所述涡流发生器片体的长度为3.6Η;每对涡流发生器(22)的两个涡流发生器片体的迎角为15?16° ;每对涡流发生器(22)的两个涡流发生器片体尖端的距离为2Η，相邻两对涡流发生器(22)的相邻两个涡流发生器片体尖端的距离为5Η;所述基座(21)的厚度为0.04δ，基座(21)的总长度为5 X 7Η，宽度为5Η。
【文档编号】F03D1/06GK105840415SQ201610403607
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年6月8日
【发明人】严岭峰, 包洪兵, 吴江海, 李慧
【申请人】无锡风电设计研究院有限公司