一种采用等离子体激励控制叶片表面流动的装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种采用等离子体激励控制叶片表面流动的装置，包括叶片以及设置于叶片上的等离子体激励器，等离子体激励器包括相互平行的裸露电极和覆盖电极、绝缘电介质层和高压高频电源，覆盖电极设置在叶片壳体的表面上，覆盖电极的外表面覆盖绝缘电介质层，覆盖电极和裸露电极位于叶片不同的弦向位置上，覆盖电极和裸露电极均通过导线与高压高频电源连接。本实用新型通过等离子体激励器诱导产生壁面射流，利用等离子体激励器作为环量控制的射流来源，通过诱导近壁射流向边界层注入能量,将其贴附于翼型尾缘的上表面，以达到增强边界层抵抗失速分离的能力，可以改变叶片任意位置处的流动，可以全方位控制叶片表面流动。
【专利说明】
一种采用等离子体激励控制叶片表面流动的装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种风力机叶片表面流动的装置，特别涉及到一种采用等离子体激励控制叶片表面流动的装置。【背景技术】
[0002]风力发电机组实际运行环境条件与仿真设计时模拟的条件存在着差异，如绝大部分风电场的空气密度达不到设计标准空气密度1.225kg/m3,风场的实际风速低于设计风速等，且有些风力发电机组还需运行在高海拔地区，在这些情况下，实际运行的风力发电机组容易出现功率曲线达不到设计标准，从而引起机组年发电量不理想的情况。因此，通过控制风力机叶片表面流动，可以有效改善叶片表面流动分离，减小叶片截面翼型的失速区，提高风轮叶片的捕风能力，最终达到提尚机组发电量的目标。
[0003]目前，风力发电机组风轮叶片的增功装置主要包括主动型和被动型。被动型的增功方式主要有在叶片表面采用气动附件，如涡流发生器，扰流板等，也有采用叶片后缘襟翼等的主动控制方式。
[0004]传统的采用叶片表面气动附件的方案只是针对叶片叶根部分(叶片靠近机组部分)的流动具有比较明显的改善作用。对于后缘襟翼的流动控制方式，由于叶片在运行过程中挥舞方向的变形很大，而连接襟翼与叶片主体的铰链系统很难与其协调，而负责的结构也给制造和维护带来不便。【实用新型内容】
[0005]为克服现有叶片增功技术的缺点和不足，本实用新型旨在提供一种采用等离子体激励控制叶片表面流动的装置，基于介质阻挡放电型等离子体激励器由两个平行电极、绝缘电介质层、高压高频电源组成。一个位于电介质层上面的裸露电极，另一个是位于电介质层下面的覆盖电极，当向两个电极间施加高频、高压交流电时，会在激励器上方形成一个非对称电场，在电离周围气体形成一个指向掩埋电极的壁面射流，从而改变边界层流场结构实现流动控制。
[0006]本实用新型为实现其技术目的所采取的技术方案为:
[0007]—种采用等离子体激励控制叶片表面流动的装置，包括叶片以及设置于所述叶片上的至少一个等离子体激励器，其特征在于，所述等离子体激励器包括两个相互平行的电极、一绝缘电介质层和一高压高频电源，其中，所述两个相互平行的电极中，一个电极为裸露电极，另外一个电极为覆盖电极，所述覆盖电极设置在叶片壳体的表面上，所述覆盖电极的外表面覆盖所述绝缘电介质层，所述覆盖电极和裸露电极位于叶片不同的弦向位置上， 所述覆盖电极和裸露电极均通过导线与所述高压高频电源连接。
[0008]优选地，所述覆盖电极设置在叶片表面上，所述绝缘电介质层贴覆在覆盖电极的外表面上，所述裸露电极设置在所述绝缘电介质层的外表面上，所述覆盖电极与裸露电极与导线焊接，所述导线穿过叶片预留安装孔与所述高压高频电源相连接。
[0009]优选地，叶片表面设置有安装槽，所述覆盖电极设置在所述安装槽中，在所述覆盖电极的外表面设置玻纤复合材料制备的绝缘电介质层，所述裸露电极设置在叶片表面上，所述覆盖电极与裸露电极与导线焊接，所述导线穿过叶片预留安装孔与所述高压高频电源相连接。
[0010]优选地，所述覆盖电极预埋在叶片腔体靠近叶片外表面的位置，在叶片表面设置裸露电极，绝缘电介质层为叶片本体玻纤复合材料层，所述覆盖电极与裸露电极的导线穿过叶片预留安装孔与所述高压高频电源相连接。
[0011]优选地，所述等离子体激励器为基于介质阻挡放电型等离子体激励器。
[0012]优选地，所述高压高频电源与整机机舱内的电源相连接，高压高频电源固定在叶片腔体内或者叶片轮毂内，随着叶片一起转动。
[0013]优选地，所述覆盖电极和裸露电极为铜箔、锡箔、铝箔或不锈钢电极。
[0014]优选地，所述叶片上安装一个或者多个等离子激励器，所述等离子激励器布置于沿着叶片长度方向的任何位置，以及翼型吸力面或压力面的任何位置。
[0015]优选地，在靠近叶根部分，将等离子激励器布置在叶片吸力面靠近翼型前缘的位置。
[0016]优选地，在靠近叶片尖部，将等离子激励器布置在叶片吸力面靠近翼型尾缘的位置。
[0017]同现有技术相比，本实用新型的采用等离子体激励控制叶片表面流动的装置具有以下显著的技术效果:本实用新型提供的这种基于介质阻挡放电型等离子体激励器是通过诱导产生壁面射流，利用等离子体激励器作为环量控制的射流来源，通过诱导近壁射流向边界层注入能量，将其贴附于翼型尾缘的上表面，以达到增强边界层抵抗失速分离的能力。本技术方案可以改变叶片任意位置处的流动，可以全方位控制叶片表面流动，且本技术方案在实施过程中，由于无需采用运动部件，因此具有响应迅速，结构简单易制造、维护的优势。
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型的采用等离子体激励控制叶片表面流动的装置实施例一的结构示意图；
[0019]图2是本实用新型的采用等离子体激励控制叶片表面流动的装置实施例一的局部放大图；
[0020]图3是本实用新型的采用等离子体激励控制叶片表面流动的装置实施例二的局部放大图；
[0021]图4是本实用新型的采用等离子体激励控制叶片表面流动的装置实施例三的局部放大图；
[0022]图5是本实用新型的采用等离子体激励控制叶片表面流动的装置沿叶片展向布置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合实施例对本实用新型做进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。
[0024]需要说明的是，附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。此外，以下实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
[0025]实施例一
[0026]如图1、2所示，本实用新型的采用等离子体激励控制叶片表面流动的装置，包括叶片以及设置于叶片上的至少一个等离子体激励器，叶片包括叶片外蒙皮1和叶片壳体2,等离子体激励器包括两个相互平行的电极1-1，1-3、一绝缘电介质层1-2和一高压高频电源1-6,其中，两个相互平行的电极中，一个电极为裸露电极1-3,另外一个电极为覆盖电极1-1， 覆盖电极1-1设置在叶片壳体2的表面上，覆盖电极1-1的外表面覆盖绝缘电介质层1-2,覆盖电极1-1和裸露电极1-3位于叶片不同的弦向位置上，覆盖电极1-1和裸露电极1-3均通过导线1-4与高压高频电源1-6连接。
[0027]在完成风轮叶片制作后，在需要安装等离子激励器的区域沿着叶片弦长方向，在叶片表面粘贴覆盖电极1-1，覆盖电极的材质可为铜箱/锡箱/铝箱/不锈钢等;贴覆电介层 1-2,电介层的材质为聚酰亚胺胶带;在电介层表面粘贴裸露电极1-3,裸露电极的材质可为铜箱/锡箱/铝箱/不锈钢等;将覆盖电极与裸露电极与导线1-4焊接，穿过叶片预留安装孔 1 -5与高压高频电源1 -6相连接。高压高频电源与整机机舱内的电源相连接，高压高频电源可固定在叶片腔体内或者叶片轮毂内，随着叶片一起转动。在叶片运行过程中，通过施加预先设定的激励电压和激励频率，达到改变边界层流场的目的。[〇〇28] 实施例二
[0029]如图3所示，在完成风轮叶片制作后，在需要安装等离子激励器的区域沿着叶片弦长方向，在叶片表面粘贴裸露电极2-1，裸露电极的材质可为铜箱/锡箱/铝箱/不锈钢等;在叶片表面加工安放覆盖电极的安装槽2-2,将覆盖电极2-3粘贴安装在槽中，覆盖电极的材质可为铜箱/锡箱/铝箱/不锈钢等;此时的绝缘电介层为电极2-1与电极2-3之间的玻纤复合材料(叶片本体)；将覆盖电极与裸露电极与导线2-4焊接，穿过叶片预留安装孔2-5与高压高频电源2-6相连接。
[0030]实施例三
[0031]如图4所示，在制作风轮叶片时，将焊接有导线的覆盖电极3-1预埋在叶片腔体靠近叶片外表面的位置，优选地，埋在叶片外蒙皮1中，覆盖电极的材质可为铜箱/锡箱/铝箱/ 不锈钢等;在叶片表面粘贴裸露电极3-2,裸露电极的材质可为铜箱/锡箱/铝箱/不锈钢等； 此时的绝缘电介层为叶片本体玻纤复合材料层;将裸露电极与导线3-4焊接，穿过叶片预留安装孔3-5,将其与覆盖电极与高压高频电源3-6相连接。
[0032]如图5所示，风轮叶片可同时安装一个或者多个等离子激励器，可布置于沿着叶片长度方向的任何位置，以及翼型吸力面或压力面的任何位置。优选地，在叶片靠近叶根部分，将等离子激励器布置在叶片吸力面靠近翼型前缘的位置;在靠近叶片尖部，等离子激励器布置在叶片吸力面靠近翼型尾缘的位置。等离子激励器电极数量及布置形式不限，也可采用其他的布置、排布形式。
[0033]在风力机叶片设计及制造过程中，在叶片壳体上安装裸露电极、覆盖电极、并将电极与高压高频电源相连接，在叶片上的布置形式如图1，5所示。控制叶片表面流动的等离子体激励器电极表面附近的空气在强电场作用下被电离，等离子体中的离子在空间不均匀电场的作用下，向电场梯度方向定向运动，离子在定向运动的过程中与环境空气分子碰撞，发生动量交换，诱导激励器表面的空气发生定向运动。等离子体激励在这些来流速度下均可以有效地抑制翼型吸力面的流动分离，提高翼型的临界失速迎角。
[0034]此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本实用新型专利构思所述构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种采用等离子体激励控制叶片表面流动的装置，包括叶片以及设置于所述叶片上的至少一个等离子体激励器，其特征在于，所述等离子体激励器包括两个相互平行的电极、一绝缘电介质层和一高压高频电源，其中， 所述两个相互平行的电极中，一个电极为裸露电极，另外一个电极为覆盖电极，所述覆盖电极设置在叶片壳体的表面上，所述覆盖电极的外表面覆盖所述绝缘电介质层，所述覆盖电极和裸露电极位于叶片不同的弦向位置上，所述覆盖电极和裸露电极均通过导线与所述高压高频电源连接。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述覆盖电极设置在叶片表面上，所述绝缘电介质层贴覆在覆盖电极的外表面上，所述裸露电极设置在所述绝缘电介质层的外表面上，所述覆盖电极与裸露电极与导线焊接，所述导线穿过叶片预留安装孔与所述高压高频电源相连接。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，叶片表面设置有安装槽，所述覆盖电极设置在所述安装槽中，在所述覆盖电极的外表面设置玻纤复合材料制备的绝缘电介质层，所述裸露电极设置在叶片表面上，所述覆盖电极与裸露电极与导线焊接，所述导线穿过叶片预留安装孔与所述高压高频电源相连接。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述覆盖电极预埋在叶片腔体靠近叶片外表面的位置，在叶片表面设置裸露电极，绝缘电介质层为叶片本体玻纤复合材料层，所述覆盖电极与裸露电极的导线穿过叶片预留安装孔与所述高压高频电源相连接。5.根据权利要求1至4任一项所述的装置，其特征在于，所述等离子体激励器为基于介质阻挡放电型等离子体激励器。6.根据权利要求1至4任一项所述的装置，其特征在于，所述高压高频电源与整机机舱内的电源相连接，高压高频电源固定在叶片腔体内或者叶片轮毂内，随着叶片一起转动。7.根据权利要求1至4任一项所述的装置，其特征在于，所述覆盖电极和裸露电极为铜箔、锡箔、铝箔或不锈钢电极。8.根据权利要求1至4任一项所述的装置，其特征在于，所述叶片上安装一个或者多个等离子激励器，所述等离子激励器布置于沿着叶片长度方向的任何位置，以及翼型吸力面或压力面的任何位置。9.根据权利要求1至4任一项所述的装置，其特征在于，在靠近叶根部分，将等离子激励器布置在叶片吸力面靠近翼型前缘的位置。10.根据权利要求1至4任一项所述的装置，其特征在于，在靠近叶片尖部，将等离子激励器布置在叶片吸力面靠近翼型尾缘的位置。
【文档编号】F03D1/06GK205578181SQ201620357686
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年4月26日
【发明人】徐宇, 张淑丽, 邹立伟
【申请人】保定华翼风电叶片研究开发有限公司