涡流发生装置及风力发电机组的叶片的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种涡流发生装置及风力发电机组的叶片。涡流发生装置包括两个立板和前后开口的两个射流管，两个所述立板之间具有间隔并且相互倾斜，两个所述立板之间的距离由前端至后端逐渐增加，所述射流管设置在所述立板的下部，所述射流管沿所述立板的长度方向延伸。本发明通过在叶片上设置涡流发生装置和射流管，可有效地改善叶片表面与外界的能量交换，提高风力发电机组对风能的利用率，提升发电量。
【专利说明】
涡流发生装置及风力发电机组的叶片
技术领域
[0001]本发明涉及风电技术领域，尤其涉及一种涡流发生装置及风力发电机组的叶片。
【背景技术】
[0002]现有的大型风力发电机组叶片都是采用风力发电机组叶片专用翼型，在风轮叶片的运行过程中，翼型随着攻角的不断增大，升力系数也随之增大，当攻角增大到某一数值时，升力系数达到最大值。此后翼型开始失速，导致升力系数降低，阻力系数升高，减少风力发电机组对风能的利用率。
[0003]涡流发生装置可以有效控制流动分离，其工作原理如下:流体流经涡流发生装置后会形成一系列漩涡补充到附面层，向附面层补充新能量，实现附面层内低能区与附面层外高能区的能量交换，减小逆压梯度和低能气流的堆积，达到延缓和抑制附面层流动分离的目的，实现翼型失速流动的控制，改善失速。因此，涡流发生装置可推迟气流边界层与叶片表面的分离。
[0004]传统的涡流发生装置都是通过安装角度来改变气流的方向，而漩涡一般出现在涡流发生装置后部，涡流发生装置尾部高度决定漩涡的高度，过高会导致漩涡的能量与附面层能量交换过少，而过低则可能对漩涡的产生造成影响，现有技术无法实现对近壁面能量的控制，不利于提高边界层抗分离能力。因此，现有技术中的风力发电机组对于风能利用率很低，而且噪音大。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种涡流发生装置及风力发电机组的叶片，以解决现有技术中风力发电机组对风能利用率低的问题。
[0006]为达到上述目的，本发明的实施例提供一种涡流发生装置，包括两个立板和前后开口的两个射流管，两个立板之间具有间隔并且相互倾斜，两个立板之间的距离由前端至后端逐渐增加，射流管设置在立板的下部，射流管沿立板的长度方向延伸。
[0007]优选地，射流管的截面积由前端至后端逐渐减小。
[0008]优选地，涡流发生装置还包括底板，底板连接两个射流管的底部。
[0009]优选地，射流管的前端开口的端面和后端开口的端面均与底板垂直。
[0010]优选地，两个立板之间具有第一夹角，第一夹角的取值范围是36°?46°。
[0011]优选地，各立板的高度由前端至后端逐渐增加。
[0012]优选地，立板与射流管的上表面之间具有第二夹角，第二夹角的取值范围是80°?110。。
[0013]根据本发明的另一方面，本发明实施例提供一种风力发电机组的叶片，包括如前任一项的涡流发生装置，涡流发生装置固定在叶片背风面上，两个立板的前端之间形成第一开口，两个立板的后端之间形成第二开口，第一开口朝向叶片的前缘，第二开口朝向叶片的后缘;叶片上设有至少一排涡流发生装置带，每排涡流发生装置带具有至少两个涡流发I目.0
[0014]优选地，每排涡流发生装置带中的每个涡流发生装置间隔地设置在叶片的长度方向上，每排涡流发生装置带中的每个涡流发生装置设置在离叶根距离为叶片总长的10%_30%。
[0015]优选地，至少一排涡流发生装置带包括靠近叶片的前缘的第一排涡流发生装置带，第一排涡流发生装置带中每个涡流发生装置到叶片的前缘的距离与涡流发生装置所在位置的叶片的弦长的比值的取值范围是20%?35%。
[0016]优选地，至少一排涡流发生装置带包括靠近叶片的后缘的第二排涡流发生装置，第二排涡流发生装置带中每个涡流发生装置到叶片的前缘的距离与涡流发生装置所在位置的叶片的弦长比值的取值范围是60%?80%。
[0017]优选地，第一排涡流发生装置带中的涡流发生装置的数量大于第二排涡流发生装置带中的涡流发生装置的数量。
[0018]优选地，沿叶片的长度方向的相邻两个涡流发生装置之间的最小间距与涡流发生装置的立板的后端的高度的比值范围是2?6。
[0019]本发明具有的优点和积极效果是:
[0020]本发明实施例提供的涡流发生装置，通过设置立板和射流管，主动利用射流管的喷管增速效应，降低了立板后方漩涡的涡心高度，提高边界层内近壁面层的流体能量，克服了传统涡流发生装置引入高能量对该区域能量补充小的缺陷，从而更有效的抑制了叶片壁面流动分离，延缓失速，更好的优化了叶片气动性能。
【附图说明】
[0021 ]图1为本发明实施例的涡流发生装置的示意性结构图；
[0022]图2为本发明实施例的涡流发生装置的主视图；
[0023]图3为本发明实施例的涡流发生装置的右视图；
[0024]图4为本发明实施例的涡流发生装置与叶片安装的示意性结构图；
[0025]图5为图4中A区域的局部放大图；
[0026]图6为本发明实施例的涡流发生装置与叶片安装的示意性侧视图；
[0027]图7为不同攻角下涡流发生装置对升力系数影响的曲线图；
[0028]图8为不同攻角下涡流发生装置对阻力系数影响的曲线图。
[0029]附图标记说明:
[0030]1、涡流发生装置;11、立板;12、射流管；13、底板;2、叶片的前缘;3、叶片的后缘;4、叶片背风面;100、涡流发生装置带。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图详细描述本发明实施例的示例性实施例，本发明所述的前端为靠近叶片的如缘2的端部，后端为罪近叶片的后缘3的端部。
[0032]结合参考图1至图3，本发明实施例提供了一种涡流发生装置包括两个立板11和前后开口的两个射流管12，两个立板11之间具有间隔并且相互倾斜，两个立板11之间的距离由前端至后端逐渐增加，射流管12设置在立板11的下部，射流管12沿立板11的长度方向延伸。
[0033]本发明主动利用射流管的喷管增速效应，降低了立板后方漩涡的涡心高度，提高边界层内近壁面层的流体能量，克服了传统涡流发生装置引入高能量对该区域能量补充小的缺陷，从而更有效的抑制了叶片壁面流动分离，延缓失速，更好的优化了叶片气动性能。
[0034]射流管12的截面积由前端至后端逐渐减小。在本实施例中，射流管12的截面形状为矩形，立板11设置在射流管12的上表面，射流管12内部管道的轴线与立板11的长度方向的延长线共线设置。当然，射流管12的截面的形状可以半圆形、圆形或其他形状。
[0035]射流管12的截面积由前端至后端逐渐减小。换而言之，该射流管12的内部管径是减缩的，即该射流管12的作用相当于一个喷管，是为了能够对流经该射流管12的气流进行减压增速。之所以这样设置是为了提高通过射流管12的气流的流速，进而改善叶片表面的气动性能。再进一步地，射流管12的进口高度H3的取值范围是4?15mm，射流管12的出口高度的取值范围是2?8mm，射流管12的壁厚的取值范围是I?3mm。
[0036]涡流发生装置I还包括底板13，底板13连接两个射流管12的底部。射流管12的前端开口的端面和后端开口的端面均与底板13垂直。在本发明实施例中，底板13的形状是梯形，且该底板13的外形尺寸略大于两个射流管12底部外圈连线的尺寸。射流管12与底板13的夹角呈90度，即射流管12的侧壁与底板13垂直。设置底板13的目的在于将位于两侧的两个射流管12与两个涡流发生装置I连接成一个整体，以延缓流动分离，更好地改善叶片表面的气动性能。同时，设置底板13也可以增加射流管12与叶片表面之间的接触面积，从而提高了底板13与叶片表面之间的连接稳定性。优选地，底板13与叶片表面之间通过结构胶粘接固定。将射流管12的前端开口和后端开口设置成与底板13相垂直，是为了减小型阻，保证足够的气流可通过该射流管12。该底板13的厚度最大为2mm。为了进一步减小该涡流发生装置I的型阻，本发明实施例中的底板13在其前端和/或后端设置有向外侧的倒角结构。
[0037]进一步地，两个立板11之间具有第一夹角，第一夹角的取值范围是36°?46°。也就是说，当两个立板11为规则的平板时，两个立板11之间的夹角的取值范围是36°?46°，优选地是36°。当两个立板11为弧形板时，则两个立板11同一点的切线之间的夹角的取值范围应满足是36°?46°。
[0038]进一步地，立板11与射流管12的上表面之间具有第二夹角，第二夹角的取值范围是80°?110°。具体地，因为本实施例提供的射流管12的截面为矩形，因此，第二夹角即立板11与射流管12上表面之间的夹角，该第二夹角的取值范围是80°?110°，优选地为90°。如果射流管12的截面为半圆形或圆形或弧形，那么该第二夹角就是立板11与过射流管12最高点连线的切面之间的夹角，该夹角的取值范围同样需要满足80°?110°这一范围。
[0039]另外，在一些未示出的实施例中，立板11与射流管12之间的第二夹角也可为其他角度(非直角)。此时，依然需要将立板11设置成前端高度小于后端高度，同时，两个立板11前端的底部之间的间距要小于两个立板11后端的底部之间的间距。
[0040]各立板11的高度由前端至后端逐渐增加。换而言之，因为在本发明实施例中，立板11的形状为梯形，立板11的前端高度Hi的取值范围为I?3mm，优选地是2mm。立板11的后端高度H2的取值范围为15?25mm，优选地是23mm。优选地，两个立板11的两个前端之间的间距小于两个立板11的两个后端之间的间距。之所以这样设置是为了能够在产生足够的涡流以延缓气流的流动分离。
[0041]在本发明实施例中，涡流发生装置I固定在叶片背风面4上，具体地，两个立板11的形状为梯形板，两个梯形板相互倾斜设置，两个立板11的前端之间形成第一开口，两个立板11的后端之间形成第二开口，第一开口之间的间距小于第二开口之间的间距。再进一步地，立板11的厚度的取值范围是I?3mm，优选地是2mm。当然，在一些未示出的实施例中，该立板11的形状也可设置成三角形或其他形状。
[0042]本发明通过在叶片上设置涡流发生装置I和射流管12，可有效地改善叶片表面与外界的能量交换，提高风力发电机组对风能的利用率，提升发电量。
[0043]如图4和图5所示，根据本发明的第二方面，本发明还保护一种风力发电机组的叶片，包括前述的任一实施例的涡流发生装置I，涡流发生装置I固定在叶片背风面4上，两个立板11的前端之间形成第一开口，两个立板11的后端之间形成第二开口，第一开口朝向叶片的前缘2，第二开口朝向叶片的后缘3;叶片上设有至少一排涡流发生装置带100，每排涡流发生装置带100具有至少两个涡流发生装置I。
[0044]如图6所示，具体地，在涡流发生装置I安装过程中，先通过测量工具进行定位，再将结构胶涂抹至底板13，再将底板13粘接至叶片背风面4，也就是说，涡流发生装置I通过底板13与叶片背风面4连接固定。
[0045]可选地，第一排涡流发生装置带100中的每个涡流发生装置I的中线彼此大致平行，优选为平行。这样一来，可以更好地改善叶片不同位置的气动性能，延缓气流和叶片各个位置表面的流动分离。
[0046]每排涡流发生装置带100中的每个涡流发生装置I间隔地设置在叶片的长度方向上，每排涡流发生装置带100中的每个涡流发生装置I设置在离叶根距离为叶片总长的10%-30%。
[0047]如图5所示，为了保证最大程度的改善叶片表面的气动性能并提升风力发电机组对于风能的利用率，至少一排涡流发生装置带100包括靠近叶片的前缘2的第一排涡流发生装置带100，第一排涡流发生装置带100中每个涡流发生装置I到叶片的前缘2的距离L1与涡流发生装置I所在位置的叶片的弦长的比值的取值范围是20%?35%，优选地比值为32%。
[0048]涡流发生装置I的位置与叶片的长度和弦长都有关系。
[0049]同时，多个涡流发生装置I中的底板的前端处于同一曲线上。
[0050]如图4所示，至少一排涡流发生装置带100包括靠近叶片的后缘3的第二排涡流发生装置带100，第二排涡流发生装置带100中每个涡流发生装置I到叶片的前缘2的距离与涡流发生装置I所在位置的叶片的弦长比值的取值范围是60%?80%。因为叶片的弦长较长，在叶片的尾部也有可能产生流动分离现象，因此，第二排涡流发生装置带100被设置在叶根附近翼型尾部。
[0051]可选地，如图4中所示，第二排涡流发生装置带100与第一排涡流发生装置带100错开设置。第一排涡流发生装置带100中的排涡流发生装置I的数量大于第二排涡流发生装置带100中的排涡流发生装置I。
[0052]可选地，第二排涡流发生装置带100中的每个涡流发生装置I的中线彼此大致平行，优选为平行。
[0053]可选地，第二排涡流发生装置带100中的每个涡流发生装置I的中线与第一排涡流发生装置带100的每个涡流发生装置I的中线也大致平行，优选为平行。
[0054]进一步地，沿叶片的长度方向的相邻两个涡流发生装置I的立板11后端之间的间距L与立板11后端的高度H2比值的取值范围是2?6。
[0055]通过在叶片上增设多个涡流发生装置I可有效地延缓气流在叶片表面的流动分离，并且一定程度上可降低了叶片表面因为流动分离而产生的气动噪声。
[0056]通过在风力发电机组的叶片上设置涡流发生装置I，不仅可提高风力发电机组对风能的利用率，同时可以提升风力发电机组的发电量。
[0057]如图7和图8所示，通过不同攻角下涡流发生装置对升阻力系数影响的曲线图可知，增加新型涡流发生装置后，在风力机运行攻角范围内，升力系数提高了20%以上，而阻力增加不到5%。在叶片上增加本发明实施例的涡流发生装置能够很好的提升叶片的出力，有利于提升机组发电量。
[0058]本发明实施例的涡流发生装置及风力发电机组的叶片具有如下有益效果:
[0059]本发明实施例通过在叶片上设置涡流发生装置可提高叶片的升力系数，且推迟了失速迎角，通过射流管对空气进行加速，在射流管出口形成射流，对于近壁面附面层能量补充有积极作用，减缓了流动分离，在叶片上设置涡流发生装置还可以更好的改善附面层与外界能量交换，更大程度利用风能，提升发电量，降低噪音。
[0060]以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1.一种涡流发生装置，其特征在于:包括两个立板(11)和前后开口的两个射流管(12)，两个所述立板(11)之间具有间隔并且相互倾斜，两个所述立板之间的距离由前端至后端逐渐增加，所述射流管(12)设置在所述立板(11)的下部，所述射流管(12)沿所述立板(11)的长度方向延伸。2.根据权利要求1所述的涡流发生装置，其特征在于，所述射流管(12)的截面积由前端至后端逐渐减小。3.根据权利要求1所述的涡流发生装置，其特征在于，所述涡流发生装置(I)还包括底板(13)，所述底板(13)连接所述两个射流管(12)的底部。4.根据权利要求3所述的涡流发生装置，其特征在于，所述射流管(12)的前端开口的端面和后端开口的端面均与所述底板(13)垂直。5.根据权利要求1所述的涡流发生装置，其特征在于，所述两个立板(11)之间具有第一夹角，所述第一夹角的取值范围是36°?46°。6.根据权利要求1所述的涡流发生装置，其特征在于，各所述立板(11)的高度由前端至后端逐渐增加。7.根据权利要求1所述的涡流发生装置，其特征在于，所述立板(11)与所述射流管(12)的上表面之间具有第二夹角，所述第二夹角的取值范围是80°?110°。8.—种风力发电机组的叶片，包括如权利要求1-7中任一项所述的涡流发生装置(I)，其特征在于，所述涡流发生装置(I)固定在所述叶片背风面(4)上，两个所述立板(11)的前端之间形成第一开口，两个立板(11)的后端之间形成第二开口，所述第一开口朝向所述叶片的前缘(2)，所述第二开口朝向所述叶片的后缘(3);所述叶片上设有至少一排所述涡流发生装置带(100)，每排所述涡流发生装置带(100)具有至少两个所述涡流发生装置(I)。9.根据权利要求8所述的叶片，其特征在于，每排所述涡流发生装置带(100)中的每个所述涡流发生装置(I)间隔地设置在所述叶片的长度方向上，每排所述涡流发生装置带(100)中的每个所述涡流发生装置(I)设置在离叶根距离为所述叶片总长的10%-30%。10.根据权利要求9所述的叶片，其特征在于，至少一排所述涡流发生装置带(100)包括靠近所述叶片的前缘(2)的第一排所述涡流发生装置带(100)，第一排所述涡流发生装置带(100)中每个所述涡流发生装置(I)到所述叶片的前缘(2)的距离与所述涡流发生装置(I)所在位置的所述叶片的弦长的比值的取值范围是20 %?35 %。11.根据权利要求10所述的叶片，其特征在于，至少一排所述涡流发生装置带(100)包括靠近所述叶片的后缘(3)的第二排所述涡流发生装置带(100)，第二排所述涡流发生装置带(100)中每个所述涡流发生装置(I)到所述叶片的前缘(2)的距离与所述涡流发生装置(I)所在位置的所述叶片的弦长比值的取值范围是60%?80%。12.根据权利要求11所述的叶片，其特征在于，第一排所述涡流发生装置带(100)中的所述涡流发生装置(I)的数量大于第二排所述涡流发生装置带(100)中的所述涡流发生装置(I)的数量。13.根据权利要求8至12中任一项所述的叶片，其特征在于，沿所述叶片的长度方向的相邻两个所述涡流发生装置(I)之间的最小间距与所述涡流发生装置(I)的所述立板(11)的后端的高度的比值范围是2?6。
【文档编号】F03D1/06GK106050551SQ201610355991
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月25日
【发明人】戚中浩, 苏少华
【申请人】新疆金风科技股份有限公司