[發明專利]用于風力渦輪機葉片的邊界層翅片

有效

• 申請號: 201010197617.9
• 申請日: 2010-05-28
• 公開（公告）號: CN101900077A
• 公開（公告）日: 2010-12-01
• 發明（設計）人: E·VSJ安居里;S·赫爾;T·K·維姆里
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F03D1/06
• 分類號: F03D1/06
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 朱鐵宏;譚祐祥

技術領域

本文所述的主題主要涉及風力渦輪機葉片，并且更具體地涉及用于風力渦輪機葉片的邊界層翅片(fin)。

背景技術

風力渦輪機是一種用于將風中的動能轉變成機械能的機器。如果機械能由機械直接使用，如用來抽水或磨麥，則風力渦輪機可稱為風車。類似的是，如果機械能轉變成電力，則機器還可稱為風力發電機或風力發電設備。

風力渦輪機通常根據葉片旋轉所圍繞的垂直軸線或水平軸線來分類。一種所謂的水平軸式風力發電機在圖1中示意性地示出，且可從通用電氣公司獲得。用于風力渦輪機2的該特定構造包括支承機艙6的塔架4，該機艙6包含傳動系8。葉片10布置在″自旋體(spinner)″或槳轂9上，以便在傳動系8的一端于機艙6外形成″轉子″。旋轉葉片10驅動齒輪箱12，該齒輪箱12在傳動系8的另一端處連接到發電機14上，傳動系8連同控制系統16一起布置在機艙6內，該控制系統16可接收來自于風速計18的輸入。

當葉片10在″轉子平面″內自旋時，該葉片產生升力且從流動空氣中俘獲隨后給予轉子的動量。各葉片10通常均在其″根部″端處固定到槳轂9上，且然后沿徑向″向外側″″翼展″至自由的″末梢″端。葉片10的前部或″前緣″連接首先接觸空氣的葉片最前點。葉片10的后部或″后緣″為已由前緣所分離的空氣流在經過葉片的吸入表面和壓力表面之后重新結合的部位。″弦線″連接葉片前緣和后緣中心。弦線的長度簡稱為″翼弦″。葉片10的厚度可在沿翼展變化，而用語″厚度″通常用于描述任何特定弦線在葉片相對側上的低壓吸入表面與高壓表面之間的最大距離。

″邊界層″為減速空氣區，其緊鄰運動葉片10的表面。邊界層的厚度通常限定為距葉片在其處流動速度為″自由流″速度的99％的距離，在該處，空氣不受葉片粘滯力或摩擦力的影響，但感覺到勢流超過邊界層。當邊界層傳送得過遠而足以克服相反的壓力梯度時，就會出現″流動分離″，流動速度下降至幾乎為零。流體流然后因流過葉片10而變得分離，且作為替代而形成渦旋和渦流。

這種邊界層分離可增大葉片10上的阻力(drag)，尤其是″壓力阻力″，這是在物體穿過流體時由物體前表面與后表面之間的壓差造成的。邊界層分離還可導致失速和渦流泄出，這可造成噪音和葉片10中的結構振動。為此，在空氣動力表面的設計中已經進行了很多努力和研究，這些空氣動力表面延遲流動分離和保持局部流盡可能久地附著在葉片10上。例如，國際專利公布No.WO?2007/140771和歐洲專利申請No.EP?1944505公開了具有渦流發生器的風力渦輪機葉片。然而，這種渦流發生器或會減少以其它方式可從風中俘獲的能量。

發明內容

與這些常規方式相關的這些和其它方面在此通過在多種實施例中提供風力渦輪機葉片而予以解決，該風力渦輪機葉片包括多個邊界層翅片，這些邊界層翅片大致平行于葉片上的流動方向對準，以便減小邊界層與葉片的分離。

附圖說明

現在將參照以下附圖(圖)來描述該技術的各個方面，附圖不必按比例繪制，但使用了相同的參考標號來表示全部各個視圖中的對應零件。

圖1為常規風力渦輪機的示意性側視圖。

圖2為風力渦輪機葉片的頂視圖。

圖3為沿圖2中的截面線III-III所截取的截面視圖。

圖4為圖3中所示的邊界層翅片的放大側視圖。

圖5為圖2中所示的風力渦輪機葉片表面的放大局部正視圖。

圖6為結合圖2中所示的風力渦輪機葉片使用的邊界層翅片的放大局部正視圖。

圖7為結合圖2中所示的風力渦輪機葉片使用的邊界層翅片的側視圖。

圖8為結合圖2中所示的風力渦輪機葉片使用的另一邊界層翅片的側視圖。

圖9為壓力系數相對于葉片截面無因次翼弦的曲線圖。

圖10為正交于葉片表面的邊界層輪廓位置相對于速度的曲線圖。

圖11為正交于葉片表面的位置相對于紊流動能的曲線圖。

具體實施方式

圖2為結合圖1中所示的風力渦輪機2或任何其它風力渦輪機使用的具有多個邊界層翅片22的風力渦輪機葉片20的一個實施例的頂視圖。例如，葉片20可替換葉片10中的任何一個，或葉片10可更改成包括葉片20的一些或所有特征。各所示邊界層翅片22均沿翼弦方向延伸，大致平行于葉片壓力側上的流動方向，以便減小邊界層與葉片的分離。然而，一些邊界層翅片22還可布置成相對于葉片上和/或葉片的相對壓力側上的流動成一定角度。