[發明專利]帶控制葉尖渦嵌入式導流管的風力機葉片

無效

• 申請號: 201210161249.1
• 申請日: 2012-05-18
• 公開（公告）號: CN102705176A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 竺曉程;田杰;歐陽華;沈昕;杜朝輝
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: F03D11/00
• 分類號: F03D11/00;F03D7/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及風力發電設備技術領域，具體是一種帶控制葉尖渦嵌入式導流管的風力機葉片。

技術背景

風力機是將風能轉換為電能的機械裝置，葉片的氣動設計水平直接影響到風力機轉子的捕風能力、除葉片之外的其他部件選型、控制策略的實現水平、整機的可靠性尤其是風力機的發電成本。隨著目前風力機的廣泛應用，風電場不可避免的安裝在距離居住區較近的位置，風力機運行時的噪音成為風力機設計時不可避免需要考慮的問題。為了進一步提高風力機的風能利用率，風力機的尖速比不斷提高，同時也增加了噪音的產生。降低風力機運行時所產生的噪音對風力發電的發展有著重要的作用。

風力機噪聲來源主要由兩方面組成：機械噪聲以及氣動噪聲。目前機械噪聲已通過很多手段得到有效地控制，而對風力機運行時的氣動噪聲則并沒有得到有效地控制。Burton在其編著的《Wind?energy?handbook》《風能手冊》，JOHN?WILEY?&?SONS出版社一書第九章關于噪聲的第三節(532頁)中提到風力機的氣動噪聲可分為三類：

1.低頻噪聲

2.湍流入流噪聲

3.翼型自噪聲

當流體流過葉片時，由葉片上下表面壓力差產生葉片升力推動葉片旋轉做功。在葉片頂端，在吸力面和壓力面的壓差使該部分的氣流從壓力面繞向吸力面在葉尖產生旋轉的流動稱之為葉尖渦。Burton在第533頁中提到：作為翼型自噪聲一部分的葉尖噪聲是風力機氣動噪聲的主要來源。同時由葉尖渦對葉片大部分葉展上引起的誘導阻力也為風力機功率輸出損失作出主要貢獻。因此降低風力機葉尖渦對風力機氣動性能的影響可以提高風力機的氣動效率以及降低風力機運行時的噪聲水平。

就風力機槳葉吹氣裝置，US4197053提出從輪轂被動進氣，在用葉片尾緣噴氣的方法，該方法降低了風力機的啟動風速，擴大了風力機的工作范圍。CN03134065.2同樣采用類似思路，采用輪轂前被動進氣，將葉尖上的噴氣孔開在葉頂葉片的壓力面上。同樣起到抑制風力機葉尖渦的生成，提高風力機氣動性能的作用。CN200420031121.4則在葉尖部分加裝噴氣裝置控制葉尖渦的生成，其噴氣方式為采用氣源的主動噴氣方式，且噴嘴方式可調。

在風力機運行時葉頂前緣來流進入進氣口通過導流管從葉頂的出氣口噴出同樣可以有效的控制葉尖渦的結構渦量，起到控制葉尖渦噪聲以及降低葉尖渦對葉片上引起的誘導阻力進而提高風力機的氣動效率。

發明內容

本發明針對現有技術中存在的上述不足，提供了一種帶控制葉尖渦嵌入式導流管的風力機葉片。

本發明是通過以下技術方案實現的。

一種帶控制葉尖渦嵌入式導流管的風力機葉片，包括葉片葉頂裝置、進氣口、出氣口及導流管，其中，所述進氣口為若干個，并設置在葉片葉頂裝置的葉頂附近前緣處，所述出氣口為若干個，并設置在葉片葉頂裝置的葉頂處，所述進氣口與出氣口通過導流管相連通。

所述葉片葉頂裝置與風力機葉片葉頂一體成型或葉片葉頂裝置用于加裝在風力機葉片葉頂處。

所述葉片葉頂裝置為直葉片。

所述導流管為1/4圓弧管，并設置在葉片葉頂裝置內部，所述導流管內部設有用于控制氣流流量的節流裝置。

所述進氣口距葉片葉頂裝置葉頂距離小于等于風輪直徑的20%；所述進氣口最大直徑小于等于進氣口所在葉頂處最大厚度的60%。

所述出氣口中心距葉片葉頂裝置葉頂最近距離大于等于葉頂處弦長的15%，且出氣口中心布置在葉頂葉型的中弧線附近；所述出氣口最大厚度小于等于葉頂處翼型最大厚度的60%。

所述進氣口及出氣口形狀為閉合單連通區域或多聯通區域。

所述閉合單連通區域為橢圓、矩形或多邊形；所述多聯通區域為圓環或多邊形環。

所述導流管的橫截面形狀分別與進氣口及出氣口的形狀相適配。

所述導流管的橫截面中心連線為光滑曲線。

本發明提供的帶控制葉尖渦嵌入式導流管的風力機葉片，對風力機葉尖結構做出最少修正的基礎上控制風力機葉尖渦的生成、發展進而有效降低風力機葉尖渦噪聲產生以及提高風力機氣動效率提高風力機輸出功率降低風力機發電成本。本發明適用于目前使用中的各種類型的水平軸風力機。本發明通過相應的連接裝置作為風力機槳葉的延伸段與風力機葉片相連，或者直接安裝在風力機葉片葉頂部分，在風力機葉片設計時綜合考慮本裝置對風力機葉片的氣動結構影響做統一設計。