[發(fā)明專利]一種帶有熱氣防冰氣膜射流孔的風(fēng)力機(jī)葉片

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011392331.6
• 申請(qǐng)日: 2020-12-02
• 公開（公告）號(hào): CN112594126A
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王瑞東;張軍;李樹民;鄭丹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心
• 主分類號(hào): F03D1/06
• 分類號(hào): F03D1/06;F03D80/40;F03D7/00
• 代理公司: 成都九鼎天元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 劉凱

本發(fā)明公開了一種帶有熱氣防冰氣膜射流孔的風(fēng)力機(jī)葉片，在所述風(fēng)力機(jī)葉片的前緣及其附近易結(jié)冰區(qū)域設(shè)置有若干氣膜孔，所述氣膜孔用于噴射加熱的氣流而形成熱空氣射流，并在風(fēng)力機(jī)葉片的前緣外表面形成熱氣膜。本發(fā)明通過將氣流先在風(fēng)力機(jī)內(nèi)腔通過加熱裝置加熱，并通過所需位置的氣膜孔噴射出來，形成熱空氣射流，與葉片外冷空氣相互摻混卷吸，從而在葉片前緣形成熱氣膜，以達(dá)到防冰的目的。本發(fā)明針對(duì)在寒冷冬季持續(xù)工作的風(fēng)力機(jī)葉片，氣膜熱氣防冰相比傳統(tǒng)沖擊熱氣防冰技術(shù)來說，是一種更高效、節(jié)能、智能的防冰技術(shù)，經(jīng)過CFD數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，通過合理的布置氣膜孔排，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)易結(jié)冰區(qū)域的氣膜全覆蓋，在相同的防冰熱載荷下，熱氣用量減少了30％以上。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于風(fēng)力機(jī)葉片技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種布置在風(fēng)力機(jī)葉片前緣相應(yīng)區(qū)域的熱氣防冰氣膜射流孔排，用以實(shí)現(xiàn)常規(guī)熱氣防冰技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的高效防冰效果。

背景技術(shù)

寒冷季節(jié)時(shí)在風(fēng)力機(jī)上產(chǎn)生的結(jié)冰會(huì)直接影響風(fēng)力機(jī)葉片的氣動(dòng)外形，強(qiáng)化氣流的流動(dòng)分離，導(dǎo)致葉片阻力增大，升力下降。對(duì)于目前普遍應(yīng)用的升力型大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)來說，就意味著降低風(fēng)力機(jī)發(fā)電功率的下降，嚴(yán)重時(shí)可造成50％的發(fā)電量損失。同時(shí)，嚴(yán)重的結(jié)冰現(xiàn)象可破壞風(fēng)力機(jī)塔架的應(yīng)力結(jié)構(gòu)并對(duì)風(fēng)場工作人員的人身安全造成傷害。風(fēng)力機(jī)葉片結(jié)冰嚴(yán)重時(shí)，只能停機(jī)棄風(fēng)，給風(fēng)力發(fā)電企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

傳統(tǒng)的風(fēng)力機(jī)熱氣防冰結(jié)構(gòu)借鑒了航空飛行器防冰腔的設(shè)計(jì)理念采用引熱氣沖擊防冰腔內(nèi)壁面的方式來加熱風(fēng)力機(jī)葉片，使得壁面溫度上升，從而脫離過冷水結(jié)冰的溫度條件，以防止過冷水在葉片上凝結(jié)成冰，破壞氣動(dòng)外形。例如德國ENERCON公司將7KW的熱空氣鼓風(fēng)機(jī)安裝在一個(gè)850kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片上，鼓風(fēng)機(jī)實(shí)際總消耗的能量占總發(fā)電量的1％，而產(chǎn)生的暖空氣溫度在80～120℃，它會(huì)將葉片溫度應(yīng)保持在臨界溫度以上，使得葉片表面不易結(jié)冰。

近年來，隨著風(fēng)力機(jī)大型化以及制造工藝的發(fā)展，玻璃纖維已成為制造風(fēng)力機(jī)葉片的主要材料，不同于金屬蒙皮的飛機(jī)機(jī)翼，其導(dǎo)熱系數(shù)為0.032w/m*k，屬于低導(dǎo)熱性的隔熱材料，這樣一來就大大增加了導(dǎo)熱過程的熱阻，當(dāng)熱阻增加時(shí)，需耗費(fèi)更多的熱能才能通過內(nèi)沖擊換熱的方式將葉片溫度提升到臨界結(jié)冰溫度以上，不僅防冰效能下降，也會(huì)對(duì)風(fēng)力發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益造成損害。因此，有必要針對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片新材料的低導(dǎo)熱特性，開發(fā)新的高效熱氣防冰技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：針對(duì)上述存在的問題，提供一種能夠在風(fēng)力機(jī)葉片前緣形成熱氣膜，從而達(dá)到防冰目的的帶有熱氣防冰氣膜射流孔的風(fēng)力機(jī)葉片。

本發(fā)明技術(shù)的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種帶有熱氣防冰氣膜射流孔的風(fēng)力機(jī)葉片，其特征在于：在所述風(fēng)力機(jī)葉片的前緣及其附近易結(jié)冰區(qū)域設(shè)置有若干氣膜孔，所述氣膜孔用于噴射加熱的氣流而形成熱空氣射流，并在風(fēng)力機(jī)葉片的前緣外表面形成熱氣膜。

本發(fā)明所述的帶有熱氣防冰氣膜射流孔的風(fēng)力機(jī)葉片，其所述若干氣膜孔的孔口分布在風(fēng)力機(jī)葉片前緣附近-30％～30％葉片弦長的區(qū)域內(nèi)。

本發(fā)明所述的帶有熱氣防冰氣膜射流孔的風(fēng)力機(jī)葉片，其所述氣膜孔位于風(fēng)力機(jī)葉片上的孔口的流向中心距p為3.75％～15％的表面弦長Cs。

本發(fā)明所述的帶有熱氣防冰氣膜射流孔的風(fēng)力機(jī)葉片，其所述氣膜孔位于風(fēng)力機(jī)葉片上的孔口中心位置之間的距離h＝10％～30％H，其中h為氣膜孔出口處圓心的展向中心距，H為風(fēng)力機(jī)葉片的展向長度。

本發(fā)明所述的帶有熱氣防冰氣膜射流孔的風(fēng)力機(jī)葉片，其所述氣膜孔沿風(fēng)力機(jī)葉片流向傾斜，形成流向傾斜角α，各傾斜的氣膜孔的流向傾斜角α為氣膜孔流向傾斜角度為孔中心線在流向與氣膜孔出口切平面法向量之間的夾角，所述氣膜孔的流向傾斜角α＝0～30°。

本發(fā)明所述的帶有熱氣防冰氣膜射流孔的風(fēng)力機(jī)葉片，其所述氣膜孔的橫截面為圓形，所述氣膜孔的孔徑d＝3～10mm。