[发明专利]带控制叶尖涡嵌入式导流管的风力机叶片

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电设备技术领域，具体是一种带控制叶尖涡嵌入式导流管的风力机叶片。

技术背景

风力机是将风能转换为电能的机械装置，叶片的气动设计水平直接影响到风力机转子的捕风能力、除叶片之外的其他部件选型、控制策略的实现水平、整机的可靠性尤其是风力机的发电成本。随着目前风力机的广泛应用，风电场不可避免的安装在距离居住区较近的位置，风力机运行时的噪音成为风力机设计时不可避免需要考虑的问题。为了进一步提高风力机的风能利用率，风力机的尖速比不断提高，同时也增加了噪音的产生。降低风力机运行时所产生的噪音对风力发电的发展有着重要的作用。

风力机噪声来源主要由两方面组成：机械噪声以及气动噪声。目前机械噪声已通过很多手段得到有效地控制，而对风力机运行时的气动噪声则并没有得到有效地控制。Burton在其编著的《Wind energy handbook》《风能手册》，JOHN WILEY & SONS出版社一书第九章关于噪声的第三节(532页)中提到风力机的气动噪声可分为三类：

1.低频噪声

2.湍流入流噪声

3.翼型自噪声

当流体流过叶片时，由叶片上下表面压力差产生叶片升力推动叶片旋转做功。在叶片顶端，在吸力面和压力面的压差使该部分的气流从压力面绕向吸力面在叶尖产生旋转的流动称之为叶尖涡。Burton在第533页中提到：作为翼型自噪声一部分的叶尖噪声是风力机气动噪声的主要来源。同时由叶尖涡对叶片大部分叶展上引起的诱导阻力也为风力机功率输出损失作出主要贡献。因此降低风力机叶尖涡对风力机气动性能的影响可以提高风力机的气动效率以及降低风力机运行时的噪声水平。

就风力机桨叶吹气装置，US4197053提出从轮毂被动进气，在用叶片尾缘喷气的方法，该方法降低了风力机的启动风速，扩大了风力机的工作范围。CN03134065.2同样采用类似思路，采用轮毂前被动进气，将叶尖上的喷气孔开在叶顶叶片的压力面上。同样起到抑制风力机叶尖涡的生成，提高风力机气动性能的作用。CN200420031121.4则在叶尖部分加装喷气装置控制叶尖涡的生成，其喷气方式为采用气源的主动喷气方式，且喷嘴方式可调。

在风力机运行时叶顶前缘来流进入进气口通过导流管从叶顶的出气口喷出同样可以有效的控制叶尖涡的结构涡量，起到控制叶尖涡噪声以及降低叶尖涡对叶片上引起的诱导阻力进而提高风力机的气动效率。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种带控制叶尖涡嵌入式导流管的风力机叶片。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种带控制叶尖涡嵌入式导流管的风力机叶片，包括叶片叶顶装置、进气口、出气口及导流管，其中，所述进气口为若干个，并设置在叶片叶顶装置的叶顶附近前缘处，所述出气口为若干个，并设置在叶片叶顶装置的叶顶处，所述进气口与出气口通过导流管相连通。

所述叶片叶顶装置与风力机叶片叶顶一体成型或叶片叶顶装置用于加装在风力机叶片叶顶处。

所述叶片叶顶装置为直叶片。

所述导流管为1/4圆弧管，并设置在叶片叶顶装置内部，所述导流管内部设有用于控制气流流量的节流装置。

所述进气口距叶片叶顶装置叶顶距离小于等于风轮直径的20%；所述进气口最大直径小于等于进气口所在叶顶处最大厚度的60%。

所述出气口中心距叶片叶顶装置叶顶最近距离大于等于叶顶处弦长的15%，且出气口中心布置在叶顶叶型的中弧线附近；所述出气口最大厚度小于等于叶顶处翼型最大厚度的60%。

所述进气口及出气口形状为闭合单连通区域或多联通区域。

所述闭合单连通区域为椭圆、矩形或多边形；所述多联通区域为圆环或多边形环。

所述导流管的横截面形状分别与进气口及出气口的形状相适配。

所述导流管的横截面中心连线为光滑曲线。

本发明提供的带控制叶尖涡嵌入式导流管的风力机叶片，对风力机叶尖结构做出最少修正的基础上控制风力机叶尖涡的生成、发展进而有效降低风力机叶尖涡噪声产生以及提高风力机气动效率提高风力机输出功率降低风力机发电成本。本发明适用于目前使用中的各种类型的水平轴风力机。本发明通过相应的连接装置作为风力机桨叶的延伸段与风力机叶片相连，或者直接安装在风力机叶片叶顶部分，在风力机叶片设计时综合考虑本装置对风力机叶片的气动结构影响做统一设计。