[发明专利]一种基于风力机叶片的自动伸缩涡流发生器系统

说明书

本发明提出了一种基于风力机叶片的自动伸缩涡流发生器系统，其包括风力机叶片、压力挡板、归位器、连杆机构和涡流发生器；风力机叶片上开设一凹槽；凹槽贯穿叶根；归位器悬空设置在凹槽内；归位器背向叶根的一侧面开设一调节槽；沿压力差的方向，调节槽的内壁安装弹簧；连杆机构的一个自由端铰接在风力机叶片上；连杆机构的另一个自由端通过转轴固定在凹槽位于风力机叶片的部分；连杆机构的一固定端铰接在风力机叶片上并位于归位器和涡流发生器之间；压力挡板通过转轴与连杆机构连接；压力挡板伸入调节槽内并与弹簧接触。本发明利用连杆机构将叶片尾缘处压差信号转变为涡流发生器的位移，从而实现涡流发生器自动伸缩，控制气流分离的效果。

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，尤其涉及一种基于风力机叶片的自动伸缩涡流发生器系统。

背景技术

随着我国风力机装机容量逐渐增大，其叶片尺寸显著增加，而早期风力机多选用较薄的翼型，在复杂恶劣的运行环境下，叶片断裂的可能性非常大。目前大型风力机的根部一般采用较厚翼型来提高叶片的结构强度，使得高性能大厚度翼型的研发成为必需。厚翼型自身是非常容易发生流动分离的，而根部翼型的流动状态经常处于非设计工况下，这种情况更加大了发生流动分离的可能性，所以通过控制流动分离来减小风力机叶片阻力逐渐成为风力机气动研究的热点问题。涡流发生器是一种控制边界层流动分离非常有效的手段，能够影响叶片表面上的流动分布，其基本原理如图1所示，向边界层内注入新的涡流能量，它是以某一攻角垂直布置在风力机叶片表面的小展弦比翼型，该小翼的两侧分别是压力面和吸力面，能够产生翼尖涡，且其展弦比较小，翼尖涡的强度较大，高能量的翼尖涡可以促进边界层外高动能流体与边界层内低动能流体的掺混，增加边界层内的能量与动量，降低边界层的厚度，抑制展向流动，从而使湍流边界层的分离延迟或者消除，最终达到翼型增加升力减小阻力的效果，因此对风力机加装涡流发生器的气动性能研究是很有必要的。现有技术装有涡流发生器的风力机结构如图2所示，装有涡流发生器的叶片10叶根尾缘处不会发生流动分离，而未安装有涡流发生器的叶片11，在叶根处出现明显的流动分离。

然而现有技术中被动控制的涡流发生器会给风力机叶片带来一定的气动阻力，即在风力机叶片未发生流动分离时，涡流发生器的存在会影响原先流场的分布，从而影响叶片的气动性能，一些学者提出一种主动控制的涡流发生器，可以根据风力机叶片运行状态，使涡流发生器自由的进出叶片表面，在保证了风力机叶片较好的气动性能之外，也避免了风力机在未失速状态下涡流发生器对叶片产生的阻力。

有学者在叶片后缘设置可根据风力大小进行偏转的襟翼，能够将襟翼的移动量传递给涡流发生器，以实现两者同步运动从而达到涡流发生器自动升降的目的，但现有风力机叶片上的襟翼需要相关电动装置驱动，且涡流发生器的伸缩不能根据叶片表面是否发生流动分离灵活变换。在风力不稳定的环境还会间歇地、不规则周期的增加风力机叶片载荷，使风力发电机面对的发电环境更加复杂。因此，现有技术存在的问题如下：涡流发生器虽然能够在翼型大攻角时抑制流动分离，但是在小攻角时，此成为了一个不必要的装置，不仅会使升力系数有所减小，且会造成附加阻力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于风力机叶片的自动伸缩涡流发生器系统，解决了现有技术中存在的问题，其利用连杆机构将叶片尾缘处压差信号转变为涡流发生器的位移，从而实现涡流发生器自动伸缩，控制气流分离的效果。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种基于风力机叶片的自动伸缩涡流发生器系统，包括风力机叶片、压力挡板、归位器、连杆机构和涡流发生器；

其中，所述风力机叶片上铰接所述涡流发生器；所述风力机叶片的叶根处开设一凹槽；所述凹槽贯穿所述叶根的边缘；

所述归位器悬空设置在所述凹槽内；所述归位器背向所述叶根的一侧面开设一调节槽；沿气压压力差的方向，所述调节槽的内壁安装弹簧；