[发明专利]空气流动控制装置及包含其的风机叶片、风力发电机组

说明书

本发明公开了一种空气流动控制装置及包含其的风机叶片、风力发电机组，空气流动控制装置包括至少一个控制单元，该控制单元包括两个相对设置的立板和排气组件，两个立板之间的距离从前向后逐渐增加，排气组件上具有能喷射气体的排气孔，排气孔设于两个立板之间的后侧区域。本发明的空气流动控制装置通过使流经风机叶片表面的气流流经两个立板之间的区域产生涡流，将风机叶片的边界层的外部能量掺和到边界层的内部，增加边界层内部能量，再通过排气组件的排气孔喷出的气流带动涡流的涡心下移，进而加强边界层的能量混掺，进一步增加边界层内部能量，提高边界层抗分离能力。

技术领域

本发明涉及风力发电领域，具体是涉及一种空气流动控制装置及包含其的风机叶片、风力发电机组。

背景技术

风力发电机组在运行时，若叶片的迎角过大，叶片会出现边界层流动分离现象，称为叶片失速，流动分离会导致叶片升力迅速下降，阻力迅速上升，导致叶片气动性能下降，发电量损失严重。随着风电叶片的大型化，对叶片结构的要求越来越高，大厚度、钝尾缘的翼型成为了叶根端翼型的首选。在风电机组运行过程中，使用大厚度翼型的叶根区域极易出现边界层流动分离，进而产生沿叶片展向的三维流动，造成叶片气动性能的下降。

为了在风电机组正常工作期间获得更高的风能利用率，需要提升叶片升力的同时减小叶片阻力。通常通过一定流动控制手段将气流分离位置向叶片后缘移动来增加叶片附着流区域，减小分离流区域。例如中国发明专利CN201110452836公开一种操纵横跨风力涡轮机转子叶片的空气的边界层的主动流动控制系统和方法，该发明专利在风电叶片的前缘和最大厚度之间以及后缘和最大厚度之间开气孔，气孔与叶片腔体内部的排气管连接，通过气孔吸气或者排气对边界层进行流动控制，达到提升叶片空气动力学性能目的。但其在叶片表面开孔，造成叶片结构有损伤风险，而且其叶片表面开孔方向垂直于叶片表面，导致其排出的气流速度方向与叶片前缘来流速度方向接近垂直，导致合成气流速度方向与叶片表面有一定夹角，不利于抑制流动分离。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术中风力发电机组在运行时，风电叶片会出现边界层流动分离现象的缺陷，提供一种空气流动控制装置及包含其的风机叶片、风力发电机组。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种空气流动控制装置，所述空气流动控制装置包括至少一个控制单元，所述控制单元包括两个相对设置的立板和排气组件，两个所述立板之间的距离从前向后逐渐增加，所述排气组件上具有能喷射气体的排气孔，所述排气孔设于两个所述立板之间的后侧区域。

在本方案中，空气流动控制装置通过使流经风机叶片表面的气流流经两个立板之间的区域产生涡流，将风机叶片的边界层的外部能量掺和到边界层的内部，增加边界层内部能量，再通过排气组件的排气孔喷出的气流带动涡流的涡心下移，进而加强边界层的能量混掺，进一步增加边界层内部能量，提高边界层抗分离能力。

较佳地，所述排气组件包括送气机构，所述送气机构的出气口与所述排气孔连通。

在本方案中，通过送气机构向排气组件的排气孔内输送气体，可以根据风力发电机运行状态调节排气流量，使排气孔喷出的气体更好地降低涡流的涡心。

较佳地，所述排气组件还包括排气板，所述排气板的上表面开设有所述排气孔。

在本方案中，将排气孔设在排气板上，避免在风机叶片上直接开孔造成叶片结构损伤，同时也方便对排气孔的设置位置进行调整。

较佳地，所述排气板内具有进气通道，所述进气通道与所述排气孔连通，所述送气机构的出气口与所述进气通道连通。

在本方案中，设置与排气孔连通的进气通道，便于与送气机构的出风口连接。

较佳地，所述排气板的厚度从前向后逐渐减小，所述排气孔靠近所述排气板的前端设置。