[发明专利]一种带有热气防冰气膜射流孔的风力机叶片

说明书

本发明公开了一种带有热气防冰气膜射流孔的风力机叶片，在所述风力机叶片的前缘及其附近易结冰区域设置有若干气膜孔，所述气膜孔用于喷射加热的气流而形成热空气射流，并在风力机叶片的前缘外表面形成热气膜。本发明通过将气流先在风力机内腔通过加热装置加热，并通过所需位置的气膜孔喷射出来，形成热空气射流，与叶片外冷空气相互掺混卷吸，从而在叶片前缘形成热气膜，以达到防冰的目的。本发明针对在寒冷冬季持续工作的风力机叶片，气膜热气防冰相比传统冲击热气防冰技术来说，是一种更高效、节能、智能的防冰技术，经过CFD数值模拟发现，通过合理的布置气膜孔排，可以实现对易结冰区域的气膜全覆盖，在相同的防冰热载荷下，热气用量减少了30％以上。

技术领域

本发明属于风力机叶片技术领域，特别涉及一种布置在风力机叶片前缘相应区域的热气防冰气膜射流孔排，用以实现常规热气防冰技术难以实现的高效防冰效果。

背景技术

寒冷季节时在风力机上产生的结冰会直接影响风力机叶片的气动外形，强化气流的流动分离，导致叶片阻力增大，升力下降。对于目前普遍应用的升力型大型风力发电机来说，就意味着降低风力机发电功率的下降，严重时可造成50％的发电量损失。同时，严重的结冰现象可破坏风力机塔架的应力结构并对风场工作人员的人身安全造成伤害。风力机叶片结冰严重时，只能停机弃风，给风力发电企业造成巨大的经济损失。

传统的风力机热气防冰结构借鉴了航空飞行器防冰腔的设计理念采用引热气冲击防冰腔内壁面的方式来加热风力机叶片，使得壁面温度上升，从而脱离过冷水结冰的温度条件，以防止过冷水在叶片上凝结成冰，破坏气动外形。例如德国ENERCON公司将7KW的热空气鼓风机安装在一个850kW风力发电机组的叶片上，鼓风机实际总消耗的能量占总发电量的1％，而产生的暖空气温度在80～120℃，它会将叶片温度应保持在临界温度以上，使得叶片表面不易结冰。

近年来，随着风力机大型化以及制造工艺的发展，玻璃纤维已成为制造风力机叶片的主要材料，不同于金属蒙皮的飞机机翼，其导热系数为0.032w/m*k，属于低导热性的隔热材料，这样一来就大大增加了导热过程的热阻，当热阻增加时，需耗费更多的热能才能通过内冲击换热的方式将叶片温度提升到临界结冰温度以上，不仅防冰效能下降，也会对风力发电企业的经济利益造成损害。因此，有必要针对风力机叶片新材料的低导热特性，开发新的高效热气防冰技术。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种能够在风力机叶片前缘形成热气膜，从而达到防冰目的的带有热气防冰气膜射流孔的风力机叶片。

本发明技术的技术方案是这样实现的：一种带有热气防冰气膜射流孔的风力机叶片，其特征在于：在所述风力机叶片的前缘及其附近易结冰区域设置有若干气膜孔，所述气膜孔用于喷射加热的气流而形成热空气射流，并在风力机叶片的前缘外表面形成热气膜。

本发明所述的带有热气防冰气膜射流孔的风力机叶片，其所述若干气膜孔的孔口分布在风力机叶片前缘附近-30％～30％叶片弦长的区域内。

本发明所述的带有热气防冰气膜射流孔的风力机叶片，其所述气膜孔位于风力机叶片上的孔口的流向中心距p为3.75％～15％的表面弦长Cs。

本发明所述的带有热气防冰气膜射流孔的风力机叶片，其所述气膜孔位于风力机叶片上的孔口中心位置之间的距离h＝10％～30％H，其中h为气膜孔出口处圆心的展向中心距，H为风力机叶片的展向长度。

本发明所述的带有热气防冰气膜射流孔的风力机叶片，其所述气膜孔沿风力机叶片流向倾斜，形成流向倾斜角α，各倾斜的气膜孔的流向倾斜角α为气膜孔流向倾斜角度为孔中心线在流向与气膜孔出口切平面法向量之间的夹角，所述气膜孔的流向倾斜角α＝0～30°。

本发明所述的带有热气防冰气膜射流孔的风力机叶片，其所述气膜孔的横截面为圆形，所述气膜孔的孔径d＝3～10mm。