一种通风减涡装置及内置有该通风减涡装置的风力机叶片制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种通风减涡装置及内置有该通风减涡装置的风力机叶片，属于风力机的技术领域。本发明专利技术针对风力机叶片的气流分离现象提出了通风减涡装置的改善设计，以内置螺旋结构的截面渐缩式圆台壁面为装置主体，靠近圆台壁面大半径端的侧壁开有气道渐缩的进风口，该装置能够收集到足够的空气，通过变截面和切向流入保证能够产生足够强度的涡。本申请还公开了一种内置有该装置的风力机叶片，装置出风口与风力机叶片吸力面不同展向处开有的小孔贴合且出风口均朝向叶片尾缘，通风减涡装置的空气入口朝向叶片根部，大攻角时起到增升减阻的作用，小攻角时通风减涡装置对叶片表面阻力没有任何影响。

A ventilation and vortex reduction device and a wind turbine blade with the built-in ventilation and vortex reduction device

The invention discloses a ventilation vortex reducing device and a wind turbine blade with the built-in ventilation vortex reducing device, belonging to the technical field of wind turbines. According to the phenomenon of air flow separation of wind turbine blades, the improved design of the ventilation vortex reduction device is proposed. The wall of the tapered circular platform with built-in helical structure is the main body of the device, and the side wall near the large radius end of the platform wall is provided with a tapered air inlet. The device can collect enough air and ensure that enough intensity vortices can be produced by varying cross-section and tangential inflow. The application also discloses a wind turbine blade with the device built in. The outlet of the device fits with small holes in different directions of the suction surface of the wind turbine blade and the outlet faces to the trailing edge of the blade. The air inlet of the ventilation vortex reducer faces to the root of the blade. It plays the role of increasing lift and reducing drag at high angle of attack. The ventilation vortex reducer has no effect on the resistance of the blade surface at small angle of attack.

【技术实现步骤摘要】
一种通风减涡装置及内置有该通风减涡装置的风力机叶片
本专利技术公开了一种通风减涡装置及内置有该通风减涡装置的风力机叶片，属于风力机的

技术介绍
作为风力机捕获风能的部件，叶片在整个风力发电过程中具有至关重要的地位，关于叶片设计有较大限制。为了达到理想的气动效率，需要在叶片的不同展向处设定不同的弦长、厚度、扭角甚至翼型，外形要求较高，但是此种设计破坏了理想的翼型条件，容易造成气流分离，导致风力机失速。处于分离失速中的风力机，效率降低导致稳定性恶化，甚至会造成严重事故。来流从固体边界流过时，边界表面的流体速度由于粘性作用从零迅速增至外流速度。边界层内的流动受压强梯度力和粘性力的作用，而粘性力是以摩阻力的形式表现出来的。在顺压区，尽管始终存在着摩阻力对流动的阻滞作用，且这一作用试图使层内流体减速，但顺压梯度力作用仍可使流动沿程加速，流动仍能沿壁面前进，不会发生脱离物体表面的现象，即不会分离；在逆压区，此时，摩阻力和逆压梯度力的作用都使流体减速，于是，流动沿程越流越慢，最后出现反向流动，反向流动排挤主流就使主流脱离物体表面产生分离现象。特别是当攻角大于临界攻角时，绕流发生分离，翼型的升力系数突然降低，发生失速现象。因此，延迟失速现象对于提高风力机气动性能具有极其重要的作用。现有技术通过安装于叶片表面的通风减涡装置在叶片表面生成涡，把能量从流速较高的主流区传递至流速极低的分离区，可以中和两个区域的能量差，使处于逆压梯度中的边界层流场获得附加能量后能够继续贴附在机体表面而不致分离。通风减涡装置一般采用一种小叶片结构，在大攻角时能够延迟升力，起到增升减阻的作用。但是，当攻角较小的时候，叶片表面的小叶片也会增加叶片表面的粗糙度，无异会增加叶片的阻力，降低叶片的性能。可见，传统涡流发生器外置于叶片表面可以在大攻角工况下延迟失速，但在小攻角时增加了叶片表面的粗糙度，增加了阻力，降低了叶片性能。因此，设计一种既能实现大攻角工况下延迟叶片表面失速现象又能在小攻角时不产生任何负面影响同时成本还比较低廉的新型风力机叶片具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是针对上述
技术介绍
的不足，提供了一种通风减涡装置及内置有该通风减涡装置的风力机叶片，既实现了大攻角下延迟风力机叶片表面失速现象，又避免了小攻角下通风减涡装置增加风力机叶片阻力的缺陷，解决了现有外置于叶片表面的涡流发生器虽能在大攻角时起到增升减阻的作用但在小攻角时增加阻力降低风力机叶片性能的技术问题。本专利技术为实现上述专利技术目的采用如下技术方案：一种内置通风减涡装置的风力机叶片，风力机叶片为空心结构，在吸力面沿展向开了多个贯穿叶片壳体的椭圆形小孔，多个椭圆形小孔位于叶片吸力面弦向20%弦长的位置，通风减涡装置内置于叶片壳体且出风口与椭圆形小孔连接，通风减涡装置在叶片不同展向的当地弦向20%弦长位置处的叶片壳体内部。通风减涡装置的主体为具有一大半径端面和一小半径端面的截面渐缩的圆台壁面，圆台壁面的内壁面为有螺旋结构，圆台壁面的小半径端面为通风减涡装置的出风口，圆台壁面的大半径端面由盖板封闭，大半径端面垂直于通风减涡装置轴线，在圆台壁面大半径端面设置了气道渐缩的矩形体空气入流口，所有通风减涡装置的入流口方向均朝向叶片根部，矩形体进风口的外侧面与圆台壁面的同心圆截面相切，矩形体进风口内侧面的延长线与圆台壁面的外侧面有一锐角夹角，连接矩形体进风口内外侧面的上侧面和下侧面与通风减涡装置中心线垂直，渐缩式通风减涡装置的中心线切于叶片内壁面，通风减涡装置的出风口朝向叶片尾缘，通风减涡装置的轴线与当地翼型弦线共面且与叶片展向垂直。截面渐缩的构造保证通风减涡装置能够收集到足够的空气，通过变截面和切向流入保证能够产生足够强度的涡。内置螺旋结构的通风减涡装置的小半径端面为空气出口，椭圆形出口端面切于叶片壳体内侧面并与叶片吸力面弦向20%弦长位置的椭圆小孔相连，出于贴合叶片壳体的需要，小半径端面与通风减涡装置的轴线成一定角度的锐角，通风减涡装置的大半径端面与小半径端面不平行。出口方向与通风减涡装置中心线一致。通风减涡装置的空气入口朝向叶片根部，与叶片内部空气流动主方向相反，保证了通风减涡装置入口正对来流方向，保证空气能够先流经通风减涡装置，然后产生旋涡，流到叶片表面。在叶片同厚度区域，越靠近叶片根部位置的通风减涡装置，大半径端面的半径越小；在叶片变厚度区域，通风减涡装置入口中心点离叶片中心线距离为1倍以上的入口厚度，且越靠近叶尖位置，入口中心点距离叶片中心线越近。入口中心线不一致且朝向叶片展向方向，前后通风减涡装置不产生阻挡作用，每个通风减涡装置都有空气流入。在风力机运行的条件下，叶片部分区域产生失速，这些失速区域发生在叶片上翼面，形成较大的负压，此时，由于叶片为中空结构，有空气流入；在叶片旋转条件下，叶片内部流体会向叶片叶尖部位挤压，形成一定的正压，此时，在叶片壳体内和叶片上翼面形成一定的压力差，贯穿叶片壳体的椭圆形小孔使叶片上翼面的表面和叶片内的腔体联通，在压差的驱动下，叶片内部的正压气流以切向进入通风减涡装置后在通风减涡装置的圆台壁面内部形成旋涡，漩涡通过通风减涡装置的出风口再经叶片表面的椭圆形小孔流出，形成具有一定角速度的涡，具有一定角速度的涡有把能量从流速较高的主流区传递至流速极低的分离区的席卷作用，中和了两个区域的能量差，使处于低能量的分离区获得附加能量后能够继续贴附在叶片表面而不致分离，达到提升升力的作用。叶片空腔内的空气经由通风减涡装置的大半径端面的进口进入，截面渐缩的螺旋式圆台壁面使气流在通风减涡装置腔体内形成流速更高和转速较高的旋涡，再通过通风减涡装置的出口排至叶片表面，由于通风减涡装置的轴线与叶片内表面相切，所以产生的涡的轴线与叶片表面成角度极小的锐角，排出叶片的涡线发展扩散后与叶片外表面相切。小攻角时，叶片表面附着流动，负压区主要集中在上翼面前缘附近，在叶片最大厚度位置的压力与叶片内腔的压力相当，不会产生叶片内外的空气流动。相较于在风力机叶片上设置涡流器叶片以实现通风减涡的传统方案，本申请采用小孔产生强涡以排除叶片表面的分离涡，因而在小攻角也不会产生额外的摩擦阻力。叶片腔体内沿展向布置多个类似的通风减涡装置，因而在叶片表面上翼面形成多个涡，对叶片表面分离区进行充分的降涡。本专利技术采用上述技术方案，具有以下有益效果：本专利技术设计的截面渐缩的螺旋式通风减涡装置使得中空叶片内腔体的流动空气在叶片表面形成具有一定旋转角速度的涡。在大攻角时，具有一定旋转角速度的涡把流速较高的主流区能量传递至流速极低的分离区，中和了两个区域的能量差，从而延缓了风力机叶片失速情况，降低了尾缘处的尾涡强度，实现了翼型近壁面气流良好的附着流动，起到了增强翼型气动效率的作用，提高了风能捕捉效率，在小攻角时，叶片外压差较小，叶片表面仍然表现为光滑叶片，通风减涡装置对叶片表面阻力没有任何影响。附图说明图1为本专利技术公开的风力机叶片垂直展向的侧剖图。图2为图1的局部放大图。图3为本专利技术公开的风力机叶片沿展向的局部侧剖图。图4为本专利技术公开的通风减涡装置的结构示意图。图5为翼型在大攻角下产生分离涡的示意图。图6为翼型在大攻角下内置通风减涡装置改善流动后的示意图。图7为本专利技术公开的通风减涡装置产生附着涡的示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通风减涡装置，其特征在于，该通风减涡装置的主体为一截面渐缩的圆台壁面，所述圆台壁面的内壁有螺旋结构，圆台壁面具有一大半径端面和一小半径端面，圆台壁面靠近大半径端面的侧壁上开有通风减涡装置的进风口，小半径端面为通风减涡装置的出风口。

【技术特征摘要】
1.一种通风减涡装置，其特征在于，该通风减涡装置的主体为一截面渐缩的圆台壁面，所述圆台壁面的内壁有螺旋结构，圆台壁面具有一大半径端面和一小半径端面，圆台壁面靠近大半径端面的侧壁上开有通风减涡装置的进风口，小半径端面为通风减涡装置的出风口。2.根据权利要求1所述一种通风减涡装置，其特征在于，所述通风减涡装置的进风口为气道渐缩的矩形体进风口，矩形体进风口的外侧面与圆台壁面的同心圆截面相切，矩形体进风口内侧面的延长线与圆台壁面的外侧面有一锐角夹角，连接矩形体进风口内外侧面的上侧面和下侧面与通风减涡装置的中心线垂直。3.根据权利要求1所述一种通风减涡装置，其特征在于，所述通风减涡装置的出风口与轴线成一锐角夹角。4.根据权利要求1所述一种通风减涡装置，其特征在于，所述大半径端面封有盖板。5.一种内置有权利要求1至4中任意一项所述通风减涡装...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵振宙，吴昊，孟令玉，郑源，许波峰，苏德程，陈明，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32