叶片、风力发电机组及其操作方法技术

本发明专利技术实施例提供一种叶片、风力发电机组及其操作方法。叶片包括吸力面壳体和压力面壳体，叶片还包括布置在吸力面壳体上的离散的多个吸气孔，离散的多个吸气孔位于叶片的主梁和叶片的后缘之间。该用于风力发电机组的叶片可以有效抑制叶片吸力面气动转捩(气流分离)，扩大叶片吸力面层流流动区域，解决叶片运行失速问题，从而提升机组发电量；确保发电量的同时，不会给机组带来气动噪声。不会给机组带来气动噪声。不会给机组带来气动噪声。

【技术实现步骤摘要】
叶片、风力发电机组及其操作方法


[0001]本专利技术涉及风力发电
，尤其涉及一种叶片、风力发电机组及其操作方法。

技术介绍

[0002]风力发电机是一种依靠叶片翼型升力来工作的空气动力学设备。翼型的上表面(吸力面)是较大的正的压力梯度为主，因此在大攻角下容易发生流动分离或者失速；翼型的下表面(压力面)前半部分是负的压力梯度，后半部分是较小的正的压力梯度，因此通常不会发生流动分离。从微观上看，“失速”是叶片壁面附近气流失去了向前的速度。从宏观上或从翼型的升、阻力系数等积分量上分析，升力随着攻角增加而线性增加，但是在达到某个临界值后，升力出现突然下降，阻力大幅增大，即发生了失速。从宏观上看，“失速”失去的并不是“速度”，失去的是“升力”。
[0003]由于风力机处在风速变化较为剧烈的大气边界层内工作，可能由于风速风向的突然变化，控制系统未能及时介入导致叶片暂时处在失速下工作。如果风机叶片，特别是叶片外侧，长期处于失速状态下运行，虽然载荷并不会超过极限载荷，但是由于流动分离会产生高频的交变载荷，这对叶片和机组的疲劳寿命产生影响，同时，由于在失速下的翼型的升阻比极低，发电性能也会大幅下降。因此必须要避免风力发电机长时间工作在失速状态下。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，提供一种叶片、风力发电机组及其操作方法，以解决叶片运行失速问题。
[0005]第一方面，本发提供了一种用于风力发电机组的叶片，所述叶片包括吸力面壳体和压力面壳体，所述叶片还包括布置在所述吸力面壳体上的离散的多个吸气孔，所述离散的多个吸气孔位于所述叶片的主梁和所述叶片的后缘之间。
[0006]可选地，所述离散的多个吸气孔的孔间距与孔径的比值为8-12。
[0007]可选地，所述离散的多个吸气孔分布于叶根节圆结束位置至所述叶片的展向的20％至30％处。
[0008]可选地，所述离散的多个吸气孔距离所述主梁的单轴布区域的边缘和所述后缘的单轴布区域的边缘一定距离。
[0009]可选地，所述距离为10-15cm。
[0010]可选地，在所述离散的多个吸气孔分布的吸气孔区域中，所述吸力面壳体的外表面设置有半透膜以覆盖所述离散的多个吸气孔。
[0011]可选地，所述叶片还包括：密封舱，位于所述吸气孔区域中，设置在所述吸力面壳体的内表面以覆盖所述离散的多个吸气孔，并在所述离散的多个吸气孔的出口处形成气体容纳腔；抽气管，所述抽气管的第一端与所述密封舱连接；气泵，与所述抽气管的第二端连接；导气管，所述导气管的第一端与所述气泵的排气口连接；控制器，用于打开所述密封舱并控制所述气泵通过所述离散的多个吸气孔从所述吸力面壳体的外表面吸气。
[0012]可选地，所述导气管的第二端与所述叶片的叶尖排气孔、叶根排气孔中的至少一个连通。
[0013]可选地，所述气泵固定在后缘腹板和吸力面壳体的内表面的夹角位置并且位于所述吸气孔区域的靠近叶尖的一侧。
[0014]可选地，所述抽气管的第二端以及所述导气管固定在所述后缘腹板和所述吸力面壳体的内表面的夹角位置。
[0015]可选地，所述吸气孔区域被划分为多个子区域，所述密封舱包括分别与所述多个子区域中的吸气孔连通的多个子密封舱，所述多个子密封舱能够分别被所述控制器控制。
[0016]可选地，所述吸气孔区域在所述叶片的弦向方向上被划分为多个子区域，所述多个子区域分别沿着所述叶片的展向方向延伸。
[0017]第二方面，本专利技术提供了一种上述叶片的操作方法，所述方法包括：当所述叶片处于未失速状态时，所述控制器控制所述密封舱关闭以封闭所述离散的多个吸气孔；当所述叶片处于失速状态时，所述控制器控制所述子密封舱中的至少一个打开，控制所述气泵通过所述离散的多个吸气孔进行吸气。
[0018]第三方面，本专利技术提供了一种风力发电机组，其包括前述的任意一种所述的叶片。
[0019]根据本专利技术实施例提供的叶片、风力发电机组及其操作方法，具有如下有益的技术效果：有效抑制叶片吸力面气动转捩(气流分离)，扩大叶片吸力面层流流动区域，解决叶片运行失速问题，从而提升机组发电量；确保发电量的同时，不会给机组带来气动噪声。
附图说明
[0020]图1是根据本专利技术实施例的叶片的结构示意图；
[0021]图2是根据本专利技术实施例的主动吸气前后叶片表面气流流动特性对比图；
[0022]图3是根据本专利技术实施例的叶片的部件位置示意图；
[0023]图4是根据本专利技术实施例的叶片的局部分解示意图。
[0024]附图标号说明：
[0025]1-叶片，11-主梁，12-后缘单轴布区域，13-吸气孔，131-第一吸气区域，132-第二吸气区域，14-叶尖排气孔，15-导气管，21-抽气管，22-密封舱，23-半透膜，24-气泵，25-配电模块，26-电缆，220-第一密封舱，221-第二密封舱，3-叶根，4-叶尖，5-前缘，6-后缘，A-气流分离点，B-涡流(湍流)
具体实施方式
[0026]目前失速控制方式主要是两大类：1)基于特定控制策略的主动失速控制方式；2)安装涡流发生器(VG)等气动附件控制方式。通过优化控制策略是避免失速的重要手段，主要是通过叶片变桨控制减小叶片展向各截面处的当地攻角，进而远离失速，但也会损失翼型升力，造成发电量损失；涡流发生器(VG)是一种广泛应用的气动附件，通过VG将壁面附近的速度或者进行一定程度的混合，使近壁面的速度掺混均匀化，可以有效增加失速临界攻角，但是值得注意的是，虽然涡流发生器可以提高最大升力、延迟失速，但是同时也会增加10％～30％的阻力，同时如果在叶尖处应用VG还会带来额外的噪声源。
[0027]本专利技术通过在风力发电机组的叶片上布设离散的多个吸气孔，采用主动吸气的方
法，诱导层流边界层流场，提高层流边界层抵抗逆压梯度的能力，从而抑制气流分离，扩大叶片表面的层流面积，最终解决叶片运行失速的问题。
[0028]图1是根据本专利技术实施例的叶片的结构示意图；图2是根据本专利技术实施例的主动吸气前后叶片表面气流流动特性对比图；图3是根据本专利技术实施例的叶片的部件位置示意图；图4是根据本专利技术实施例的叶片的局部分解示意图。
[0029]如图1至图2所示，根据本专利技术实施例的叶片1包括吸力面(SS面)壳体和压力面(PS面)壳体，在吸力面壳体上布设有离散的多个吸气孔13。
[0030]如图2所示，由于SS面以较大的正的压力梯度为主，因此叶片SS表面容易失速，PS表面的前半部分是负的压力梯度，后半部分是较小的正的压力梯度，通常不会失速。在叶片弦向上，在入流风从叶片前缘5流过叶片1的SS面的主梁11(如图3所示)位置之后，开始出现气流分离A，形成涡流(湍流)B，一直持续到叶片后缘6，即从主梁位置到叶片1的后缘6之间为主要失速区域；而在叶片展向上，通常叶片失速严重的区域为从叶根节圆结束位置至叶片1的展向的20％至30％处。
[0031]因此，优选地，可在失速本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于风力发电机组的叶片，所述叶片(1)包括吸力面壳体和压力面壳体，其特征在于，所述叶片(1)还包括布置在所述吸力面壳体上的离散的多个吸气孔(13)，所述离散的多个吸气孔(13)位于所述叶片(1)的主梁(11)和所述叶片(1)的后缘(6)之间。2.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述离散的多个吸气孔(13)的孔间距与孔径的比值为8-12。3.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述离散的多个吸气孔(13)分布于叶根节圆结束位置至所述叶片(1)的展向的20％至30％处。4.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述离散的多个吸气孔(13)距离所述主梁(11)的单轴布区域的边缘和所述后缘(6)的单轴布区域(12)的边缘一定距离。5.根据权利要求4所述的叶片，其特征在于，所述距离为10-15cm。6.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，在所述离散的多个吸气孔(13)分布的吸气孔区域中，所述吸力面壳体的外表面设置有半透膜(23)以覆盖所述离散的多个吸气孔(13)。7.根据权利要求6所述的叶片，其特征在于，所述叶片(1)还包括：密封舱(22)，位于所述吸气孔区域中，设置在所述吸力面壳体的内表面以覆盖所述离散的多个吸气孔(13)，并在所述离散的多个吸气孔(13)的出口处形成气体容纳腔；抽气管(21)，所述抽气管(21)的第一端与所述密封舱(22)连接；气泵(24)，与所述抽气管(21)的第二端连接；导气管(15)，所述导气管(15)的第一端与所述气泵(24)的排气口连接；控...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖智龙，陈威，闻笔荣，
申请(专利权)人：江苏金风科技有限公司，
类型：发明
国别省市：