專利名稱：帶控制葉尖渦嵌入式導流管的風力機葉片的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及風力發(fā)電設備技術領域，具體是一種帶控制葉尖渦嵌入式導流管的風力機葉片。
背景技術：
風力機是將風能轉換為電能的機械裝置，葉片的氣動設計水平直接影響到風力機轉子的捕風能力、除葉片之外的其他部件選型、控制策略的實現水平、整機的可靠性尤其是風力機的發(fā)電成本。隨著目前風力機的廣泛應用，風電場不可避免的安裝在距離居住區(qū)較近的位置，風力機運行時的噪音成為風力機設計時不可避免需要考慮的問題。為了進一步提高風力機的風能利用率，風力機的尖速比不斷提高，同時也增加了噪音的產生。降低風力機運行時所產生的噪音對風力發(fā)電的發(fā)展有著重要的作用。
風力機噪聲來源主要由兩方面組成機械噪聲以及氣動噪聲。目前機械噪聲已通過很多手段得到有效地控制，而對風力機運行時的氣動噪聲則并沒有得到有效地控制。 Burton在其編著的《Wind energy handbook》《風能手冊》,JOHN WILEY & SONS出版社一書第九章關于噪聲的第三節(jié)(532頁)中提到風力機的氣動噪聲可分為三類I.低頻噪聲2.湍流入流噪聲3.翼型自噪聲當流體流過葉片時，由葉片上下表面壓力差產生葉片升力推動葉片旋轉做功。在葉片頂端，在吸力面和壓力面的壓差使該部分的氣流從壓力面繞向吸力面在葉尖產生旋轉的流動稱之為葉尖渦。Burton在第533頁中提到作為翼型自噪聲一部分的葉尖噪聲是風力機氣動噪聲的主要來源。同時由葉尖渦對葉片大部分葉展上引起的誘導阻力也為風力機功率輸出損失作出主要貢獻。因此降低風力機葉尖渦對風力機氣動性能的影響可以提高風力機的氣動效率以及降低風力機運行時的噪聲水平。就風力機槳葉吹氣裝置，US4197053提出從輪轂被動進氣，在用葉片尾緣噴氣的方法，該方法降低了風力機的啟動風速，擴大了風力機的工作范圍。CN03134065. 2同樣采用類似思路，采用輪轂前被動進氣，將葉尖上的噴氣孔開在葉頂葉片的壓力面上。同樣起到抑制風力機葉尖渦的生成，提高風力機氣動性能的作用。CN20042003112L 4則在葉尖部分加裝噴氣裝置控制葉尖渦的生成，其噴氣方式為采用氣源的主動噴氣方式，且噴嘴方式可調。在風力機運行時葉頂前緣來流進入進氣口通過導流管從葉頂的出氣口噴出同樣可以有效的控制葉尖渦的結構渦量，起到控制葉尖渦噪聲以及降低葉尖渦對葉片上引起的誘導阻力進而提高風力機的氣動效率。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對現有技術中存在的上述不足，提供了一種帶控制葉尖渦嵌入式導流管的風力機葉片。
本發(fā)明是通過以下技術方案實現的。一種帶控制葉尖渦嵌入式導流管的風力機葉片，包括葉片葉頂裝置、進氣口、出氣口及導流管，其中，所述進氣口為若干個，并設置在葉片葉頂裝置的葉頂附近前緣處，所述出氣口為若干個，并設置在葉片葉頂裝置的葉頂處，所述進氣口與出氣口通過導流管相連通。所述葉片葉頂裝置與風力機葉片葉頂一體成型或葉片葉頂裝置用于加裝在風力機葉片葉頂處。所述葉片葉頂裝置為直葉片。所述導流管為1/4圓弧管，并設置在葉片葉頂裝置內部，所述導流管內部設有用于控制氣流流量的節(jié)流裝置。所述進氣口距葉片葉頂裝置葉頂距離小于等于風輪直徑的20% ;所述進氣口最大直徑小于等于進氣口所在葉頂處最大厚度的60%。所述出氣口中心距葉片葉頂裝置葉頂最近距離大于等于葉頂處弦長的15%，且出氣口中心布置在葉頂葉型的中弧線附近；所述出氣口最大厚度小于等于葉頂處翼型最大厚度的60%。
所述進氣口及出氣口形狀為閉合單連通區(qū)域或多聯通區(qū)域。所述閉合單連通區(qū)域為橢圓、矩形或多邊形；所述多聯通區(qū)域為圓環(huán)或多邊形環(huán)。所述導流管的橫截面形狀分別與進氣口及出氣口的形狀相適配。所述導流管的橫截面中心連線為光滑曲線。本發(fā)明提供的帶控制葉尖渦嵌入式導流管的風力機葉片，對風力機葉尖結構做出最少修正的基礎上控制風力機葉尖渦的生成、發(fā)展進而有效降低風力機葉尖渦噪聲產生以及提高風力機氣動效率提高風力機輸出功率降低風力機發(fā)電成本。本發(fā)明適用于目前使用中的各種類型的水平軸風力機。本發(fā)明通過相應的連接裝置作為風力機槳葉的延伸段與風力機葉片相連，或者直接安裝在風力機葉片葉頂部分，在風力機葉片設計時綜合考慮本裝置對風力機葉片的氣動結構影響做統(tǒng)一設計。本發(fā)明結構簡單，在不改變風力機葉片主體的情況下作為葉片延伸段連接在風力機葉片上，并按照加裝葉片風力機實際情況單獨設計(或者在設計時將本裝置與風力機葉片氣動結構部分統(tǒng)一考慮進行整體設計)，從而在最大程度上起到控制葉尖渦生成進而提高風力機氣動效率以及降低發(fā)出的噪聲水平。


圖I為本發(fā)明葉片示意圖；圖2為本發(fā)明俯視圖及局部放大圖；圖3為本發(fā)明側視圖及正視圖；圖中，I為葉片葉頂裝置，2為進氣口，3為出氣口，4為導流管，5為節(jié)流裝置。具體實施方法下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
本實施例可作為延伸段通過連接裝置與普通風力機葉片連接，或者在風力機葉片設計時整體考慮本實施例對風力機葉片的氣動結構影響而統(tǒng)一設計，從而一體成型。如圖I所示，本實施例包括葉片葉頂裝置I、進氣口 2、出氣口 3及導流管4，其中， 進氣口 2為若干個，并設置在葉片葉頂裝置I的葉頂附近前緣處，出氣口 3為若干個，并設置在葉片葉頂裝置I的葉頂處，進氣口 2與出氣口 3通過導流管4相連通。葉片葉頂裝置I為直葉片，風力機運行時氣流從葉頂附近的進氣口 2進入葉片葉頂裝置I內部的導流管4，并通過導流管4從葉頂處的出氣口 3噴出。如圖2所示，在本實施例中，導流管4為1/4圓弧管，其內部設有用于控制氣流流量的節(jié)流裝置5。為了更好的控制風力機運行時通過導流管4的氣流流量，在每個導流管4中放置相應的節(jié)流裝置5，這樣，在對風力機葉尖噪聲發(fā)出水平較低情況下，可適當減小通過導流管4中的空氣流量；導流管橫截面中心連線軌跡可以是如圖2所示的圓弧，也可以是直線或其他不規(guī)則形狀的光滑曲線，導流管4橫截面面積從進氣口 2到出氣口 3可以先收縮后方大，也可先放大后收縮，或者按照進出氣口截面面積線性變化，同時，進出氣口、數量可不一致，即可以一個進氣口通過導流管對應多個出氣口，也可以多個進氣口通過導流管對應一個出氣口，因此導流管需按照進出氣口數目中途分叉或合并；不管導流管截面形狀或截面中心連線軌跡如何，必須保證導流管管壁封閉不漏氣，且為減少氣流流過的沿程阻力需要保證流道光順，截面面積變化均勻。如圖3所示，進氣口 2距葉片葉頂裝置I葉頂距離小于等于風輪直徑的20% ;進氣口 2最大直徑小于等于進氣口所在葉頂處最大厚度的60% ;出氣口 3中心距葉片葉頂裝置 I葉頂最近距離大于等于葉頂處弦長的15%，且出氣口中心布置在葉頂葉型的中弧線附近； 出氣口 3最大厚度小于等于葉頂處翼型最大厚度的60%。定義翼型弦長為C，厚度為H。進出氣口數量依據所安裝風力機的實際情況分別布置廣4個。距葉頂最遠進氣口中心與葉頂間距離小于等于10%風力機風輪半徑。距葉片前緣點最近出氣口中心與葉片前緣點間距離大于等于葉片弦長C的15%。進出氣口間距離可等間距或不等間距排列，原則上相鄰孔間距離不應小于孔寬度的I. 5倍。進出氣口形狀可以為圓形、橢圓、方形或其他封閉曲線形狀，孔徑不超過所在翼型的厚度的30%。原則上對應的進出氣口截面面積比為I. 5:1(即進氣口截面積為出氣口截面積的I. 5倍)，且對應導流管為收縮形導流管。進氣口中心通常放置在葉片前緣上，而出氣口則放置在葉頂翼型的中弧線上。本實施例具體為，包括在放置在葉片葉頂裝置I葉頂附近前緣處的進氣口 2、葉頂處放置的出氣口 3、連接進出氣口的導流管4以及控制氣流流量的節(jié)流裝置5。如果本裝置作為葉片延伸部分通過連接裝置加裝在風力機葉片主體上，該葉片延伸段翼型以及弦長扭角分布需要根據所加裝葉片風力機參數具體設計，并安裝于葉片頂部。通常可以采用與葉片葉頂部分相同葉型，并保證延伸部分弦長扭角與葉片主體部分弦長扭角可光順過度。在葉片葉頂裝置葉頂附近前緣處放置的進氣口距葉頂距離Hl小于等于風輪直徑的20%(通常因小于葉頂處弦長長度)，進氣口中心通常布置在葉片前緣附近。進氣口最大厚度Dl小于等于進氣口所在葉型處最大厚度H的60%。葉頂處安裝的出氣口中心距葉頂最近距離大于等于葉頂處弦長的15%，且出氣口中心布置在葉頂葉型的中弧線附近。同樣出氣口最大厚度小于等于葉頂處翼型最大厚度的60%。進氣口數量以及出氣口數量分別為2 4個，并可根據實際情況做相應增減。且進氣口及出氣口數量可不相等，即可以一個進氣口通過導流管對應多個出氣口，也可以多個進氣口通過導流管對應 一個出氣口。導流管起到將由進氣口進入的氣流引導至葉頂出氣口噴出。導流管截面中心連線可以為直線，圓弧或其他光滑曲線，通常可以將導流管按照1/4圓弧管設計。為了根據實際情況控制通過導流管的氣流流量，在導流管中需加裝相應的節(jié)流裝置5。當風力機運行時，氣流從進氣口通過導流裝置從葉頂的出氣口噴出，噴出氣流在一定程度上可以抑制消弱葉頂生成的葉尖渦，降低葉尖渦噪聲以及在一定程度上改善風力機的氣動性能。
權利要求
1.一種帶控制葉尖渦嵌入式導流管的風力機葉片，其特征在于，包括葉片葉頂裝置、進氣口、出氣口及導流管，其中，所述進氣口為若干個，并設置在葉片葉頂裝置的葉頂附近前緣處，所述出氣口為若干個，并設置在葉片葉頂裝置的葉頂處，所述進氣口與出氣口通過導流管相連通。
2.根據權利要求I所述的帶控制葉尖渦嵌入式導流管的風力機葉片，其特征在于，所述葉片葉頂裝置與風力機葉片葉頂一體成型或葉片葉頂裝置用于加裝在風力機葉片葉頂處。
3.根據權利要求2所述的帶控制葉尖渦嵌入式導流管的風力機葉片，其特征在于，所述葉片葉頂裝置為直葉片。
4.根據權利要求I所述的帶控制葉尖渦嵌入式導流管的風力機葉片，其特征在于，所述導流管為1/4圓弧管，并設置在葉片葉頂裝置內部，所述導流管內部設有用于控制氣流流量的節(jié)流裝置。
5.根據權利要求I所述的帶控制葉尖渦嵌入式導流管的風力機葉片，其特征在于，所述進氣口距葉片葉頂裝置葉頂距離小于等于風輪直徑的20% ;所述進氣口最大直徑小于等于進氣口所在葉頂處最大厚度的60%。
6.根據權利要求I所述的帶控制葉尖渦嵌入式導流管的風力機葉片，其特征在于，所述出氣口中心距葉片葉頂裝置葉頂最近距離大于等于葉頂處弦長的15%，且出氣口中心布置在葉頂葉型的中弧線附近；所述出氣口最大厚度小于等于葉頂處翼型最大厚度的60%。
7.根據權利要求I所述的帶控制葉尖渦嵌入式導流管的風力機葉片，其特征在于，所述進氣口及出氣口形狀為閉合單連通區(qū)域或多聯通區(qū)域。
8.根據權利要求7所述的帶控制葉尖渦嵌入式導流管的風力機葉片，其特征在于，所述閉合單連通區(qū)域為橢圓、矩形或多邊形；所述多聯通區(qū)域為圓環(huán)或多邊形環(huán)。
9.根據權利要求7所述的帶控制葉尖渦嵌入式導流管的風力機葉片，其特征在于，所述導流管的橫截面形狀分別與進氣口及出氣口的形狀相適配。
10.根據權利要求9所述的帶控制葉尖渦嵌入式導流管的風力機葉片，其特征在于，所述導流管的橫截面中心連線為直線或其他光滑曲線。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種帶控制葉尖渦嵌入式導流管的風力機葉片，包括葉片葉頂裝置、進氣口、出氣口及導流管，其中，所述進氣口為若干個，并設置在葉片葉頂裝置的葉頂附近前緣處，所述出氣口為若干個，并設置在葉片葉頂裝置的葉頂處，所述進氣口與出氣口通過導流管相連通，所述導流管內部設有控制氣流流量的節(jié)流裝置。本發(fā)明結構簡單，在不改變風力機葉片主體的情況下作為葉片延伸段連接在風力機葉片上，并按照加裝葉片風力機實際情況單獨設計，或者在設計時將本裝置與風力機葉片氣動結構部分統(tǒng)一考慮進行整體設計，從而在最大程度上起到控制葉尖渦生成進而提高風力機氣動效率以及降低發(fā)出的噪聲水平。
文檔編號F03D7/00GK102705176SQ201210161249
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月18日 優(yōu)先權日2012年5月18日
發(fā)明者杜朝輝, 歐陽華, 沈昕, 田杰, 竺曉程 申請人:上海交通大學