一種減少風(fēng)力機(jī)葉尖渦流的雙段式小翼的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種減少風(fēng)力機(jī)葉尖渦流的雙段式小翼，屬于風(fēng)力機(jī)發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。雙段式小翼(1)安裝在風(fēng)力機(jī)葉片(4)的葉尖(7)處。雙段式小翼(1)包括一組非對稱的葉片，即吸力面小翼(2)和壓力面小翼(3)。吸力面小翼(2)位于風(fēng)力機(jī)葉片(4)的葉片吸力面(5)一側(cè)，壓力面小翼(3)位于風(fēng)力機(jī)葉片(4)的葉片壓力面(6)一側(cè)。吸力面小翼(2)與風(fēng)力機(jī)葉片(4)法向夾角(α)為16°～19°，壓力面小翼(3)與風(fēng)力機(jī)葉片(4)法向夾角(β)為36°～39°。該種雙段式小翼(1)能夠削弱渦流的產(chǎn)生，增加升阻比，降低風(fēng)力機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的噪音，大幅度提高了葉片風(fēng)能利用率及風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性。
【專利說明】
一種減少風(fēng)力機(jī)葉尖渦流的雙段式小翼
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種減少風(fēng)力機(jī)葉尖渦流的雙段式小翼，屬于風(fēng)力機(jī)發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]正常情況下，風(fēng)力機(jī)葉片上下面的壓力差是風(fēng)力機(jī)升力的主要來源。伴隨風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行，在風(fēng)力機(jī)葉尖處，上卷的氣流會(huì)從葉尖向后拖起一條長長的渦流，渦流耗散著風(fēng)力機(jī)的能量，導(dǎo)致風(fēng)力機(jī)葉片風(fēng)能利用率特別低。如果既要保持葉片上下面的壓力差又不讓氣流從吸力面向上卷，只能把葉片做得足夠長，讓葉尖處的氣流卷動(dòng)相對于整條葉片來說變得不那么明顯，但是葉片長度受到葉片結(jié)構(gòu)的限制，葉片過長還會(huì)導(dǎo)致風(fēng)力機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定。同時(shí)風(fēng)力機(jī)在運(yùn)行過程中，產(chǎn)生的噪音也比較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于，提供一種減少風(fēng)力機(jī)葉尖渦流的雙段式小翼，在風(fēng)力機(jī)葉尖位置采用一種非對稱的雙段式小翼來削弱渦流的產(chǎn)生，改善風(fēng)力機(jī)葉片空氣動(dòng)力學(xué)特性，增加升阻比，降低了風(fēng)力機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的噪音，大幅度提高了葉片風(fēng)能利用率及風(fēng)力機(jī)的運(yùn)
"?丁穩(wěn)定性。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0005]該種減少風(fēng)力機(jī)葉尖渦流的雙段式小翼安裝在風(fēng)力機(jī)葉片的葉尖處。所述雙段式小翼包括一組非對稱的葉片，即吸力面小翼和壓力面小翼。所述吸力面小翼位于風(fēng)力機(jī)葉片的葉片吸力面一側(cè)。所述壓力面小翼位于風(fēng)力機(jī)葉片的葉片壓力面一側(cè)。吸力面小翼與風(fēng)力機(jī)葉片法向夾角為16°?19°，壓力面小翼與風(fēng)力機(jī)葉片法向夾角為36°?39°。風(fēng)力機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，來流經(jīng)過風(fēng)力機(jī)葉片，在葉尖處由于壓力差產(chǎn)生葉尖渦流。在葉尖處加裝該種非對稱式小翼，其中壓力面小翼會(huì)阻隔壓力面流體向葉尖吸力面流動(dòng)，同時(shí)吸力面小翼會(huì)增加葉尖吸力面流體壓力，進(jìn)一步減小葉尖壓力面、吸力面兩側(cè)的壓差，從而削弱葉尖渦流的產(chǎn)生。該種非對稱設(shè)計(jì)削弱了葉尖渦流的強(qiáng)度從而減小了葉尖流動(dòng)分離，改善了風(fēng)力機(jī)葉片的空氣動(dòng)力學(xué)特性，提高了風(fēng)輪的啟動(dòng)特性，進(jìn)而提高了風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用率。
[0006]前述的吸力面小翼與風(fēng)力機(jī)葉片法向夾角為18°，壓力面小翼與風(fēng)力機(jī)葉片法向夾角為36°。安裝角為18°的吸力面小翼可以有效增加吸力面壓力，減小葉尖兩側(cè)壓差。安裝角為36°的壓力面小翼既能有效阻隔壓力面流體向吸力面流動(dòng)，又不至于引起較大的空氣阻力，相對于安裝角度有一定的范圍，該種具體的安裝角度能夠更好地削弱葉尖渦流的產(chǎn)生。
[0007]前述的吸力面小翼和壓力面小翼均安裝在葉尖的弦長處，即吸力面小翼前部和壓力面小翼前部的安裝點(diǎn)均位于葉尖前緣處，吸力面小翼尾部和壓力面小翼尾部的安裝點(diǎn)均位于葉尖后緣處，安裝面折邊長度與葉尖翼型弦長相等。該種安裝方式避免了小翼在葉尖后緣處有未作用區(qū)域，減小后緣處的葉尖壓差，從而減少流動(dòng)損失。風(fēng)力機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)，葉尖受到風(fēng)力機(jī)葉片本體帶動(dòng)導(dǎo)致受風(fēng)面的壓力較大，長期會(huì)導(dǎo)致葉尖發(fā)生翻轉(zhuǎn)，該種設(shè)置使得雙段式小翼產(chǎn)生的壓力場能夠補(bǔ)充葉尖上產(chǎn)生的壓力場，提高了葉尖的氣動(dòng)效率，在提尚風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用率的同時(shí)，還提尚了風(fēng)力機(jī)的運(yùn)彳丁穩(wěn)定性。
[0008]前述的吸力面小翼長度與葉尖翼型弦長相等，壓力面小翼長度為吸力面小翼長度的1/2，構(gòu)成非對稱的雙段式小翼，形成以較大曲率與風(fēng)力機(jī)葉片相融合的曲面，保護(hù)了葉尖及雙段式小翼附近的流場。當(dāng)流體流過高度融合的雙段式小翼時(shí)，會(huì)在小翼的垂直入流方向產(chǎn)生一個(gè)附加的法向力，該法向力的分量一部分產(chǎn)生升力，該升力與風(fēng)力機(jī)葉片升力的方向相同，從而增加了葉片升力；另一部分分量則進(jìn)一步抵消風(fēng)力機(jī)葉片的阻力，在葉片升力增加的同時(shí)阻力減小，因而增加了風(fēng)力機(jī)葉片的升阻比，降低了風(fēng)力機(jī)的阻力系數(shù)。
[0009]前述的吸力面小翼和壓力面小翼的翼型剖面為三角形，吸力面小翼厚度和壓力面小翼厚度均從根部開始沿展長方向由大變小。該小翼作為風(fēng)力機(jī)葉片的延伸，有一定程度的削尖和后掠，以分散尾渦，減小其強(qiáng)度。
[0010]前述的吸力面小翼尾部和壓力面小翼尾部均成鋸齒狀，每個(gè)鋸齒的齒高為吸力面小翼長度的0.25倍，齒寬為齒高的I?1.2倍。鋸齒形設(shè)計(jì)改善了小翼尾緣氣動(dòng)特性，將小翼尾緣大尺度脫落渦破碎成小尺度脫落渦，從而降低了小翼尾緣脫落渦噪聲。同時(shí)葉尖小翼還抑制了風(fēng)力機(jī)葉片葉尖渦噪聲?？傮w上降低了風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的氣動(dòng)噪聲。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益之處在于:在風(fēng)力機(jī)運(yùn)行過程中，該種非對稱的雙段式小翼中的壓力面小翼阻隔壓力面流體向葉尖吸力面流動(dòng)，同時(shí)吸力面小翼減小了葉尖的壓差，從而削弱了葉尖渦流的產(chǎn)生。另外小翼產(chǎn)生的尾渦在一定程度上能夠削弱一部分葉尖渦流，進(jìn)一步達(dá)到減弱渦流的目的，進(jìn)而改善風(fēng)力機(jī)葉片空氣動(dòng)力學(xué)特性。該雙段式小翼明顯削弱風(fēng)力機(jī)葉片展向流動(dòng)，增加了升阻比，降低了風(fēng)力機(jī)的阻力系數(shù)。通過雙段式小翼尾部鋸齒狀的設(shè)計(jì)，降低了風(fēng)力機(jī)產(chǎn)生的噪音，大幅度提高了葉片風(fēng)能利用率及風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明中風(fēng)力機(jī)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是圖1中A的局部放大示意圖；
[0014]圖3是本發(fā)明中雙段式小翼的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖4是圖3中G的局部放大示意圖。
[0016]附圖標(biāo)記的含義:1-雙段式小翼，2-吸力面小翼，3-壓力面小翼，4-風(fēng)力機(jī)葉片，5-葉片吸力面，6-葉片壓力面，7-葉尖，α-吸力面小翼與風(fēng)力機(jī)葉片法向夾角，β-壓力面小翼與風(fēng)力機(jī)葉片法向夾角，b-齒寬，h-齒高，tl-吸力面小翼厚度，t2_壓力面小翼厚度，B-葉尖翼型弦長，C-葉尖前緣，D-葉尖后緣，El-吸力面小翼前部，E2-壓力面小翼前部，F(xiàn)l-吸力面小翼尾部，F(xiàn)2-壓力面小翼尾部，L1-吸力面小翼長度，L2-壓力面小翼長度。
[0017]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
【具體實(shí)施方式】
[0018]本發(fā)明的實(shí)施例1:如圖1、圖2、圖3和圖4所示，該種減少風(fēng)力機(jī)葉尖渦流的雙段式小翼I安裝在風(fēng)力機(jī)葉片4的葉尖7處。雙段式小翼I包括一組非對稱的葉片，即吸力面小翼2和壓力面小翼3。吸力面小翼2位于風(fēng)力機(jī)葉片4的葉片吸力面5—側(cè)。壓力面小翼3位于風(fēng)力機(jī)葉片4的葉片壓力面6—側(cè)。吸力面小翼2與風(fēng)力機(jī)葉片4法向夾角α為18°，壓力面小翼3與風(fēng)力機(jī)葉片4法向夾角β為36°。安裝角為18°的吸力面小翼2可以有效增加吸力面壓力，減小葉尖7兩側(cè)壓差。安裝角為36°的壓力面小翼3既能有效阻隔壓力面流體向吸力面流動(dòng)，又不至于引起較大的空氣阻力，該種布置能夠更好地削弱葉尖渦流的產(chǎn)生。
[0019]吸力面小翼2和壓力面小翼3均安裝在葉尖7的弦長處，即吸力面小翼前部El和壓力面小翼前部Ε2的安裝點(diǎn)均位于葉尖前緣C處，吸力面小翼尾部Fl和壓力面小翼尾部F2的安裝點(diǎn)均位于葉尖后緣D處，安裝面折邊長度與葉尖翼型弦長B相等。該種安裝方式避免了小翼在葉尖后緣D處有未作用區(qū)域，減小后緣處的葉尖7壓差，從而減少流動(dòng)損失。風(fēng)力機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)，葉尖7受到風(fēng)力機(jī)葉片4本體帶動(dòng)導(dǎo)致受風(fēng)面的壓力較大，長期會(huì)導(dǎo)致葉尖7發(fā)生翻轉(zhuǎn)，該種設(shè)置使得雙段式小翼I產(chǎn)生的壓力場能夠補(bǔ)充葉尖7上產(chǎn)生的壓力場，提高了葉尖7的氣動(dòng)效率，在提尚風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用率的同時(shí)，還提尚了風(fēng)力機(jī)的運(yùn)彳丁穩(wěn)定性。吸力面小翼長度LI與葉尖翼型弦長B相等，壓力面小翼長度L2為吸力面小翼長度LI的1/2，構(gòu)成非對稱的雙段式小翼I，形成以較大曲率與風(fēng)力機(jī)葉片4相融合的曲面，保護(hù)了葉尖7及雙段式小翼I附近的流場。當(dāng)流體流過高度融合的雙段式小翼I時(shí)，會(huì)在小翼的垂直入流方向產(chǎn)生一個(gè)附加的法向力，該法向力的分量一部分產(chǎn)生升力，該升力與風(fēng)力機(jī)葉片4升力的方向相同，從而增加了葉片升力；另一部分分量則進(jìn)一步抵消風(fēng)力機(jī)葉片4的阻力，在葉片升力增加的同時(shí)阻力減小，因而增加了風(fēng)力機(jī)葉片4的升阻比，降低了風(fēng)力機(jī)的阻力系數(shù)。吸力面小翼2和壓力面小翼3的翼型剖面為三角形，吸力面小翼厚度tl和壓力面小翼厚度t2均從根部開始沿展長方向由大變小。該小翼作為風(fēng)力機(jī)葉片4的延伸，有一定程度的削尖和后掠，以分散尾渦，減小其強(qiáng)度。吸力面小翼尾部Fl和壓力面小翼尾部F2均成鋸齒狀，每個(gè)鋸齒的齒高h(yuǎn)為吸力面小翼長度LI的0.25倍，齒寬b為齒高h(yuǎn)的1.2倍。鋸齒形設(shè)計(jì)改善了小翼尾緣氣動(dòng)特性，將小翼尾緣大尺度脫落渦破碎成小尺度脫落渦，從而降低了小翼尾緣脫落渦噪聲。同時(shí)葉尖7小翼還抑制了風(fēng)力機(jī)葉片4葉尖渦噪聲?？傮w上降低了風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的氣動(dòng)噪聲。
[0020]實(shí)施例2:如圖2和圖3所示，該種減少風(fēng)力機(jī)葉尖渦流的雙段式小翼I安裝在風(fēng)力機(jī)葉片4的葉尖7處。雙段式小翼I包括一組非對稱的葉片，即吸力面小翼2和壓力面小翼3。吸力面小翼2位于風(fēng)力機(jī)葉片4的葉片吸力面5—側(cè)。壓力面小翼3位于風(fēng)力機(jī)葉片4的葉片壓力面6—側(cè)。吸力面小翼2與風(fēng)力機(jī)葉片4法向夾角α為19°，壓力面小翼3與風(fēng)力機(jī)葉片4法向夾角β為39°。風(fēng)力機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，來流經(jīng)過風(fēng)力機(jī)葉片4，在葉尖7處由于壓力差產(chǎn)生葉尖渦流。在葉尖7處加裝該種非對稱式小翼，其中壓力面小翼3會(huì)阻隔壓力面流體向葉尖7吸力面流動(dòng)，同時(shí)吸力面小翼2會(huì)增加葉尖7吸力面流體壓力，進(jìn)一步減小葉尖7壓力面、吸力面兩側(cè)的壓差，從而削弱葉尖渦流的產(chǎn)生。該種非對稱設(shè)計(jì)削弱了葉尖渦流的強(qiáng)度從而減小了葉尖7流動(dòng)分離，改善了風(fēng)力機(jī)葉片4的空氣動(dòng)力學(xué)特性，提高了風(fēng)輪的啟動(dòng)特性，進(jìn)而提高了風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種減少風(fēng)力機(jī)葉尖渦流的雙段式小翼，其特征在于，所述雙段式小翼(I)安裝在風(fēng)力機(jī)葉片(4)的葉尖(7)處;所述雙段式小翼(I)包括一組非對稱的葉片，即吸力面小翼(2)和壓力面小翼(3); 所述吸力面小翼(2)位于風(fēng)力機(jī)葉片(4)的葉片吸力面(5)—側(cè);所述壓力面小翼(3)位于風(fēng)力機(jī)葉片(4)的葉片壓力面(6)—側(cè);吸力面小翼(2)與風(fēng)力機(jī)葉片(4)法向夾角(α)為16°?19°，壓力面小翼(3)與風(fēng)力機(jī)葉片(4)法向夾角(β)為36°?39°。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種減少風(fēng)力機(jī)葉尖渦流的雙段式小翼，其特征在于，所述吸力面小翼(2)與風(fēng)力機(jī)葉片(4)法向夾角(α)為18°，壓力面小翼(3)與風(fēng)力機(jī)葉片(4)法向夾角(β)為36° ο3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種減少風(fēng)力機(jī)葉尖渦流的雙段式小翼，其特征在于，所述吸力面小翼(2)和壓力面小翼(3)均安裝在葉尖(7)的弦長處，即吸力面小翼前部(El)和壓力面小翼前部(Ε2)的安裝點(diǎn)均位于葉尖前緣(C)處，吸力面小翼尾部(Fl)和壓力面小翼尾部(F2)的安裝點(diǎn)均位于葉尖后緣(D)處，安裝面折邊長度與葉尖翼型弦長(B)相等。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種減少風(fēng)力機(jī)葉尖渦流的雙段式小翼，其特征在于，吸力面小翼長度(LI)與葉尖翼型弦長(B)相等，壓力面小翼長度(L2)為吸力面小翼長度(LI)的I/2。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種減少風(fēng)力機(jī)葉尖渦流的雙段式小翼，其特征在于，吸力面小翼(2)和壓力面小翼(3)的翼型剖面為三角形，吸力面小翼厚度(tl)和壓力面小翼厚度(t2)均從根部開始沿展長方向由大變小。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種減少風(fēng)力機(jī)葉尖渦流的雙段式小翼，其特征在于，吸力面小翼尾部(Fl)和壓力面小翼尾部(F2)均成鋸齒狀，每個(gè)鋸齒的齒高(h)為吸力面小翼長度(LI)的0.25倍，齒寬(b)為齒高(h)的I?1.2倍。
【文檔編號】F03D1/06GK106089572SQ201610657273
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月11日 公開號201610657273.2, CN 106089572 A, CN 106089572A, CN 201610657273, CN-A-106089572, CN106089572 A, CN106089572A, CN201610657273, CN201610657273.2
【發(fā)明人】陳曉明, 劉磊, 胡曉春, 祁希萌, 郭曙祥, 趙健
【申請人】中國華電科工集團(tuán)有限公司, 北京華電中光新能源技術(shù)有限公司