[发明专利]一种风力发电机组及其叶片

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电设备技术领域，特别涉及一种风力发电机组的叶片。本发明还涉及一种包括上述叶片的风力发电机组。

背景技术

随着世界范围内能源危机的爆发，风力等可再生能源得到越来越广泛地应用，从而带动了风力发电系统的发展。

风力发电就是把风的动能转变成机械能，再把机械能转化为电能的一种发电方式，风力发电所需要的装置称作风力发电机组(以下简称风机)，风机一般包括风轮、发电机和塔筒三部分；其中，风轮主要包括轮毂和叶片，当风吹向叶片时，叶片上产生气动力驱动风轮转动。

请参考图1，图1为一种典型的叶片表面边界层分离时的表面流场图。

气流的流动方向是从叶片的前缘至后缘的方向，叶片1上气流速度较大、压力较小的一面为气动面12，气流速度较小、压力较大的一面为压力面，压力面与气动面12相背离。将叶片横向剖开形成的横截面称为翼型，气流从翼型的前缘流向后缘，一个叶片具有多个翼型，各翼型的动力参数相同。在叶片1的同一翼型上，气动面12的气流速度大于压力面11的气流速度，根据伯努利方程可知压力面11的压力大于气动面12，总的压力方向从压力面11指向气动面12，形成升力，翼型对气体流动产生的阻碍作用形成的力也就是翼型的阻力。

如图1所示，气流在气动面上从前缘流向后缘的过程一般包括加速阶段和减速阶段。在气流的加速阶段，由于翼型的形状改变而对气流形成挤压，使得气流在加速阶段的速度增加，正向(文中正向是指从前缘指向后缘的方向)压力逐步下降；在气流的加速阶段，气流的正向压力大于其反向(文中反向是指从后缘指向前缘的方向)压力，总的压力方向是朝向后缘的，气流得以正向流动。当正向压力下降至最小值后，反向压力大于正向压力，总的压力方向是朝向前缘的，气流的正向流动速度下降，气流进入减速阶段。在减速阶段，气流的正向压力仍不断下降，正向速度逐渐降低，当气流的正向速度下降到其动能不足以维持气流的正向流动时，气流在边界层的位置出现逆流，气流的逆流会把边界层向上层排挤，使边界层从翼型表面分离出去，造成边界层分离现象。

边界层分离会在分离处产生流体回流，加剧了流体间以及流体与翼型间的碰撞摩擦，从而增加了翼型的阻力，大幅降低翼型的升力，导致叶片1表面的升力和阻力的比值(即升阻比)大幅降低，影响叶片1的转动，进而严重影响了风机的工作效率。

在风机的实际工作过程中，一般通过调整风力机的变桨和偏航系统来改变气流在翼型上的入流位置，从而改变气流的入流方向与翼型弦线的夹角(即攻角)，进而增加压力的正向分量和速度的正向分量，以便推迟或者消除叶片的边界层分离。但是，风场内的风速风向变化较快，且不可控，风机偏航和变桨系统中又存在很多较重的活动件，频繁地使用偏航和变桨系统会加剧风机的磨损，影响风机的使用寿命；同时，系统响应过快也容易造成偏航和变桨系统的疲劳破坏，增加风机的磨损，而系统响应过慢又无法及时对将要发生的边界层分离现象做出反应，从而影响风机对风能的利用率。

因此，如何在避免频繁使用偏航和变桨系统的条件下，实现风机对即将发生的边界层分离现象做出及时反应，当风工况发生变化时，推迟或者避免边界层分离现象的出现，就成为本领域技术人员亟须解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种风力发电机组的叶片，该叶片上开设有连通同一翼型上的气动面和压力面的通道，当气动面上空气的正向压力下降时，气动面上压力较大的空气会通过通道补充至气动面，提高气动面上的正向压力，从而推迟或者避免了边界层分离现象的出现，有效地提高了叶片表面的升阻比，进而提高了风机的工作效率。本发明的另一目的是提供一种包括上述叶片的风力发电机组。

为解决上述技术问题，本发明提供一种风力发电机组的叶片，为内有空腔的壳体，所述叶片包括气动面和与所述气动面相反的压力面，还开设有穿过所述空腔、且以其侧壁与所述空腔相隔离的通道，所述通道的进气段贯穿压力面，其出气段贯穿与所述压力面处于同一翼型上的气动面；所述出气段的出气方向与所述气动面在出气点处的切线方向的后缘夹角大于或等于0°且小于90°。

优选地，所述出气段的出气方向与所述气动面在出气点处的切线方向的后缘夹角等于0°。

优选地，所述进气段的进气方向与所述压力面在进气点处相切。

优选地，所述通道还包括轴线为弧线的连接段，所述进气段通过所述连接段与所述出气段连通。

优选地，所述进气段的进气口较所述出气段的出气口靠近所述翼型的前缘。

优选地，所述通道的数目有多个，各所述通道分别开设于多个翼型上。