[发明专利]操纵横跨风力涡轮机转子叶片的空气的边界层的主动流动控制系统和方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及风力涡轮机领域，具体涉及用于操作主动流动控制系统以操纵横跨风力涡轮机转子叶片的边界层的方法和系统。

背景技术

至少一些已知的风力涡轮机包括固定在塔架顶上的机舱，其中机舱包括通过轴连接至发电机的转子。在已知的转子组件中，多个叶片自转子延伸。叶片定向成使得经过叶片的风使转子转动并且使轴旋转，从而驱动发电机发电。随着风流过转子叶片的外表面，在外表面之上形成了有利于跨越转子叶片产生升力的边界层。

至少一些已知的风力涡轮机转子叶片包括主动流动控制系统。主动流动控制(AFC)是用于对给定的流入条件作出反应而主动尝试影响物体的气动响应的技术和/或系统的一般性术语。更具体而言，至少一些已知的AFC系统用于操纵跨越/横跨风力涡轮机转子叶片的边界层。至少一些已知的AFC系统使用空气分配系统将空气从转子叶片排出至边界层中。已知的AFC系统要求将空气自机舱和/或毂引导至转子叶片。通过自机舱和/或毂引导空气，已知的AFC系统使风力涡轮机部件的能量需求增加，从而导致风力涡轮机的年发电量的减少。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种用于操纵跨越风力涡轮机转子叶片的空气的边界层的主动流动控制系统。风力涡轮机转子叶片具有其中限定了腔的至少一个侧壁。侧壁在前缘与轴向隔开的后缘之间延伸。主动流动控制系统包括连接至侧壁的排气组件。排气组件被构造成将空气自风力涡轮机转子叶片内选择性地排出至边界层中。吸气组件连接至侧壁并且连接至排气组件。吸气组件被构造成将空气自边界层引导至排气组件。

所述主动流动控制系统进一步包括连接在所述排气组件与所述吸气组件之间的流动控制组件，所述流动控制组件被构造成将空气自所述吸气组件选择性地引导至所述排气组件。所述风力涡轮机转子叶片连接至界定了一个腔的毂，并且所述流动控制组件连接至所述毂，用于在所述毂腔、所述吸气组件与所述排气组件之间对空气选择性地进行引导。所述风力涡轮机转子叶片具有界定在所述前缘与所述后缘之间的弦向轴线，以及自所述弦向轴线垂直地进行界定的厚度，所述吸气组件包括穿过所述侧壁形成的多个吸气孔口，所述多个吸气孔口位于所述后缘与所述风力涡轮机转子叶片相对于所述弦向轴线的最大厚度的位置之间。

所述排气组件包括：第一排气歧管，所述第一排气歧管至少部分地位于所述风力涡轮机转子叶片的所述腔内，所述第一排气歧管连接至所述吸气组件；以及多个第一排气孔口，所述多个第一排气孔口穿过所述侧壁进行界定、并且提供了环境空气与所述第一排气歧管之间的流动连通，所述多个第一排气孔口位于所述多个吸气孔口与所述后缘之间。所述排气组件进一步包括：第二排气歧管，所述第二排气歧管至少部分地位于所述风力涡轮机转子叶片的所述腔内，所述第二排气歧管连接至所述吸气组件；以及多个第二排气孔口，所述多个第二排气孔口穿过所述侧壁进行界定、并且提供了环境空气与所述第二排气歧管之间的流动连通，所述多个第二排气孔口位于所述前缘与所述风力涡轮机转子叶片相对于所述弦向轴线的最大厚度的位置之间。

所述风力涡轮机转子叶片具有在根部与尖端部之间进行界定的展向轴线，所述多个吸气孔口自尖端部以第一展向距离进行界定，所述多个第一排气孔口自尖端部以与所述第一展向距离不同的第二展向距离进行界定。所述风力涡轮机转子叶片具有界定在根部与尖端部之间的展向轴线，所述多个吸气孔口自尖端部以第一展向距离进行界定，所述多个第一排气孔口自尖端部以与所述第一展向距离相等的第二展向距离进行界定。

根据本发明的另一个方面，提供一种风力涡轮机。该风力涡轮机包括塔架、连接至塔架的机舱和可旋转地连接至机舱的毂。毂界定了一个腔。至少一个转子叶片连接至毂。转子叶片包括限定了一个腔的至少一个侧壁。该侧壁具有在转子叶片的前缘与轴向隔开的后缘之间延伸的外表面。主动流动控制系统连接至转子叶片，用于操纵跨越外表面的空气的边界层。主动流动控制系统包括连接至侧壁的排气组件。排气组件被构造成将空气自风力涡轮机转子叶片选择性地排出至边界层中。吸气组件连接至侧壁，并且连接至排气组件。吸气组件被构造成将空气自边界层引导至排气组件。