[发明专利]用于风力机叶片表面的智能涡流发生器装置

说明书

本发明公开了用于风力机叶片表面的智能涡流发生器装置，属于风力机的技术领域。该装置包括：至少一个涡流发生器组、控制盒、至少一个转轴、至少一个弹簧片，控制盒设置在风力机叶片的材料内部并与风力机叶片迎流面刚性连接，各转轴安装在控制盒上，每个涡流发生器组套设在一个转轴上，弹簧片的一端与一个转轴固定连接，弹簧片的另一端固定在控制盒上，弹簧片的弹力系数为套设在与其连接的转轴上的涡流发生器组离心偏转力和风力机叶片转速的线性系数，各弹簧片的弹力系数随风力机叶片展向位置的延伸而递增，该装置在任何工况下都能达到最大改善叶片流场的作用并保持阻力最小的状态，进而提高了风力机叶片的风能利用率。

技术领域

本发明公开了用于风力机叶片表面的智能涡流发生器装置，属于风力机的技术领域，尤其涉及风力机叶片的优化设计领域。

背景技术

风能是一种重要可再生能源，很多国家都加大了风能的开发利用。目前，我国能源结构中，风电所占份额仅随火电和水电其后排行第三，风电所占份额超过了核电且在未来的几十年将依然保持快速的发展态势。风电的快速发展除了表现在每年新增装机容量的巨额递增外还表现在风力机发电机组单机容量的逐渐增大。目前，风力机发电机组的最大单机容量达到8MW，叶片长度超过70m。此外，随着陆上风电装机容量的逐年递增，陆上风资源丰富且适合建风电场的区域在逐年递减，整体趋势为海上风电场和陆上低风速风电场区域在加大。

海上风电场和低风速风电场的风力发电机组结构又比常规陆上风电场的机组结构要大，这也导致其叶片结构变大变长，断面形状为扁平结构的叶片承受着弯曲应力，虽然在叶片内部设置了梁和加强筋，但这种形状结构不容易承受力。因此，为了满足结构强度要求，在设置梁和加强筋的基础上，采用圆柱形结构的叶片根部、与根部相连的厚翼型、向叶片外侧逐步过度为性能更好的薄翼型设计风力机叶片。厚翼型在大型风力机上占的比重较大，约30％～60％的叶片长度均为厚翼型。厚翼型的缺点是在复杂的自然风况下容易在其后缘发生气流分离现象，气流分离导致叶片阻力急剧增加、升力急剧下降。风力机叶片主要依靠升力来做功，升力下降和阻力增加显然都会对风力机效率造成不利影响。市场上采用涡流发生器来缓减这种气流分离的现象，其效果就是在更大的攻角下才产生气流分离，进而达到增升减阻的效果，提高风力机的效率。

然而，当前风力机叶片表面涡流发生器的设计是基于孤立翼型设计的。孤立翼型的流动是没有展向分速度的二维流动，风力机叶片表面的流动具有很强的三维特征，在二维流场条件下设计的涡流发生器难以在三维流场中发挥其性能，甚至可能达不到提升风力机效率的效果。

传统的涡流发生器采用固定安装方式安装在风力机叶片上。在叶片旋转时，叶片表面流体斜着进入传统固定式安装的涡流发生器，这改变了最初设计的涡流发生器入流角，不能很好发挥其分离气流的性能；而且斜流使作用于涡流发生器叶片的投影面积增大，急剧增大了阻力，固定安装限制了涡流发生器的普适性。

本申请旨在提出一种针对三维流场的风力机涡流发生装置。

发明内容

本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了用于风力机叶片表面的智能涡流发生器装置，通过若干可以旋转的涡流发生器组实现了各涡流发生器组始终正对着当地来流风向的目的，进而实现了涡流发生器装置可以很好地适应叶片表面流动的目的，解决了现有风力机涡流发生器忽略了风力机叶片表面气体流动的三维特征以及固定式安装涡流发生器在叶片表面斜流作用下分离气流性能不佳且阻力激增的技术问题。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：