[发明专利]一种联合前缘抽吸和叶尾喷气式垂直轴风力机

说明书

本发明涉及风力发电行业，特别是一种联合前缘抽吸和叶尾喷气式垂直轴风力机。包括垂直轴、叶片支撑杆和叶片，所述叶片中设有如下结构的气体加速流道：所述叶片前缘开设有抽吸孔，尾缘开设有喷射孔，叶片中轴线上开设有连接抽吸孔和喷射孔的气道，所述气道内设有气泵，气体在气泵的抽吸作用下从抽吸孔进入气道，形成抽吸气流，从喷射孔喷出，形成向叶片尾部的喷射气流。本发明的技术方案能够同时在叶片前缘抽吸气体和将气体从叶片尾缘喷出，产生增压的抽吸气流和喷射气流，抽吸气流能够控制垂直轴风力机周期性大分离非定常流动，喷射气流能够产生反向推力，对风力机正向做功，大幅提高风力机升阻比和风力机的功率。

技术领域

本发明涉及风力发电行业，特别是一种联合前缘抽吸和叶尾喷气式垂直轴风力机。

背景技术

我国的风能资源丰富，具有大规模开发可利用的前景。2017年，我国累计及年新增装 机总容量均排名世界第一，在全球累计新增装机容量排名前十的国家中，我国新增装机容 量占比高达37％。

风力发电机包括水平轴风力机和垂直轴风力机，水平轴风力机的旋转轴与地面水平， 通常具有对风装置，旋转轴能随风向改变而转动。垂直轴风力机的旋转轴垂直于地面或者 气流的方向，风向改变的时候无需对风，相对于水平轴风力机来说，不仅使结构设计简化， 而且也减少了风轮对风时的陀螺力。然而，垂直轴风力机的轮毂高度和转子直径受限于风 力机结构、气动载荷、控制舱大小、运输安装及叶片材料等各方面的约束，均不能超过一 定的尺寸。故提升风力机扭矩和风能利用率，从而提高风力机单机效率，仍是大容量现代 风力机设计及研究的热点。

目前，针对风力机分离与失速的流动控制技术主要可以分为主动控制和被动控制两大 类。主动控制技术主要有边界层吹吸气、等离子体激励、振动膜片等等；被动控制技术主 要有涡发生器、襟翼、表面凹坑、锯齿形前尾缘、前缘小圆柱等。这些控制方法都还存在着一些问题，未能解决工程上风力机在不同时间和空间尺度的大气影响下，较大运行工况范围产生的流动分离与失速问题，这些问题还需进一步深入研究。

公布号为CN109653944A的发明专利，公开了一种叶尾喷气式垂直轴风力机，包括垂 直轴、叶片支撑杆和叶片，垂直轴和叶片支撑杆中开设有相通的喷气管，叶片垂直向设有 气道、水平向平行设有若干根喷气孔，喷气孔设于叶片的对称中轴线上，并通向叶片尾缘， 喷气管、气道、喷气孔均相互连通、形成气流道，风力机外置有气泵，气泵的出风口连接垂直轴的喷气管，高压气流由下至上经叶片的喷气孔喷出，形成喷射气流。本发明通过主动控制叶片尾部产生喷射气流，形成反向推力，在风力机运行范围内提高风力机升阻比，提高风力机的发电效率。

但是现有技术的垂直轴风力机需要对垂直轴、叶片支撑杆和叶片等部位均进行改造， 包括在垂直轴和叶片支撑杆中开设喷气管、在叶片中开设气道和喷气孔，在风力机外部增 加气泵等等。而且，风力机为了具有较高水平的发电效率，其垂直轴通常较高，叶片支撑 杆通常半径较长，对以上部位进行改造的成本高昂，改造工程量大，过程较为复杂。另一方面，单单通过从叶片尾部产生喷射气流，形成反向推力的方法来增加风力机升阻比的作用力有限，对风力机发电效率的正向影响力有限。

发明内容

针对以上不足，本发明提供了一种联合前缘抽吸和叶尾喷气式垂直轴风力机，能够同 时在叶片前缘抽吸气体和将气体从叶片尾缘喷出，产生增压的抽吸气流和喷射气流，抽吸 气流能够控制垂直轴风力机周期性大分离非定常流动，喷射气流能够产生反向推力，对风 力机正向做功，大幅提高风力机升阻比和风力机的功率。

本发明的技术方案为：

一种联合前缘抽吸和叶尾喷气式垂直轴风力机，包括垂直轴、叶片支撑杆和叶片，所 述叶片中设有如下结构的气体加速流道：所述叶片前缘开设有抽吸孔，尾缘开设有喷射孔， 叶片中轴线上开设有连接抽吸孔和喷射孔的气道，所述气道内设有气泵，气体在气泵的抽 吸作用下从抽吸孔进入气道，形成抽吸气流，从喷射孔喷出，形成向叶片尾部的喷射气流。