基于聯(lián)合射流技術(shù)的風(fēng)力機葉片流動控制裝置及其控制方法制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于聯(lián)合射流技術(shù)的風(fēng)力機葉片流動控制裝置及其控制方法，葉片上安裝有一個聯(lián)合射流裝置，所述聯(lián)合射流裝置包括高壓氣室、前緣噴氣口、低壓氣室和后緣吸氣口，所述高壓氣室與前緣吹氣口相通，所述低壓氣室與后緣吸氣口相通，高壓氣室與低壓氣室通過氣流管道與機艙內(nèi)的氣泵裝置相連通；前緣噴氣口位于距翼型前緣6％c位置處，噴口高度為0.65％c，后緣吸氣口位于距翼型前緣80％c位置處，吸氣口高度為1.83％c，其中，c為翼型弦長。本發(fā)明專利技術(shù)能夠有效降低風(fēng)力機葉片的切入風(fēng)速、增大風(fēng)力機輸出功率、抑制動態(tài)失速。

Wind turbine blade flow control device based on combined jet technology and control method thereof

The present invention discloses a combined jet technology based on the wind turbine blade flow control device and a control method thereof are arranged on the vane has a combined jet, the jet device comprises a high-pressure air chamber, front air jet, the low-pressure chamber and the trailing edge of the suction mouth, the high pressure chamber and the front air blowing port is communicated. The low pressure chamber and trailing suction outlet, high pressure air chamber and the low-pressure gas chamber is communicated through the air pipe and pump device inside the cabin; front jet mouth is located 6%c airfoil leading edge position, the nozzle height is 0.65%c, trailing suction port located 80%c airfoil leading edge position, the suction height is 1.83%c, which C is the length of the chord. The invention can effectively reduce the cutting wind speed of the wind turbine blade, increase the output power of the wind turbine and inhibit the dynamic stall.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
基于聯(lián)合射流技術(shù)的風(fēng)力機葉片流動控制裝置及其控制方法
本專利技術(shù)涉及主動流動控制
，具體涉及一種基于聯(lián)合射流技術(shù)的風(fēng)力機葉片流動控制裝置及其控制方法。
技術(shù)介紹
20世紀70年代初期，由于受到“石油危機”的沖擊，許多國家都在探索能源多樣化的途徑，以解決資源緊缺的問題。傳統(tǒng)的風(fēng)能作為無污染、可再生的自然能源又重新引起了人們的重視。風(fēng)力機是風(fēng)能工程中的核心，它是將風(fēng)的動能轉(zhuǎn)換成機械能或電能的裝置。獲取風(fēng)能的成本主要為風(fēng)力機在使用期的能量捕獲成本和維護成本。其中風(fēng)輪葉片又是風(fēng)力機的關(guān)鍵部件，因此，從風(fēng)能產(chǎn)業(yè)初期，人們就一直試圖增加風(fēng)輪直徑和發(fā)電機尺寸，只為在其使用期能獲取更多的風(fēng)能。然而，由于葉片尺寸的增大，結(jié)構(gòu)和疲勞載荷成為不可忽視的問題，這也是風(fēng)力機在設(shè)計過程中需要考慮的重要因素。結(jié)構(gòu)和疲勞載荷主要來源于動態(tài)失速。風(fēng)力機葉片的剖面形狀稱之為風(fēng)力機翼型，它對風(fēng)力機性能有很大的影響。風(fēng)力機葉片在經(jīng)歷任何一種非定常的來流迎角變化，特別是在超過其葉素翼型的臨界迎角時，容易發(fā)生氣流的非定常分離而導(dǎo)致葉片出現(xiàn)失速，即動態(tài)失速。例如，自然界中來流風(fēng)速風(fēng)向不斷變化，使得風(fēng)力機常常處于偏航狀態(tài)，風(fēng)力機作偏航運動時，葉片各剖面處的迎角呈周期性變化等，使得葉片上的載荷也呈周期性變化，容易誘發(fā)動態(tài)失速。因此，受葉片振蕩、地面邊界層、大氣湍流、偏航和塔架陰影等多種因素的影響，風(fēng)力機在很大一部分運行時間都遭受動態(tài)失速的影響。動態(tài)失速發(fā)生的機理相比靜態(tài)失速要復(fù)雜得多，其對翼型和葉片上的力和力矩也有很大的影響。當(dāng)風(fēng)力機在失速狀態(tài)運行時，最大輸出功率和最大葉片載荷往往會同時出現(xiàn)，使風(fēng)力機葉片處于超負荷運行狀態(tài)。處于失速狀態(tài)的風(fēng)輪在高風(fēng)速下產(chǎn)生的高于設(shè)計值的動力輸出，非常容易引發(fā)發(fā)電機的損壞及電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定等非正常現(xiàn)象。同時，動態(tài)失速也是非定常氣動載荷和氣動噪聲的主要來源。隨著風(fēng)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，更多的風(fēng)力機可能要分布在一些居民區(qū)，這對附近居民的舒適度會有很大的影響。因此對動態(tài)失速的控制有著十分重要的意義。另一方面，風(fēng)力機有著自身的切入速度，即可以運行發(fā)電的最低來流速度，其在低于此風(fēng)速的條件下會自動停機。而在自然風(fēng)場環(huán)境下，風(fēng)力機時常會處于低風(fēng)速的工作條件，這時傳統(tǒng)的風(fēng)力機只能產(chǎn)生很少的電能或者不能啟動工作，這就大大限制了風(fēng)力機可以部署的區(qū)域。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為解決上述問題，本專利技術(shù)提供了一種基于聯(lián)合射流技術(shù)的風(fēng)力機葉片流動控制裝置及其控制方法，能夠有效降低風(fēng)力機葉片的切入風(fēng)速、增大風(fēng)力機輸出功率、抑制動態(tài)失速。為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采取的技術(shù)方案為：一種基于聯(lián)合射流技術(shù)的風(fēng)力機葉片流動控制裝置，葉片上安裝有一個聯(lián)合射流裝置，其特征在于，所述聯(lián)合射流裝置包括高壓氣室、前緣噴氣口、低壓氣室和后緣吸氣口，所述高壓氣室與前緣吹氣口相通，所述低壓氣室與后緣吸氣口相通，高壓氣室與低壓氣室通過氣流管道與機艙內(nèi)的氣泵裝置相連通；前緣噴氣口位于距翼型前緣6％c位置處，噴口高度為0.65％c，后緣吸氣口位于距翼型前緣80％c位置處，吸氣口高度為1.83％c，其中，c為翼型弦長，吸氣口高度比噴氣口高度略高是防止吸氣過程中發(fā)生壅塞現(xiàn)象。每片葉片上的聯(lián)合射流裝置中的高壓氣室的高壓氣體由風(fēng)力機機艙內(nèi)部的氣泵提供，通過前緣噴口噴出，由后緣吸口吸入低壓氣室，低壓氣室的氣體再由回流通道和氣泵輸送到高壓氣室。所述聯(lián)合射流裝置沿葉片展向連續(xù)或離散分布。上述一種基于聯(lián)合射流技術(shù)的風(fēng)力機葉片流動控制裝置的控制方法，包括如下步驟：S1、當(dāng)風(fēng)力發(fā)電場達到相應(yīng)的工作條件，即風(fēng)速適合風(fēng)力機發(fā)電時，風(fēng)力機開始常規(guī)工作，此時沒有打開噴口；S2、當(dāng)風(fēng)力機的常規(guī)工作狀態(tài)穩(wěn)定后，通過安裝在風(fēng)力機葉片上的氣壓傳感裝置檢測來流的迎角和速度，根據(jù)來流的迎角和速度確定相應(yīng)的設(shè)定射流動量系數(shù)，并根據(jù)設(shè)定射流動量系數(shù)來調(diào)節(jié)氣泵功率大小；S3、氣泵開始工作，噴口開始噴出射流，同時吸氣口開始吸氣，當(dāng)噴口的射流和吸氣口的吸氣流穩(wěn)定后，通過安裝在噴口處的氣壓傳感裝置檢測噴口處的氣壓和速度，計算實時射流動量系數(shù)并與設(shè)定射流動量系數(shù)比較，獲得相應(yīng)的比較結(jié)果；S4、將比較結(jié)果反饋給氣泵，調(diào)節(jié)氣泵的功率大小，重復(fù)反饋和調(diào)節(jié)過程，直到噴口的實時射流動量系數(shù)與設(shè)定射流動量系數(shù)相同為止，并保持該工作狀態(tài)；S5、當(dāng)外部風(fēng)場變化時，根據(jù)不同的工況可重復(fù)步驟S2到步驟S4以獲得新的設(shè)定射流動量系數(shù)，再進行反饋調(diào)節(jié)，最終工作在穩(wěn)定狀態(tài)。其中，所述射流動量系數(shù)定義如下：其中，Cμ為射流動量系數(shù)；為質(zhì)量流率；Vj為噴口處的射流速度；ρ∞為自由來流密度；V∞為自由來流速度；S為葉片參考面積。本專利技術(shù)具有以下有益效果：與無聯(lián)合射流裝置的風(fēng)輪葉片相比，通過應(yīng)用聯(lián)合射流流動控制技術(shù)至少可以達到以下三點效果：(1)在聯(lián)合射流的作用下，在低風(fēng)速下能極大地提升風(fēng)力機葉片的升力，使風(fēng)力機可以在較小的風(fēng)速下即可啟動工作，因此可以顯著減小切入風(fēng)速，有效利用風(fēng)力資源；(2)正常工作狀態(tài)下，聯(lián)合射流使得風(fēng)力機的葉片沿整個展向有著整體氣動性能的提升，即各個剖面翼型的升力增加，阻力減小，氣動效率提高，也就意味著，輸出功率得到大幅提高；(3)由于有效抑制了大氣湍流、偏航等引起的動態(tài)失速的發(fā)生，本專利技術(shù)可以減緩由動態(tài)失速引起的葉片和機艙塔架的結(jié)構(gòu)振動，從而減小了風(fēng)力機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和疲勞載荷，延長了其使用壽命。附圖說明圖1為風(fēng)力機翼型S809原始翼型圖圖2為應(yīng)用聯(lián)合射流后的風(fēng)力機翼型S809-CFJ翼型概念圖圖3為應(yīng)用聯(lián)合射流后的風(fēng)力機葉片外形圖圖4為應(yīng)用聯(lián)合射流后的葉片在A-A處的剖視圖圖5為迎角為20.15°時S809原始翼型的流場圖圖6為迎角為20.15°時S809-CFJ翼型的流場圖圖中：1-噴氣口；2-吸氣口；3-高壓氣室；4-低壓氣室。具體實施方式為了使本專利技術(shù)的目的及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例對本專利技術(shù)進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術(shù)，并不用于限定本專利技術(shù)。如圖2-4所示，本專利技術(shù)實施例提供了一種基于聯(lián)合射流技術(shù)的風(fēng)力機葉片流動控制裝置，葉片上安裝有一個聯(lián)合射流裝置，其特征在于，所述聯(lián)合射流裝置包括高壓氣室、前緣噴氣口、低壓氣室和后緣吸氣口，所述高壓氣室與前緣吹氣口相通，所述低壓氣室與后緣吸氣口相通，高壓氣室與低壓氣室通過氣流管道與機艙內(nèi)的氣泵裝置相連通；前緣噴氣口位于距翼型前緣6％c位置處，噴口高度為0.65％c，后緣吸氣口位于距翼型前緣80％c位置處，吸氣口高度為1.83％c，其中，c為翼型弦長，吸氣口高度比噴氣口高度略高是防止吸氣過程中發(fā)生壅塞現(xiàn)象。每片葉片上的聯(lián)合射流裝置中的高壓氣室的高壓氣體由風(fēng)力機機艙內(nèi)部的氣泵提供，通過前緣噴口噴出，由后緣吸口吸入低壓氣室，低壓氣室的氣體再由回流通道和氣泵輸送到高壓氣室。所述聯(lián)合射流裝置沿葉片展向連續(xù)或離散分布。在自然風(fēng)場環(huán)境下，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電場達到相應(yīng)的工作條件，即風(fēng)速適合風(fēng)力機發(fā)電時，風(fēng)力機開始常規(guī)工作，即沒有打開噴口。當(dāng)風(fēng)力機的常規(guī)工作狀態(tài)穩(wěn)定后，通過安裝在風(fēng)力機葉片上的氣壓傳感裝置測出來流的迎角和速度。根據(jù)來流的迎角和速度設(shè)定相應(yīng)的設(shè)定射流動量系數(shù)，根據(jù)設(shè)定射流動量系數(shù)來調(diào)節(jié)氣泵壓力大小，氣泵置于機艙內(nèi)部，通過輸氣管道經(jīng)由風(fēng)力機轉(zhuǎn)軸與葉片內(nèi)的高壓氣室和低壓氣室連通。由于氣泵給本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種基于聯(lián)合射流技術(shù)的風(fēng)力機葉片流動控制裝置，葉片上安裝有一個聯(lián)合射流裝置，其特征在于，所述聯(lián)合射流裝置包括高壓氣室、前緣噴氣口、低壓氣室和后緣吸氣口，所述高壓氣室與前緣吹氣口相通，所述低壓氣室與后緣吸氣口相通，高壓氣室與低壓氣室通過氣流管道與機艙內(nèi)的氣泵裝置相連通；前緣噴氣口位于距翼型前緣6％c位置處，噴口高度為0.65％c，后緣吸氣口位于距翼型前緣80％c位置處，吸氣口高度為1.83％c，其中，c為翼型弦長。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于聯(lián)合射流技術(shù)的風(fēng)力機葉片流動控制裝置，葉片上安裝有一個聯(lián)合射流裝置，其特征在于，所述聯(lián)合射流裝置包括高壓氣室、前緣噴氣口、低壓氣室和后緣吸氣口，所述高壓氣室與前緣吹氣口相通，所述低壓氣室與后緣吸氣口相通，高壓氣室與低壓氣室通過氣流管道與機艙內(nèi)的氣泵裝置相連通；前緣噴氣口位于距翼型前緣6％c位置處，噴口高度為0.65％c，后緣吸氣口位于距翼型前緣80％c位置處，吸氣口高度為1.83％c，其中，c為翼型弦長。2.如權(quán)利要求1所述的基于聯(lián)合射流技術(shù)的風(fēng)力機葉片流動控制裝置，其特征在于，每片葉片上的聯(lián)合射流裝置中的高壓氣室的高壓氣體由風(fēng)力機機艙內(nèi)部的氣泵提供，通過前緣噴口噴出，由后緣吸口吸入低壓氣室，低壓氣室的氣體再由回流通道和氣泵輸送到高壓氣室。3.如權(quán)利要求1所述的基于聯(lián)合射流技術(shù)的風(fēng)力機葉片流動控制裝置，其特征在于，所述聯(lián)合射流裝置沿葉片展向連續(xù)或離散分布。4.如權(quán)利要求1所述的一種基于聯(lián)合射流技術(shù)的風(fēng)力機葉片流動控制裝置的控制方法，其特征在于，包括如下步驟：S1、當(dāng)風(fēng)力發(fā)電場達到相應(yīng)的工作條件，即風(fēng)速適合風(fēng)力機發(fā)電時，風(fēng)力機開始常規(guī)工作，此時沒有打開噴口；S2、當(dāng)風(fēng)力機...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：許和勇，楊慧強，葉正寅，
申請(專利權(quán))人：西北工業(yè)大學(xué)，西北工業(yè)大學(xué)深圳研究院，
類型：發(fā)明
國別省市：陜西,61