本實(shí)用新型涉及一種風(fēng)力機(jī)葉片及用于風(fēng)力機(jī)葉片的渦流發(fā)生器安裝條，屬于風(fēng)力機(jī)葉片氣動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

風(fēng)力機(jī)葉片是風(fēng)力機(jī)的核心工作部件，風(fēng)力機(jī)輸出電能正是通過(guò)風(fēng)力機(jī)葉片從流通空氣中獲得，即風(fēng)能-機(jī)械能-電能。因而風(fēng)力機(jī)葉片從空氣中捕獲風(fēng)能的大小將直接關(guān)系到自身的能量輸出，其中最直觀的體現(xiàn)就是風(fēng)力機(jī)的Cp值，即風(fēng)能利用系數(shù)。風(fēng)力機(jī)葉片的氣動(dòng)特性直接影響葉片的Cp值。

風(fēng)力機(jī)運(yùn)行中，在葉片的根部或大部分葉展范圍都有可能發(fā)生流動(dòng)分離，影響風(fēng)力機(jī)的捕獲效率。渦流發(fā)生器（Vortex Generators，VGs）是一種控制流動(dòng)分離的有效方法。 從空氣動(dòng)力學(xué)原理來(lái)說(shuō)，葉片加裝VGs后，將葉片流動(dòng)邊界層內(nèi)的低能量流體與外層的高能量流體進(jìn)行摻混，相當(dāng)于向邊界層內(nèi)注入了新的渦流能量，保持邊界層速度型的飽滿，從而達(dá)到增加渦誘導(dǎo)升力和延緩、阻止分離的目的，使葉片能夠保持較好的升力特性，增加風(fēng)輪的功率輸出。

目前對(duì)加裝渦流發(fā)生器提高變槳型風(fēng)力機(jī)Cp值的發(fā)明專(zhuān)利已經(jīng)不少，但是針對(duì)國(guó)內(nèi)風(fēng)場(chǎng)中早期失速型風(fēng)機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)方案并不多見(jiàn)。然而中國(guó)風(fēng)場(chǎng)中仍有大量的早期失速型風(fēng)機(jī)正在運(yùn)行，對(duì)于這些失速型風(fēng)機(jī)而言，提高最大Cp值作用并不大。失速型風(fēng)機(jī)在達(dá)到最大Cp值對(duì)應(yīng)的風(fēng)速下時(shí)已經(jīng)是處于滿發(fā)狀態(tài)，再提高Cp值并不能提高風(fēng)力機(jī)的輸出，反而容易導(dǎo)致電機(jī)過(guò)載而停機(jī)，從而降低了風(fēng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種風(fēng)力機(jī)葉片及用于風(fēng)力機(jī)葉片的渦流發(fā)生器安裝條，提高失速型風(fēng)機(jī)在低風(fēng)速下的發(fā)電功率，并且在大風(fēng)速下渦流發(fā)生器不起作用，以防止失速型風(fēng)機(jī)在大風(fēng)速下發(fā)電過(guò)載，超過(guò)電機(jī)額定功率，導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)。

按照本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案，所述風(fēng)力機(jī)葉片，包括葉片本體，其特征是：在所述葉片本體上沿低風(fēng)速吸力面流動(dòng)分離起始線設(shè)置渦流發(fā)生器安裝條，所述渦流發(fā)生器安裝條為多條首尾相接；每條渦流發(fā)生器安裝條包括基座和設(shè)置在基座上的n對(duì)渦流發(fā)生器，n為正整數(shù)。

進(jìn)一步的，每對(duì)渦流發(fā)生器包括兩個(gè)呈三角形片狀的渦流發(fā)生器片體。

進(jìn)一步的，所述渦流發(fā)生器片體的高度為H，H=δ，δ為葉片本體表面的附面層高度；所述渦流發(fā)生器片體的長(zhǎng)度為3.6H；每對(duì)渦流發(fā)生器的兩個(gè)渦流發(fā)生器片體的迎角為15～16°；每對(duì)渦流發(fā)生器的兩個(gè)渦流發(fā)生器片體尖端的距離為2H，相鄰兩對(duì)渦流發(fā)生器的相鄰兩個(gè)渦流發(fā)生器片體尖端的距離為5H。

進(jìn)一步的，所述基座的厚度為0.04δ，基座的總長(zhǎng)度為5×7H，寬度為5H。

進(jìn)一步的，所述渦流發(fā)生器安裝條的后緣線貼合低風(fēng)速下的流動(dòng)分離線。

進(jìn)一步的，整個(gè)渦流器安裝條處于低風(fēng)速吸力面流動(dòng)分離起始線和大風(fēng)速吸力面流動(dòng)分離起始線之間的區(qū)域。

進(jìn)一步的，所述基座和渦流發(fā)生器采用一體化制造。

進(jìn)一步的，所述渦流發(fā)生器安裝條采用膠粘接在葉片本體上。

所述渦流發(fā)生器安裝條，其特征是：包括基座和設(shè)置在基座上的n對(duì)渦流發(fā)生器，n為正整數(shù)；每對(duì)渦流發(fā)生器包括兩個(gè)呈三角形片狀的渦流發(fā)生器片體。

進(jìn)一步的，所述渦流發(fā)生器片體的高度為H，H=δ，δ為葉片本體表面的附面層高度；所述渦流發(fā)生器片體的長(zhǎng)度為3.6H；每對(duì)渦流發(fā)生器的兩個(gè)渦流發(fā)生器片體的迎角為15～16°；每對(duì)渦流發(fā)生器的兩個(gè)渦流發(fā)生器片體尖端的距離為2H，相鄰兩對(duì)渦流發(fā)生器的相鄰兩個(gè)渦流發(fā)生器片體尖端的距離為5H；所述基座的厚度為0.04δ，基座的總長(zhǎng)度為5×7H，寬度為5H。

本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）本實(shí)用新型能夠減少失速型風(fēng)機(jī)在低風(fēng)速的流動(dòng)分離區(qū)域，提高失速型風(fēng)機(jī)在低風(fēng)速在運(yùn)行的發(fā)電量；（2）本實(shí)用新型運(yùn)用渦流發(fā)生器，推遲風(fēng)力機(jī)葉片吸力面的流動(dòng)分離，縮小分離面積，增大葉片的轉(zhuǎn)矩，從而提高風(fēng)力機(jī)的發(fā)電量；（3）在結(jié)構(gòu)上采用膠粘的方式安裝到葉片上，對(duì)葉片結(jié)構(gòu)本身沒(méi)有要求，從而可以對(duì)老風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)力機(jī)進(jìn)行改裝，提高經(jīng)濟(jì)效益；（4）對(duì)于目前已經(jīng)安裝并發(fā)電的風(fēng)力機(jī)組，本實(shí)用新型提出的渦流發(fā)生器設(shè)計(jì)方案可以進(jìn)行加裝渦流發(fā)生器，采用膠粘的方式安裝到葉片上，對(duì)葉片結(jié)構(gòu)本身沒(méi)有要求，從而可以對(duì)老風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)力機(jī)進(jìn)行改裝，提高風(fēng)力機(jī)的輸出功率，帶來(lái)更好的經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說(shuō)明

圖1為葉片模型吸力面兩種風(fēng)速下的流動(dòng)分離起始線的示意圖。

圖2為真實(shí)應(yīng)用中的風(fēng)力機(jī)葉片的示意圖。

圖3為圖2的局部放大圖。

圖4為渦流發(fā)生器安裝條的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。

首先根據(jù)實(shí)際風(fēng)場(chǎng)機(jī)組葉片建立3D模型，然后劃分網(wǎng)格，結(jié)合風(fēng)場(chǎng)平均風(fēng)速以及風(fēng)機(jī)額定風(fēng)速，進(jìn)行CFD模擬仿真，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行處理，得出葉片吸力面的流動(dòng)情況。

根據(jù)吸力面的流動(dòng)情況，劃分出流動(dòng)分離區(qū)域與非流動(dòng)分離區(qū)域，在其交界處為流動(dòng)分離的起始線，如圖1所示，線條1為風(fēng)機(jī)在大風(fēng)速下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)風(fēng)輪葉片吸力面流動(dòng)分離起始線，線條2為風(fēng)機(jī)在低風(fēng)速下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)風(fēng)輪葉片吸力面流動(dòng)分離起始線。通常情況下流動(dòng)分離的起始線并不是如圖1所示的直線，只是為了實(shí)際工程情況，簡(jiǎn)化為直線，便于在葉片表面劃線安裝。

同時(shí)，仿真結(jié)果可以得出，在分離交界處葉片表面附面層的高度δ，一般通過(guò)查看附近若干葉片表面的速度形分布，大體可以得出附面層高度的量級(jí)，由此決定了渦流發(fā)生器的高度，因?yàn)闇u流發(fā)生器的作用機(jī)理在于將邊界層外的高能流體摻混到邊界層內(nèi)部的低能區(qū)域，相當(dāng)于向邊界層內(nèi)部注入新的渦流能量，從而抑制了流動(dòng)分離。

根據(jù)計(jì)算測(cè)量的附面層高度δ，確定渦流發(fā)生器的高度H，結(jié)合工程實(shí)際情況和生產(chǎn)制造情況進(jìn)行取舍，兩者高度值處于同一量級(jí)范圍內(nèi)，建議渦流發(fā)生器的高度H≈δ。

根據(jù)大量的數(shù)值仿真計(jì)算及優(yōu)化，設(shè)定渦流發(fā)生器長(zhǎng)度為3.6H，渦流發(fā)生器的迎角β=15～16°（迎角為渦流發(fā)生器片自身方向與來(lái)流方向的夾角，如圖4所示），并且兩個(gè)為一對(duì)，正負(fù)15～16°迎角，之間距離為2H，以渦流發(fā)生器片頭尖點(diǎn)測(cè)量。并且以7H距離為周期布置，五對(duì)渦流發(fā)生器作為一條安裝帶，相比單獨(dú)一對(duì)渦流發(fā)生器的安裝，以安裝帶形式的方式能夠減輕在風(fēng)機(jī)葉片上安裝時(shí)的工作量。

安裝時(shí)最好在安裝的葉片表面區(qū)域進(jìn)行打磨處理，畢竟安裝的機(jī)組是已經(jīng)投入運(yùn)行的機(jī)組，葉片表面的粗糙度、附著物都會(huì)影響渦流發(fā)生器條的安裝，安裝時(shí)使用3M膠膠粘方式，基本24h即可固化，牢固。

即使葉片表面安裝渦流發(fā)生器條時(shí)發(fā)生安裝錯(cuò)誤或者遺失等情況，采用一體化成形的安裝條也可以迅速方便的替換補(bǔ)齊，包括以后風(fēng)機(jī)機(jī)組的維護(hù)也可以方便快捷的替換或者拆卸。

以年平均風(fēng)速7.5m/s的風(fēng)場(chǎng)來(lái)說(shuō)，失速型風(fēng)機(jī)機(jī)組加裝渦流發(fā)生器與未安裝渦流發(fā)生器的機(jī)組相比，最大輸出功率可以提高2%到3%左右。

具體地，如圖2、圖3所示，本實(shí)用新型所述風(fēng)力機(jī)葉片，包括葉片本體10，在葉片本體10上沿低風(fēng)速吸力面流動(dòng)分離起始線設(shè)置渦流發(fā)生器安裝條20，以延緩葉片表面的流動(dòng)分離，渦流發(fā)生器安裝條20的后緣線貼合低風(fēng)速下的流動(dòng)分離線，并且確保整個(gè)渦流器安裝條20處于低風(fēng)速吸力面流動(dòng)分離起始線和大風(fēng)速吸力面流動(dòng)分離起始線之間的區(qū)域；所述渦流發(fā)生器安裝條20為多條首尾相接，如圖4所示，每條渦流發(fā)生器安裝條20包括基座21和設(shè)置在基座21上的n對(duì)渦流發(fā)生器22，n為正整數(shù)（圖4中n為5）；所述基座21和渦流發(fā)生器22采用一體化制造，材質(zhì)為工程塑料或者金屬，便于生產(chǎn)制造與安裝。如圖4所示，每對(duì)渦流發(fā)生器22包括兩個(gè)呈三角形片狀的渦流發(fā)生器片體，渦流發(fā)生器片體的高度3為H，H=葉片本體10表面的附面層高度δ，渦流發(fā)生器片體的長(zhǎng)度4為3.6H；每對(duì)渦流發(fā)生器22的兩個(gè)渦流發(fā)生器片體的迎角5為15～16°（優(yōu)選16°）；每對(duì)渦流發(fā)生器22的兩個(gè)渦流發(fā)生器片體尖端的距離8=2H，相鄰兩對(duì)渦流發(fā)生器22的相鄰兩個(gè)渦流發(fā)生器片體尖端的距離9=5H。所述基座21的厚度為0.04δ，基座21的總長(zhǎng)度6為5×7H，寬度7為5H。