一种风电叶片吹气环量控制系统的制作方法

1.本发明属于风电叶片气动性能主动控制技术领域，涉及一种风电叶片吹气环量控制系统，具体涉及一种采用弹簧振子作为压缩气体动力来源的风电叶片吹气环量控制系统，通过弹簧振子随叶片转动而产生的摆动，将叶片的很小一部分动能转化为叶片喷气口的气流动能，显著抑制叶片各个展向位置的流动分离现象，有效提高了风电叶片的气动性能。


背景技术：

2.随着全球气候不断变暖，化石能源消耗与污染问题逐步加大，使用新能源发电是一个势不可挡的前进趋势。风力发电是新能源发电中一个重要的组成部分，增加风力发电机组功率需要提高叶片的尺寸和气动性能。提升风电叶片的气动性能，主要通过提升叶片的升力系数和升阻比来实现。在叶片上进一步提高升力系数和较高的升阻比，通过常规翼形的改变很难达到。风力发电机组为提高风轮叶片气动性能，即在叶片上进一步提高升力系数和较高的升阻比，现有主要措施包括主动型和被动型等叶片表面气流控制方式。被动控制装置如涡流发生器、固定的microtab等；而主动控制装置主要基于适当的传感器输入信号来调节叶片气动特性，从而调节叶片载荷，如不同形式的尾缘襟翼，以及通过等离子体激励产生壁面射流的环量控制装置。现有采取主动控制的尾缘襟翼装置一般安装在叶片靠近机组的叶根部分，对叶根部分的气体流动影响较大。但无法优化叶片其余部分的气动性能，并且尾缘襟翼的机械部分较为复杂，对叶片整体结构影响较大，且气动效果的提升与时间控制常数关系十分密切，对控制要求高。而等离子体激励产生射流的环量控制装置，如中国发明专利cn205578181u所公开的一种采用等离子体激励控制叶片表面流动的装置，虽然有其自身的优点，但是相对吹气控制环量装置在调节环量的变化方面幅度较小，并且其需要外部输入电能，结构相对复杂。中国发明专利cn205779470u公开了一种钝后缘风力机翼型环量控制装置，虽然也能够增加翼型绕流环量，但需要在叶片内部布置气泵，也需要独立为其提供动力，增加了结构的复杂性。类似的现有技术还有很多，但都有其自身内在的不足。


技术实现要素：

3.针对现有主动控制技术的上述缺点和不足，为提高风电叶片气动性能，提高叶片升力系数，本发明提供了一种风电叶片吹气环量控制系统，通过在风力发电叶片内设置弹簧振子，利用叶片旋转过程中的受力变化驱动振子运动，压缩气体并从叶尖尾缘区域的小孔射出气流，从而实现环量控制。本发明采取机械弹簧振子随叶片转动从而摆动的方式，将叶片的很小一部分动能转化为叶片喷气口的气流动能，显著抑制叶片各个展向位置的流动分离现象，进一步提高了叶片升力系数。
4.本发明为解决其技术问题，所采用的技术方案为：
5.一种风电叶片吹气环量控制系统，包括风电叶片和弹簧振子气泵，其特征在于，
6.所述风电叶片的吸力面上设有多个吹气孔，
7.所述弹簧振子气泵固定设置在所述风电叶片内部，
8.所述弹簧振子气泵包括底座、弹簧、振子滑块、套筒，其中，所述底座、套筒固定设置在所述风电叶片内，所述弹簧的两端分别固定连接所述底座和振子滑块，所述振子滑块滑动设置在所述套筒内，所述套筒的末端设有进气口和排气口，且所述进气口和排气口均设有单向阀，所述套筒的排气口通过气体管路与各所述吹气孔连通；
9.各所述吹气孔设置在所述风电叶片的吸力面上临近尾缘的位置，各所述吹气孔在展向上布置在临近所述风电叶片的叶尖位置；
10.所述底座靠近叶根设置，所述套筒靠近叶尖设置，且所述套筒的长度方向基本沿所述风电叶片的展向延伸；
11.所述进气口和排气口设置在所述套筒的临近叶尖的一端；
12.所述振子滑块与所述套筒的内壁相适配，所述振子滑块以流体不可泄露的方式滑动设置在所述套筒内，所述弹簧穿过所述套筒的临近叶根的一端与所述振子滑块连接；
13.所述气体管路为多头软管，所述多头软管的多头的一端与各所述吹气孔连通，所述多头软管的另一端与所述套筒的排气口连通。
14.优选地，所述弹簧振子气泵固定设置在所述风电叶片内部的腹板上。
15.优选地，所述底座、套筒用结构胶粘接在所述风电叶片的腹板上。
16.同现有技术相比，本发明的风电叶片吹气环量控制系统通过在风力发电叶片内设置弹簧振子，利用叶片旋转过程中的受力变化驱动振子运动，压缩气体并从叶尖尾缘区域的小孔射出气流，从而实现环量控制。本发明采取机械弹簧振子随叶片转动从而摆动的方式，将叶片的很小一部分动能转化为叶片喷气口的气流动能，显著抑制叶片各个展向位置的流动分离现象，进一步提高了叶片升力系数。
附图说明
17.图1为本发明的风电叶片吹气环量控制系统示意图。
18.图2为图1的局部放大示意图。
19.图3为图1的横截面示意图。
20.附图标记说明：
21.风电叶片10，吹气孔11，腹板12，弹簧振子气泵20，底座21，弹簧22，振子滑块23，套筒24，气体管路30
具体实施方式
22.为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.如图1～3所示，本发明的风电叶片吹气环量控制系统，包括风电叶片10 和弹簧振
子气泵20。风电叶片10的吸力面上设有多个吹气孔11，优选地，各吹气孔11设置在风电叶片10的吸力面上临近尾缘的位置，更优地，各吹气孔11在展向上布置在临近风电叶片10的叶尖位置。
24.弹簧振子气泵20固定设置在风电叶片10内部，弹簧振子气泵20包括底座21、弹簧22、振子滑块23、套筒24，其中，底座21、套筒24固定设置在风电叶片10内，弹簧22的两端分别固定连接底座21和振子滑块23，振子滑块23滑动设置在套筒24内，套筒24的末端设有进气口a和排气口b，且进气口a和排气口b均设有单向阀，套筒24的排气口b通过气体管路30与各吹气孔11连通。
25.本发明优选的实例中，弹簧振子气泵20固定设置在风电叶片10内部的腹板12上，更优地，底座21、套筒24用结构胶粘接在风电叶片10的腹板上。底座21靠近叶根设置，套筒24靠近叶尖设置，且套筒24的长度方向基本沿风电叶片10的展向延伸。进气口a和排气口b设置在套筒24的临近叶尖的一端。振子滑块23与套筒24的内壁相适配，振子滑块23以流体不可泄露的方式滑动设置在套筒24内，弹簧22穿过套筒24的临近叶根的一端与振子滑块23连接。气体管路30为多头软管，多头软管的多头的一端与各吹气孔11连通，多头软管的另一端与套筒24的排气口b连通。
26.本发明的风电叶片吹气环量控制系统的工作原理为：
27.当风力发电机组平稳运行时，在不考虑重力的情况下，振子滑块23由于受到离心力的作用，将偏离初始位置，在展向位置x＝d/(1
‑
m
·
n2/k)的位置保持平衡，式中d为底座21与叶根之间的距离，m为振子滑块23的质量，n 为风电叶片10的转速n，k为弹簧的劲度系数。随着风电叶片10的转动，振子滑块23会受到重力的作用，在展向位置x处进行摆动，摆动频率f＝2pi/n，摆动幅值为dx＝m
·
g/(k
‑
m
·
n2)，其中g为重力加速度。由于振子滑块23与套筒24之间密封良好，当振子滑块23向叶尖方向运动时，进气口a处的单向阀封闭，排气口b处的单向阀开启，气体被压缩并沿着气体管路30从叶片吸力面上的吹气孔11中喷出，提高了叶片的升力系数，延迟了失速分离。
28.通过上述实施例，完全有效地实现了本发明的目的。该领域的技术人员可以理解本发明包括但不限于附图和以上具体实施方式中描述的内容。虽然本发明已就目前认为最为实用且优选的实施例进行说明，但应知道，本发明并不限于所公开的实施例，任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。