CN103334872B - 一种风力机叶片及风力机 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种风力机叶片及风力机，其中所述风力机叶片，包括：叶片本体和活动安装在所述叶片本体尾缘的至少一个襟翼，其中，所述襟翼具有两个翼片和弹力部件，所述两个翼片相对固定于所述弹力部件的两侧并以所述弹力部件为轴扭转，从而在所述弹力部件的一端形成咬合的夹持架构，在所述弹力部件的另一端构成开合的燕尾结构；所述襟翼通过所述夹持结构与所述叶片本体的尾缘啮合，并通过所述弹力部件作用于所述燕尾结构内侧的推力使所述夹持结构与叶片本体的尾缘紧固从而改善所述叶片本体的气动特性以减少所述叶片本体的颤振。

Description

一种风力机叶片及风力机
技术领域
本申请涉及能源技术领域，尤其涉及一种风力机叶片及风力机。
背景技术
风能作为一种清洁的可再生能源，在过去的十年中由于能源、环境、气候问题得到了迅速的发展。显然，风能的清洁性、可再生性及其大规模应用技术的日益成熟，使风力发电日益成为新能源领域中除核能外，技术最成熟、最具开发条件和最有发展前景的发电方式。
目前，风力发电机组由转子、轮毂、叶片、齿轮箱和动力传动***、发电机、功率调节装置、软件的控制和监测构成。风力机旋转叶片沿侧边的振动极易受平行于弦长方向的振动的影响。当风力机闲置或旋转叶片刹车，异或风力机空载时极易出现问题。
风力机空载时沿侧方向振动导致的初始干扰是漩涡脱落的原因之一。如果风力机旋转叶片对来流方向不正确，使钝流体正对来流方向，可能导致流体从叶片两侧发生周期性漩涡脱落。叶片表面漩涡的周期性脱落会引起脉动压力，继而引发叶片侧面发生振动。风力机叶片是细长的柔性构件，如果漩涡脱落的频率接近叶片固有频率，将引起叶片颤振，减少风力机寿命。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种风力机叶片及风力机，以解决现有技术存在的问题。
本申请提供了一种风力机叶片，包括：叶片本体和活动安装在所述叶片本体尾缘的至少一个襟翼，其中，所述襟翼具有两个翼片和弹力部件，所述两个翼片相对固定于所述弹力部件的两侧并以所述弹力部件为轴扭转，从而在所述弹力部件的一端形成咬合的夹持架构，在所述弹力部件的另一端构成开合的燕尾结构；所述襟翼通过所述夹持结构与所述叶片本体的尾缘啮合，并通过所述弹力部件作用于所述燕尾结构内侧的推力使所述夹持结构与叶片本体的尾缘紧固从而改善所述叶片本体的气动特性以减少所述叶片本体的颤振。
进一步地，所述燕尾结构的由靠近所述弹力部件的位置到远离所述弹力部件的位置，所述两个翼片的开合角度逐渐扩大呈喇叭状，使得靠近所述弹力部件的位置的两个翼片相对靠拢以在两个翼片的外表面形成便于受力的平面从而便于扳动使咬合的所述夹持结构打开，使得远离所述弹力部件的位置所述两个翼片相对外展从而微调风力机叶片的翼型曲线。
进一步地，在形成所述夹持结构部分的翼片上，与所述叶片本体啮合的内表面还具有粘连层，所述夹持结构通过所述粘连层与所述叶片本体粘合。
进一步地，形成所述夹持结构部分的翼片具有预设厚度从而使形成所述夹持结构部分的翼片的外表面具有弧面凸起结构。
进一步地，构成所述燕尾结构部分的翼片的尾端具有锯齿结构或者波浪结构。
进一步地，在所述燕尾结构部分，远离所述弹力部件的位置相对外展的两个翼片所形成的夹角为20度至90度中的任一角度，同时相对外展的两个翼片中设置在迎风面一侧的翼片的尺寸大于设置在背风面一侧的翼片的尺寸。
进一步地，在所述燕尾结构部分，远离所述弹力部件的位置所述两个翼片相对外展所形成的夹角为30度至170度中的任一角度，同时相对外展的两个翼片的尺寸相同。
进一步地，当活动安装在所述叶片本体尾缘的襟翼包括两个以上时，活动安装在所述叶片本体尾缘的襟翼沿所述叶片本体的展向进行间隔排列，所述襟翼的排列间隔根据所述叶片本体的弦长进行设置。
进一步地，当活动安装在所述叶片本体尾缘的襟翼为三个时，所述三个襟翼分别安装在靠近于叶尖位置的尾缘、靠近叶根位置的尾缘以及位于叶片本体的中间部分的尾缘。
本申请还提供了一种风力机，包括如上所述的风力机叶片。
本申请与现有技术相比具有以下显著效果：
1）通过在风力机的叶片上间隔一定距离安装襟翼，并通过夹持架构与叶片本体啮合，使风力机叶片的翼型曲线进行改变，有效地改善了所述叶片本体的气动特性以减少所述叶片本体的颤振。
2）因为襟翼的夹持结构与叶片本体的啮合部位的面积较小，而襟翼的燕尾结构受力较大，因此单独使用夹持结构并不能保证襟翼与叶片本体连接的稳定，而通过粘连层配合夹持结构使所述叶片本体与襟翼的连接更加稳固。
3）通过夹持结构部分翼片的外表面的弧面凸起结构形成迎风面从而受力，在提供夹持功能的同时，可以侧面配合燕尾结构改善所述叶片本体的气动特性以减少所述叶片本体的颤振。
4）燕尾结构部分的翼片的尾端具有锯齿结构或者波浪结构，这种结构可以有效减少襟翼受力时产生的噪声。
5）因此对于一个襟翼来说，构成燕尾结构部分的的翼片间的夹角是固定的。可以在应用风力机不同状态下进行相应的形状或尺寸大小襟翼的更换以达到风力机最佳的使用状态，或者，根据不同地理位置的风力情况的预测之后，安装或更换适合当地风力条件的相应的形状、大小或角度的襟翼。
6）襟翼的燕尾结构部分的夹角的不同设置可以使襟翼在运转时不需要取下，也可以形成在运行时需要取下的临时安装的襟翼。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是现有技术的风力机的结构示意图；
图2是本申请提供的一种风力机叶片示意图；
图3是图2的风力机叶片的C-C截面示意图；
图4a和4b是图2和图3中两种襟翼的放大结构简化示意图；
图5是本申请提供的另一种风力机叶片示意图；
图6是未安装本申请的风力机叶片的漩涡脱落示意图；
图7是安装本申请的风力机叶片的漩涡脱落示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本申请作进一步地详细说明。
如图1所示，现有技术中风力机由塔架11、机舱12、叶轮构成，叶轮还包括叶片10和轮毂13，其中叶片10主要由前缘14、尾缘15和叶尖16组成。利用风力带动风车叶轮旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。当风力机处于停顿位置叶轮不旋转时，对于准来流风速，会先经过每个叶片的前缘后沿叶片表面流向尾缘，偏航角由此确定。此时，入流风作用于叶片空气动力学侧面，在叶片上产生最小的力。风力机需要发电时，叶片变桨，随着攻角的增大，叶片上产生足够升力使叶轮旋转，由此进行风力发电的工作。但是，风力机旋转叶片沿侧边的振动极易受平行于弦长方向的振动的影响。
当风力机闲置或旋转叶片刹车时，抑或风力机空载时极易出现问题。例如，风力机旋转叶片对来流方向不正确，使钝流体正对来流方向，可能导致流体从叶片两侧发生周期性漩涡脱落（如图3所示，漩涡脱落）。叶片表面漩涡的周期性脱落会引起脉动压力，继而引发叶片侧面发生振动。风力机叶片是细长的柔性构件，如果漩涡脱落的频率接近叶片固有频率，将引起叶片颤振，减少风力机寿命。
实施例一：
如图2所示，是本申请提供的一种风力机叶片示意图；如图3所示，是图2的风力机叶片的C-C截面示意图；如图4a和4b所示，是图2和图3中两种襟翼的放大结构简化示意图；如图5所示，是本申请提供的另一种风力机叶片示意图。
本申请的核心之一，是通过对风力机叶片中安装襟翼，有效避免了当风力机空载时，叶片没有正对来流风向，可能引起偏航结构失效、变桨***失效，需要在风向突然改变之前调节偏航使来流风正对叶片。变桨后叶片提供了一个钝的结构对准入流风，可能导致如图3右侧所示的漩涡脱落。这时，所述安装的三个襟翼可改善叶片表面形状和空气动力学性能，具体说明如下：
本申请所述的风力机叶片包括：叶片本体21、至少一个襟翼22。叶片本体21具有前缘21b和尾缘21a，至少一个襟翼22活动安装在所述叶片本体尾缘21a。当活动安装在所述叶片本体尾缘的襟翼包括两个以上时，活动安装在所述叶片本体尾缘21a的襟翼22沿所述叶片本体21的展向进行间隔排列，所述襟翼22的排列间隔根据所述叶片本体21的弦长进行设置。优选地，本申请对在叶片尾缘21a部分设置的三个襟翼进行等距设置，如图5所示，三个襟翼分别安装在靠近于叶尖位置的尾缘、靠近叶根位置的尾缘以及位于叶片本体的中间部分的尾缘。但，本申请并不限于对襟翼进行等距设置，以及所述襟翼也并不限于设置三个。
所述襟翼22具有两个翼片，所述翼片形状是具有迎风面和背风面的扁平结构或平面结构。所述两个翼片相对固定于一弹力部件22b的两侧并以所述弹力部件22b为轴扭转，从而在所述弹力部件22b的一端形成咬合的夹持架构22c，在所述弹力部件22b的另一端构成开合的燕尾结构22a。
所述襟翼22通过所述夹持结构22c与所述叶片本体的尾缘21a啮合，并通过所述弹力部件22b作用于所述燕尾结构22a内侧的推力使所述夹持结构22c与叶片本体的尾缘21a紧固从而使风力机叶片的翼型曲线进行微调，以改善所述叶片本体的气动特性以减少所述叶片本体的颤振。
所述燕尾结构22a的由靠近所述弹力部件22b的位置到远离所述弹力部件22b的位置，所述两个翼片的开合角度逐渐扩大呈喇叭状，这样的结构使得靠近所述弹力部件22a的位置所述两个翼片相对靠拢可以在两个翼片的外表面形成便于受力的面从而方便扳动使咬合的夹持结构22c打开，远离所述弹力部件22a的位置所述两个翼片相对外展从而起到微调风力机叶片的翼型曲线的作用。
如图4a和4b所示，在形成所述夹持结构22c部分的翼片上，与所述叶片本体啮合的上下内表面还具有粘连层22d，所述夹持结构22c通过所述粘连层22d与所述叶片本体的尾缘21a粘合。因为襟翼的夹持结构与叶片本体的啮合部位的面积较小，而襟翼的燕尾结构受力较大，因此单独使用夹持结构并不能保证襟翼与叶片本体连接的稳定，而通过粘连层配合夹持结构使所述叶片本体与襟翼的连接更加稳固。
形成所述夹持结构22c部分的翼片具有预设厚度从而使形成所述夹持结构22c部分的翼片的外表面具有弧面凸起结构。通过这种结构使得所述弧面凸起也可以形成迎风面从而受力，在提供夹持功能的同时，可以侧面配合燕尾结构改善所述叶片本体的气动特性以减少所述叶片本体的颤振。
构成所述燕尾结构22a部分的翼片的尾端具有锯齿结构或者波浪结构（如图2中箭头部分所指的锯齿形），这种结构可以有效减少襟翼受力时产生的噪声。
本申请所提出的风力机叶片中安装的襟翼22通过夹持结构与所述叶片本体21的尾缘安装并进行拆换。对于一个襟翼来说，构成燕尾结构部分的翼片间的夹角是固定的。可以在应用风力机不同状态下进行相应的形状或尺寸大小襟翼的更换以达到风力机最佳的使用状态，或者，根据不同地理位置的风力情况的预测之后，安装或更换适合当地风力条件的相应的形状、大小或角度的襟翼。如图6所示，为某一地理位置下的风力状况，此时风力机叶片本体未安装襟翼，气流经过叶片本体时流向示意。如图7所示，此时风力机叶片本体安装了襟翼，气流经过叶片本体后的分离出稳定的双漩涡尾迹并进行扩散，从而可以减小多种风向混合出现时对叶片本体的气动影响。
如果在风力机闲置时安装襟翼22在叶片本体21上，而在风力机运转时不希望取下襟翼22，想让襟翼22随叶片本体21一直运转，这种襟翼结构如图4a所示，在燕尾结构22a部分，远离所述弹力部件22b的位置所述两个翼片相对外展所形成的夹角e可以设置为20度至90度中的任一角度，同时所述风力机叶片的下方为迎风面，两个翼片中设置在迎风面一侧的翼片（图4a中的下翼片）的尺寸较大（长度较长和/或厚度较厚）。
如果在风力机闲置时临时安装襟翼在叶片本体21上，而在风力机运转时需要取下襟翼，这种襟翼结构如图4b所示，在燕尾结构22a部分，远离所述弹力部件的位置所述两个翼片相对外展所形成的夹角e可以设置为30度至170度中的任一角度，同时远离所述弹力部件的位置的相对外展的两个翼片的尺寸相同（长度相同和/或厚度相同）。
实施例二：
如图2-4所示，本申请提出一种风力机，在叶片的尾缘安装有如实施例一所述的襟翼。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种风力机叶片，其特征在于，包括：叶片本体和活动安装在所述叶片本体尾缘的至少一个襟翼，其中，
所述襟翼具有两个翼片和弹力部件，所述两个翼片相对固定于所述弹力部件的两侧并以所述弹力部件为轴扭转，从而在所述弹力部件的一端形成咬合的夹持架构，在所述弹力部件的另一端构成开合的燕尾结构；
所述襟翼通过所述夹持结构与所述叶片本体的尾缘啮合，并通过所述弹力部件作用于所述燕尾结构内侧的推力使所述夹持结构与叶片本体的尾缘紧固从而改善所述叶片本体的气动特性以减少所述叶片本体的颤振。
2.如权利要求1所述的风力机叶片，其特征在于，
所述燕尾结构的由靠近所述弹力部件的位置到远离所述弹力部件的位置，所述两个翼片的开合角度逐渐扩大呈喇叭状，使得靠近所述弹力部件的位置的两个翼片相对靠拢以在两个翼片的外表面形成便于受力的平面从而便于扳动使咬合的所述夹持结构打开，使得远离所述弹力部件的位置所述两个翼片相对外展从而微调风力机叶片的翼型曲线。
3.如权利要求1所述的风力机叶片，其特征在于，
在形成所述夹持结构部分的翼片上，与所述叶片本体啮合的内表面还具有粘连层，所述夹持结构通过所述粘连层与所述叶片本体粘合。
4.如权利要求1所述的风力机叶片，其特征在于，
形成所述夹持结构部分的翼片具有预设厚度从而使形成所述夹持结构部分的翼片的外表面具有弧面凸起结构。
5.如权利要求1所述的风力机叶片，其特征在于，
构成所述燕尾结构部分的翼片的尾端具有锯齿结构或者波浪结构。
6.如权利要求2所述的风力机叶片，其特征在于，
在所述燕尾结构部分，远离所述弹力部件的位置相对外展的两个翼片所形成的夹角为20度至90度中的任一角度，同时相对外展的两个翼片中设置在迎风面一侧的翼片的尺寸大于设置在背风面一侧的翼片的尺寸。
7.如权利要求2所述的风力机叶片，其特征在于，
在所述燕尾结构部分，远离所述弹力部件的位置所述两个翼片相对外展所形成的夹角为30度至170度中的任一角度，同时相对外展的两个翼片的尺寸相同。
8.如权利要求1所述的风力机叶片，其特征在于，
当活动安装在所述叶片本体尾缘的襟翼包括两个以上时，活动安装在所述叶片本体尾缘的襟翼沿所述叶片本体的展向进行间隔排列，所述襟翼的排列间隔根据所述叶片本体的弦长进行设置。
9.如权利要求8所述的风力机叶片，其特征在于，
当活动安装在所述叶片本体尾缘的襟翼为三个时，所述三个襟翼分别安装在靠近于叶尖位置的尾缘、靠近叶根位置的尾缘以及位于叶片本体的中间部分的尾缘。
10.一种风力机，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的风力机叶片。
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