CN110821761A - 涡流发生器和叶片 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种涡流发生器和叶片。该涡流发生器包括：基部，基部包括第一侧和第二侧；翼片，翼片成预设角度设置于基部的第一侧；其中，翼片在基部的长度方向具有第一预设分区和第二预设分区，翼片在第一预设分区对应的基部的正投影形成的第一曲线与翼片在第二预设分区对应的基部的正投影形成的第二曲线分别位于参考线的两侧，参考线为翼片的第一端点与翼片的第二端点之间的连线。根据本发明实施例提供的涡流发生器和叶片，能够使安装有本发明实施例提供的涡流发生器的叶片在旋转的过程中减少寄生阻力的产生，进而提高风力机的翼型升阻比，提高风力发电机的输出功率。

Description

涡流发生器和叶片

技术领域

本发明涉及风电发电技术领域，尤其涉及一种涡流发生器和叶片。

背景技术

大型风力发电机叶片的中部到根部一般都需要采用大厚度风力机专用翼型来保证叶片的结构强度，然而大厚度翼型本身的气动性能较差，在大功角的情况下，气流的分离几乎是不可避免的。因此，通常会在叶片上安装涡流发生器，以延迟或阻止叶片表面的气流过早的分离，以提高风力发电机的输出功率。

涡流发生器虽然在一定程度上可以减少由于气流分离产生的压差阻力，但是，由于涡流发生器安装于叶片的表面，在一定程度上仍会给叶片带来额外的寄生阻力。涡流发生器的结构不同，也会产生不同的寄生阻力，只有当涡流发生器产生的寄生阻力小于气流分离产生的压差阻力时，才会使叶片的翼型升阻比提高，进而使风力发电机的输出功率提高。

因此，如何提供一种涡流发生器，能够在安装于叶片上时，可以减少寄生阻力，提高风力发电机的输出功率成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种涡流发生器和叶片，能够减少寄生阻力，进而提高风力发电机的输出功率。

第一方面，提供一种涡流发生器，该涡流发生器包括：

基部；

翼片，翼片成预设角度设置于基部的同一侧；

其中，翼片在基部的长度方向具有第一预设分区和第二预设分区，翼片在第一预设分区的曲线长和翼片在第一预设分区对应的基部的正投影形成的第一曲线与翼片在第二预设分区对应的基部的正投影形成的第二曲线分别位于参考线的两侧，参考线为翼片的第一端点与翼片的第二端点之间的连线。

在本发明实施例中，通过将翼片的底边在长度方向上，进行非线性函数的设计，可以减少涡流发生器产生的寄生阻力，进而提高翼型升阻比，提高风力发电机的输出功率。

在第一方面的一些可实现方式中，第一曲线上的点和参考线之间的最远距离r1与所述第二曲线上的点和参考线之间的最远距离r2满足：r1＝k1*r2，其中，k1为正数。

在第一方面的一些可实现方式中，涡流发生器还包括：

翼片的高度在基部的长度方向具有第三预设分区、第四预设分区和第五预设分区；

翼片在第三预设分区的第一端点的高度参数与对应的翼片由起始端面到对应的第一端点之间的延伸距离在基部的正投影的长度满足第一预设函数；

翼片在第四预设分区的第二端点的高度参数与对应的翼片由起始端面到对应的第二端点之间的延伸距离在基部的正投影的长度满足第二预设函数；

翼片在第五预设分区的第三端点的高度参数与对应的翼片由起始端面到对应的第三端点之间的延伸距离在基部的正投影的长度满足第三预设函数。

在本发明实施例中，通过将翼片在高度方向上的非线性设计，可以减少涡流发生器产生的寄生阻力，进而提高翼型升阻比，提高风力发电机的输出功率。

在第一方面的一些可实现方式中，第一预设分区还包括：第一子分区和第二子分区；其中，翼片在第一子分区对应的基部的正投影形成的第三曲线位于参考线的一侧，翼片在第二子分区对应的基部的正投影与参考线重合。

在第一方面的一些可实现方式中，第一预设函数为幂函数。

在第一方面的一些可实现方式中，第二预设函数和/或第三预设函数为二次函数。

第二方面，提供一种涡流发生器，该涡流发生器包括：

基部；

翼片，翼片成预设角度设置于基部的同一侧；

其中，翼片在基部的长度方向具有第一预设分区和第二预设分区，翼片在第二预设分区对应的基部的正投影位于背离第一参考线的一侧，第一参考线为基部上其它翼片的第一端点和第二端点之间的连线。

在第二方面的一些可实现方式中，翼片在第二预设分区对应的基部的正投影为折线或曲线。

在第二方面的一些可实现方式中，翼片在第一预设分区对应的基部的正投影与第二参考线重合，第二参考线为翼片的第一端点与翼片的第二端点之间的连线。

在第二方面的一些可实现方式中，翼片在第一预设分区对应的基部的正投影位于背离第一参考线的一侧。

在第二方面的一些可实现方式中，翼片在第一预设分区对应的基部的正投影为折线或曲线。

在第二方面的一些可实现方式中，翼片在第一预设分区对应基部的正投影上的点和第二参考线之间的最远距离r1与翼片在第二预设分区对应基部的正投影上的点和第二参考线之间的最远距离r2满足：r1＝k1*r2，其中，k1为正数。

第三方面，提供一种叶片，该叶片包括上述第一方面或第二方面提供的涡流发生器。

本发明实施例提供的涡流发生器和叶片，能够使安装有本发明实施例提供的涡流发生器的叶片在旋转的过程中减少寄生阻力的产生，进而提高风力机的翼型升阻比，提高风力发电机的输出功率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本发明一实施例的涡流发生器的俯视图；

图2示出本发明一实施例的涡流发生器的翼片底边的形状示意图；

图3示出本发明另一实施例的涡流发生器的翼片底边的形状示意图；

图4示出本发明一实施例的涡流发生器的翼片在高度方向上的形状示意图；

图5示出本发明一个实施例提供的翼片在第二预设区域对应基部的正投影的示意图；

图6示出本发明另一个实施例提供的翼片在第二预设区域对应基部的正投影的示意图；

图7a示出本发明一实施例提供的翼片对应基部的正投影的示意图；

图7b示出本发明另一实施例提供的翼片对应基部的正投影的示意图；

图7c示出本发明再一实施例提供的翼片对应基部的正投影的示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

由于风力发电机叶片的中部到根部采用的是大厚度风力机专用翼型来保证叶片的结构强度，在大功角的情况下就会导致气流的分离，进而降低风力发电机的输出功率。

因此，往往会在风力发电机的叶片上安装涡流发生器，以延迟或阻值叶片表面的气流过早的分离，但是由于涡流发生器的存在，涡流发生器仍会在一定程度上为叶片产生额外的寄生阻力。涡流发生器的结构不同，也会产生不同的寄生阻力，只有当涡流发生器产生的寄生阻力小于气流分离产生的压差阻力时，才会使叶片的翼型升阻比提高，进而使风力发电机的输出功率提高。

因此，本发明实施例提供了一种涡流发生器和叶片，能够使涡流发生器安装在叶片上时，产生较少的寄生阻力，进而提高风力发电机的输出功率。

下面结合附图，描述根据本发明实施例提供的涡流发生器和叶片。应注意，这些实施例并不是用来限制本发明公开的范围。

下面通过图1详细介绍根据本发明实施例的涡流发生器。

为了更好的理解本发明得技术方案，下面结合图1对本发明一实施例的涡流发生器进行详细说明，图1是示出本发明一实施例的涡流发生器的俯视图。

如图1所示，本发明实施例中的涡流发生器包括：

基部10，其中，基部10包括有第一侧和第二侧。例如，第一侧可以是基部靠近叶片的一侧，第二侧可以是基部远离叶片的一侧。

翼片20和翼片30，其中，翼片20和翼片30成预设角度设置于基部10的第一侧。例如，可以将翼片20和翼片30成预设角度设置在如图1所示的基部10第一侧的两侧。

在本发明的一个实施例中，对于翼片的底边设置，可以是翼片20的底边和翼片30的底边在基部的长度方向上具有第一预设分区和第二预设分区。例如，第一预设分区对应的基部长度可以是2-4倍的第二预设分区对应的基部长度。例如，第一预设分区对应的基部长度和第二预设分区对应的基部长度的比例为8:2。即，可以将基部长度的0％-80％作为第一预设分区，将基部长度的80％-100％作为第二预设分区。

进一步的，可以是将翼片的两个端点(第一端点和第二端点)之间的连线作为参考线，翼片在第一预设分区对应的基部的正投影形成的第一曲线与翼片在第二预设分区对应的基部的正投影形成的第二曲线分别位于参考线的两侧。

本发明实施例提供的涡流发生器，基于翼片在第一预设分区对应的基部的正投影形成的第一曲线与翼片在第二预设分区对应的基部的正投影形成的第二曲线分别位于参考线的两侧，可以使叶片在旋转的过程中有效减少寄生阻力的产生，进而提高风力机的翼型升阻比，提高风力发电机的输出功率。

如图2所示，图2示出本发明一实施例提供的翼片底边的形状示意图。第一曲线上的点与参考线之间的最远距离r1和第二曲线上的点与参考线之间的最远距离r2满足：r1＝k1*r2，其中，k1为正数。

在本发明的一个实施例中，k1可以是满足：k1∈[2～6]

例如，翼片在第二预设分区对应的基部的正投影形成的第二曲线可以是一个半径为10厘米(cm)的部分圆弧，应当理解的是，圆心可以不位于参考线上。

此外，作为一个示例，翼片在第一曲线上距离参考线最远的点应位于参考线在迎风向的投影区域内。同样，翼片在第二曲线上距离第二参考线最远的点应位于参考线在迎风向的投影区域内。

此外，第一曲线和第二曲线也可以是满足预设的二次函数。如，第一曲线满足的函数为：

S4＝k4*x(x-a) (1)

第二曲线满足的函数可以为：

S5＝k5*(x-b)(x-c) (2)

在本发明的一个实施例中，第一曲线和第二曲线还可以是满足三次函数。

在本发明实施例中，基于翼片在长度方向形成的第一曲线和第二曲线是根据非线性函数形成的曲线，可以减少涡流发生器产生的寄生阻力，进而提高翼型升阻比，提高风力发电机的输出功率。

在本发明的一个实施例中，还可以是进一步将第一预设分区进一步划分为第一子分区和第二子分区。

其中，第二子分区对应的基部长度可以为1-2倍的第一子分区对应的基部长度。例如，第一子分区对应的基部长度和第二子分区对应的基部长度的比例为1:1。即，可以是将基部长度的0％-45％作为第一子分区，将基部长度的45％-80％作为第二子分区。

例如，如图3所示，图3示出本发明另一实施例提供的翼片底边的形状示意图。

其中，翼片在第一子分区对应的基部的正投影形成的第三曲线位于参考线的一侧，翼片在第二子分区对应的基部的正投影与参考线重合。

在本发明的实施例中，通过将翼片的底边在长度方向上，进行线性函数和非线性函数的组合设计，可以减少涡流发生器产生的寄生阻力，进而提高翼型升阻比，提高风力发电机的输出功率。

在本发明的一个实施例中，对于翼片的高度设置，可以是翼片20的高度和翼片30的高度在基部的长度方向具有第三预设分区、第四预设分区和第五预设分区。

在本发明的一个实施例中，翼片在基部的长度方向上具有的第三预设分区在基部的长度方向上的正投影的长度、翼片在基部的长度方向上具有的第四预设分区在基部的长度方向上的正投影的长度和翼片在基部的长度方向上具有的第五预设分区在基部的长度方向上的正投影的长度放入比例为3:12:5。

例如，可以是将基部长度的0％-15％作为翼片的高度在基部的长度方向的第三预设分区，将基部长度的15％-75％作为翼片的高度在基部的长度方向的第四预设分区，将基部长度的75％-100％作为翼片的高度在基部的长度方向的第五预设分区。

在本发明的一个实施例中，翼片在第三预设分区的第一端点的高度参数与对应的翼片由起始端面到对应的第一端点之间的延伸距离在基部的正投影的长度满足第一预设函数；

翼片在第四预设分区的第二端点的高度参数与对应的翼片由起始端面到对应的第二端点之间的延伸距离在基部的正投影的长度满足第二预设函数；

翼片在第五预设分区的第三端点的高度参数与对应的翼片由起始端面到对应的第三端点之间的延伸距离在基部的正投影的长度满足第三预设函数。

在本发明的一个实施例中，第一预设函数、第二预设函数以及第三预设函数均可以为非线性函数。

在本发明的一个实施例中，如图4所示，图4示出本发明一实施例的涡流发生器的翼片在高度方向上的形状示意图。其中，第一预设函数可以是幂函数。

例如，第一预设函数S1可以是如表达式(3)所示：

S1＝xⁿ，n∈(1/6,1/2) (3)

其中，x为翼片由起始端面到对应的第一端点之间的延伸距离。

在本发明的一个实施例中，第二预设函数可以是二次函数，例如，第二预设函数S2可以如表达式(4)所示：

S2＝k2*(x-e)(x-f)，e∈(-0.6,-0.5)，f∈(1,1.1) (4)

其中，x为翼片由起始端面到对应的第二端点之间的延伸距离。

例如，k2可以为0.001。

在本发明的一个实施例中，第三预设函数可以是二次函数，例如，第三预设函数S3可以如表达式(5)所示：

S3＝k3*(x-g)(x-h)，g∈(-0.8,-0.7)，h∈(3,4) (5)

其中，x为翼片由起始端面到对应的第三端点之间的延伸距离。

例如，k3可以为0.001。

在本发明的一个实施例中，翼片20和翼片30之间的开口间距可设置为翼片长度的0.3-0.5倍，翼片的长度可以设置为当地截面弦长的0.2-0.3倍。其中，当地截面弦长可以是沿着叶片的长度方向对叶片进行切割，选取预设数量的剖面，将预设数量的剖面弦长的平均值作为当地截面弦长。

通过将翼片在高度方向上的非线性设计，可以减少涡流发生器产生的寄生阻力，进而提高翼型升阻比，提高风力发电机的输出功率。

本发明实施例所提供的涡流发生器，不仅可以延迟和阻止叶片表面的气流过早的分离，还可以减少寄生阻力的产生，提高风力发电机的输出功率。

此外，在本发明的另一个实施例中，还提供另外一种涡流发生器。该涡流发生器同样包括基部和两个翼片。两个翼片分别为第一翼片和第二翼片。第一翼片和第二翼片分别成预设角度设置于基部的同一侧，第一翼片和第二翼片在基部的长度方向均具有第一预设分区和第二预设分区。

下面以第一翼片为例，详细介绍第一翼片在基部的长度方向对应第二预设分区的结构。第一翼片在第二预设分区对应的基部的正投影位于背离第一参考线的一侧，第一参考线为第二翼片的第一端点和第二端点之间的连线。应当理解的是，对于第二翼片，第一参考线应为第一翼片的第一端点和第二端点之间的连线。

如图5所示，图5示出本发明一个实施例提供的翼片在第二预设区域对应基部的正投影的示意图。翼片在第二预设分区对应的基部的正投影可以为曲线。

在本发明的另一个实施例中，如图6所示，图6示出本发明另一个实施例提供的翼片在第二预设区域对应基部的正投影的示意图。翼片在第二预设分区对应的基部的正投影可以为折线。

在本发明的一个实施例中，翼片在第一预设分区对应的基部的正投影与第二参考线重合。对于第一翼片，第二参考线为第一翼片的第一端点与第一翼片的第二端点之间的连线；而对于第二翼片，第二参考线为第二翼片的第一端点和第二翼片的第二端点之间的连线。

在本发明的另一个实施例中，翼片在第一预设分区对应的基部的正投影位于背离第一参考线的一侧。并且，翼片在第一预设分区对应的基部的正投影为折线或曲线。

例如，如图7a所示，图7a示出本发明一实施例提供的翼片对应基部的正投影的示意图。以第一翼片为例，第一翼片在第一预设分区对应的基部的正投影与第二参考线重合，第一翼片在第二预设分区对应的基部的正投影位于背离第一参考线的一侧。且第一翼片在第二预设分区对应的基部的正投影可以为曲线。

再如，如图7b所示，图7b示出本发明另一实施例提供的翼片对应基部的正投影的示意图。继续以第一翼片为例，第一翼片在第一预设分区对应的基部的正投影位于背离第一参考线的一侧，第一翼片在第二预设分区对应的基部的正投影位于背离第一参考线的一侧。且第一翼片在第一预设分区对应的基部的正投影可以为曲线，第一翼片在第二预设分区对应的基部的正投影可以为曲线。

或者，如图7c所示，图7c示出本发明再一实施例提供的翼片对应基部的正投影的示意图。继续以第一翼片为例，第一翼片在第一预设分区对应的基部的正投影位于背离第一参考线的一侧，第一翼片在第二预设分区对应的基部的正投影位于背离第一参考线的一侧。且第一翼片在第一预设分区对应的基部的正投影可以为折线，第一翼片在第二预设分区对应的基部的正投影可以为折线。

在本发明的一个实施例中，翼片在第一预设分区对应基部的正投影上的点和第二参考线之间的最远距离r1与翼片在所述第二预设分区对应基部的正投影上的点和第二参考线之间的最远距离r2满足：r1＝k1*r2，其中，k1为正数。例如，k1可以是满足：k1∈[2～6]。

此外，作为一个示例，翼片在第一预设分区对应基部的正投影上距离第二参考线最远的点位于第二参考线在迎风向的投影区域内。同样，作为一个示例，翼片在第二预设分区对应基部的正投影上距离第二参考线最远的点位于第二参考线在迎风向的投影区域内。

通过本发明实施例提供的涡流发生器，基于翼片在第二预设分区对应的基部的正投影位于背离第一参考线的一侧，第一参考线为基部上其它翼片的第一端点和第二端点之间的连线，可以使叶片在旋转的过程中有效减少寄生阻力的产生，进而提高风力机的翼型升阻比，提高风力发电机的输出功率。

在本发明的一个实施例中，还提供一种叶片，其中，叶片包括有壳体和本发明实施例提供的涡流发生器，安装有本发明实施例提供的涡流发生器的叶片在旋转的过程中减少寄生阻力的产生，进而提高风力机的翼型升阻比，提高风力发电机的输出功率。

应理解，术语“第一”、“第二”、等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。需要理解，如此使用的术语在适当的情况下是可以互换的，以使本文所描述的发明中的实施例，例如，能够按照除了本文说明的或其他方式描述的那些顺次而工作或排列。

本发明可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明的范围之中。并且，在不同实施例中出现的不同技术特征可以进行组合，以取得有益效果。本领域技术人员在研究附图、说明书及权利要求书的基础上，应能理解并实现所揭示的实施例的其他变化的实施例。

本发明可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。例如，特定实施例中所描述的算法可以被修改，而设备体系结构并不脱离本发明的基本精神。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明的范围之中。

Claims (13)

1.一种涡流发生器，其特征在于，包括：

基部；

翼片，所述翼片成预设角度设置于所述基部的同一侧；

其中，所述翼片在所述基部的长度方向具有第一预设分区和第二预设分区，所述翼片在所述第一预设分区对应的基部的正投影形成的第一曲线与所述翼片在所述第二预设分区对应的基部的正投影形成的第二曲线分别位于参考线的两侧，所述参考线为所述翼片的第一端点与所述翼片的第二端点之间的连线。

2.根据权利要求1所述涡流发生器，其特征在于，所述第一曲线上的点和所述参考线之间的最远距离r1与所述第二曲线上的点和所述参考线之间的最远距离r2满足：r1＝k1*r2，其中，k1为正数。

3.根据权利要求1所述涡流发生器，其特征在于，还包括：

所述翼片的高度在所述基部的长度方向具有第三预设分区、第四预设分区和第五预设分区；

所述翼片在所述第三预设分区的第一端点的高度参数与对应的所述翼片由起始端面到对应的所述第一端点之间的延伸距离在所述基部的正投影的长度满足第一预设函数；

所述翼片在所述第四预设分区的第二端点的高度参数与对应的所述翼片由起始端面到对应的所述第二端点之间的延伸距离在所述基部的正投影的长度满足第二预设函数；

所述翼片在所述第五预设分区的第三端点的高度参数与对应的所述翼片由起始端面到对应的所述第三端点之间的延伸距离在所述基部的正投影的长度满足第三预设函数。

4.根据权利要求1-3任一项所述涡流发生器，其特征在于，所述第一预设分区还包括：第一子分区和第二子分区；

其中，所述翼片在所述第一子分区对应的基部的正投影形成的第三曲线位于所述参考线的一侧，所述翼片在所述第二子分区对应的基部的正投影与所述参考线重合。

5.根据权利要求3所述涡流发生器，其特征在于，所述第一预设函数为幂函数。

6.根据权利要求3所述涡流发生器，其特征在于，所述第二预设函数和/或所述第三预设函数为二次函数。

7.一种涡流发生器，其特征在于，包括：

基部；

翼片，所述翼片成预设角度设置于所述基部的同一侧；

其中，所述翼片在所述基部的长度方向具有第一预设分区和第二预设分区，所述翼片在所述第二预设分区对应的基部的正投影位于背离第一参考线的一侧，所述第一参考线为所述基部上其它翼片的第一端点和第二端点之间的连线。

8.根据权利要求7所述的涡流发生器，其特征在于，所述翼片在所述第二预设分区对应的基部的正投影为折线或曲线。

9.根据权利要求8所述的涡流发生器，其特征在于，所述翼片在所述第一预设分区对应的基部的正投影与第二参考线重合，所述第二参考线为所述翼片的第一端点与所述翼片的第二端点之间的连线。

10.根据权利要求8所述的涡流发生器，其特征在于，所述翼片在所述第一预设分区对应的基部的正投影位于背离所述第一参考线的一侧。

11.根据权利要求10所述的涡流发生器，其特征在于，所述翼片在所述第一预设分区对应的基部的正投影为折线或曲线。

12.根据权利要求9-11任一项所述的涡流发生器，其特征在于，所述翼片在所述第一预设分区对应基部的正投影上的点和所述第二参考线之间的最远距离r1与所述翼片在所述第二预设分区对应基部的正投影上的点和所述第二参考线之间的最远距离r2满足：r1＝k1*r2，其中，k1为正数。

13.一种叶片，其特征在于，所述叶片包括如权利要求1-6任一项所述的涡流发生器或所述叶片包括如权利要求7-12任一项所述的涡流发生器。

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