CN104728038B - 一种水平轴风力机的自调节增强型涡流发生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水平轴风力机的自调节增强型涡流发生装置，属于风力机的技术领域。涡流发生装置包括：底座，固定在底座上的弧形涡流发生器，所述弧形涡流发生器包括：平板三角翼、与平板三角翼光滑连接的三角形曲面板，三角形曲面板的底边为半圆形弧段，三角形曲面板的顶点为平板三角翼前缘，平板三角翼脱落涡与三角形曲面板脱落涡的高度一致并相互叠加，产生的高强度脱落涡能够有效补充能量不足的边界层，使其继续贴附表面流动，抑制气流分离；连接涡流发生器、扇形刻度盘的弹簧机构，连接扇形刻度盘、刻度尺的弹簧机构，利用在不同风况下弧形涡流发生器的受力不同的特点，借助弹簧机构的拉力来调节弧形涡流发生器的安装角以及安装距离。
Description
技术领域
本发明公开了一种水平轴风力机的自调节增强型涡流发生装置，属于风力机的技术领域。
背景技术
风力发电机组利用风的动能来做功发电，风轮是整个机组中获取风能的主要部件，叶片设计的优良直接影响风力机的功率输出大小。风力机叶片的设计，除了要保证气动设计要求以外，还要满足结构强度要求。增加翼型厚度是可以满足这两个条件的方法之一，即在叶根附近区域采用厚翼型，但是随着风速增加，厚翼型容易发生分离，严重影响了水平轴风力机组功率输出。在水平轴风力机叶片增加涡流发生器能够有效减弱叶片的气流分离。目前，涡流发生器的形状大多为三角形、四边形、梯形或小翼形，其产生的脱落涡较弱，不能有效抑制叶片气流分离；风力机结构复杂，同一工况风力机叶片流态不同，采用均匀分布的方法不能有效发挥涡流发生器的作用。因此，设计自调节增强型涡流发生器装置提高水平轴风力机性能具有重要的意义。
为此，若能发明一种用于水平轴风力机的自调节增强型涡流发生器装置，能在涡流发生器下游产生更强的脱落涡，又能方便合理布置涡流发生器位置，则可以延迟风力机失速，大大提高水平轴风力机组的气动性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了一种水平轴风力机的自调节增强型涡流发生装置，以解决现有涡流发生器产生的脱落涡较弱，不能有效抑制叶片气流分离，涡流发生器不易调整安装角度和安装位置的技术问题。
本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：
一种水平轴风力机的自调节增强型涡流发生装置，包括：底座、固定在底座上的弧形涡流发生器、扇形刻度盘，所述弧形涡流发生器包括：平板三角翼、与平板三角翼光滑连接的三角形曲面板，所述三角形曲面板的底边为半圆形弧段，三角形曲面板的顶点为平板三角翼前缘，扇形刻度盘与涡流发生器后缘固定连接，扇形刻度盘、涡流发生器之间装有弹簧机构，平板三角翼脱落涡的高度为πh/4≈0.785h，三角形曲面板脱落涡的位置在半圆形弧段圆心处，h为涡流发生装置的高度。
作为所述水平轴风力机的自调节增强型涡流发生装置的进一步优化方案，半圆形弧段的直径d：d＝0.43×h。
作为述水平轴风力机的自调节增强型涡流发生装置的进一步优化方案，涡流发生装置还包括固定在底座上的刻度尺，刻度尺、扇形刻度盘之间装有弹簧机构。
进一步的，所述水平轴风力机的自调节增强型涡流发生装置中，涡流发生器有多组，每一组涡流发生器关于底座轴线对称分布。
本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：
1、采用平板三角翼以及与其光滑连接的三角形曲面板构成弧形涡流发生器，平板三角翼脱落涡与三角形曲面板脱落涡的高度一致并相互叠加，产生的高强度脱落涡能够有效补充能量不足的边界层，使其继续贴附表面流动，抑制气流分离；
2、连接涡流发生器、扇形刻度盘的弹簧机构，连接扇形刻度盘、刻度尺的弹簧机构，利用在不同风况下弧形涡流发生器的受力不同的特点，借助弹簧机构的拉力来调节弧形涡流发生器的安装角以及安装距离。
附图说明
图1是自调节增强型涡流发生器装置示意图。
图2是弧形涡流发生器及脱落涡示意图。
图中标号说明：1、涡流发生器，2、平板三角翼，3、三角形曲面板，4、涡流发生器后缘，5、平面三角板前缘，6、三角形曲面板脱落涡，7、平面三角翼脱落涡，8、扇形刻度盘，9、扇形刻度盘的弹簧机构，10、刻度尺，11、刻度尺的弹簧机构，12、底座。
具体实施方式
下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示，弧形涡流发生器1由平板三角翼2和三角形曲面板3组成，这两个部分光滑连接，三角形曲面板3是以平板三角翼前缘5为顶点，以半圆形弧段为底边的曲面板。优选的，设计的弧形涡流发生器高度为h，半圆形弧段直径为d，d＝0.43×h。
气流通过弧形涡流发生器1，平板三角翼脱落涡7的高度为πh/4≈0.785h，三角形曲面板脱落涡6的位置在半圆形弧段圆心处，这两个脱落涡的高度一致并相互叠加，产生的高强度脱落涡能够有效补充能量不足的边界层，使其继续贴附表面流动，抑制气流分离。
如图2所示，本发明用于水平轴风力机的自调节增强型涡流发生器装置包括多组关于底座12轴线对称分布的涡流发生器1、以及扇形刻度盘8、扇形刻度盘的弹簧机构9、刻度尺10、刻度尺的弹簧机构11。扇形刻度盘8与弧形涡流发生器后缘4连接，扇形刻度盘的弹簧机构9连接扇形刻度盘8和涡流发生器1，扇形刻度盘8以弧形涡流发生器后缘4为原点可以旋转。刻度尺10与底座12固定，刻度尺的弹簧机构11连接刻度尺10和扇形刻度盘8，扇形刻度盘8可以在刻度尺10上滑动。
当风力机处于低风速工况时，风力机叶片没有发生气流分离现象。气流流经弧形涡流发生器1时，气流流速小，弧形涡流发生器1表面的压力小。弧形涡流发生器1受到扇形刻度盘的弹簧机构拉力作用，以后缘4为原点向减小安装角的方向旋转；同时受到刻度尺的弹簧机构11的拉力作用向装置两侧移动。当风力机处于大风速工况下，气流流经弧形涡流发生器1时，气流流速大，弧形涡流发生器1表面的压力大。弧形涡流发生器1带动扇形刻度盘的弹簧机构9，以后缘4为原点向增大安装角的方向旋转；同时带动刻度尺的弹簧机构11向装置中心靠拢。不同风况下弧形涡流发生器1的受力不同，受到扇形刻度盘的弹簧机构9和刻度尺的弹簧机构11的作用不同。弧形涡流发生器1可以自动调节其安装角和安装距离，以保证不同风况下弧形涡流发生器1能达到最佳运行状态。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种水平轴风力机的自调节增强型涡流发生装置，其特征在于，包括：底座、固定在底座上的弧形涡流发生器、扇形刻度盘，所述弧形涡流发生器包括：平板三角翼、与平板三角翼光滑连接的三角形曲面板，所述三角形曲面板的底边为半圆形弧段，三角形曲面板的顶点为平板三角翼前缘，扇形刻度盘与涡流发生器后缘固定连接，扇形刻度盘、涡流发生器之间装有弹簧机构，平板三角翼脱落涡的高度为πh/4≈0.785h，三角形曲面板脱落涡的位置在半圆形弧段圆心处，h为涡流发生装置的高度。
2.根据权利要求1所述的水平轴风力机的自调节增强型涡流发生装置，其特征在于，所述半圆形弧段的直径d：d＝0.43×h。
3.根据权利要求1所述的水平轴风力机的自调节增强型涡流发生装置，其特征在于，所述涡流发生装置还包括固定在底座上的刻度尺，刻度尺、扇形刻度盘之间装有弹簧机构。
4.根据权利要求1或2或3所述的水平轴风力机的自调节增强型涡流发生装置，其特征在于，涡流发生器有多组，每一组涡流发生器关于底座轴线对称分布。
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