技术领域
[0001] 本
发明涉及
风力发电设备技术领域，特别涉及一种用于风力
发电机组的叶片。本发明还涉及一种包括上述叶片的
风力发电机组。
背景技术
[0002] 随着世界范围内
能源危机的爆发，风力等
可再生能源得到越来越广泛地应用，从而带动了风力发电系统的发展。
[0003] 风力发电机是一种把风力资源转换为
电能的机械装置，风力发电所需要的装置称作风力发电机组(以下简称风机)，风机一般包括风轮、发电机和塔筒三部分；其中，风轮主要包括
轮毂和叶片，当风吹向叶片时，叶片上产生
气动力驱动风轮转动。
[0004] 请参考图1，图1为一种典型的叶片表面
边界层分离时的表面流场图。
[0005] 气流的流动方向是从叶片的前缘至
后缘的方向，叶片1上气流速度较大、压力较小的一面为气动面12，气流速度较小、压力较大的一面为压力面，压力面与气动面12相背离。将叶片横向剖开形成的横截面称为
翼型，气流从翼型的前缘流向后缘，变截面叶片具有多个翼型。在叶片1的同一翼型上，气动面12的气流速度大于压力面11的气流速度，根据伯努利原理可知压力面11的压力大于气动面12，总的压力方向从压力面11指向气动面12，形成升力，翼型对气体流动产生的阻碍作用形成的力也就是翼型的阻力。
[0006] 如图1所示，气流在气动面上从前缘流向后缘的过程一般包括
加速阶段和减速阶段。在气流的加速阶段，由于翼型的形状改变而对气流形成
挤压，使得气流在加速阶段的速度增加，正向(文中正向是指从前缘指向后缘的方向)压力逐步下降；在气流的加速阶段，气流的正向压力大于其反向(文中反向是指从后缘指向前缘的方向)压力，总的压力方向是朝向后缘的，气流得以正向流动。当正向压力下降至最小值后，反向压力大于正向压力，总的压力方向是朝向前缘的，气流的正向流动速度下降，气流进入减速阶段。在减速阶段，气流的正向压力仍不断下降，正向速度逐渐降低，当气流的正向速度下降到其
动能不足以维持气流的正向流动时，气流在边界层的
位置出现逆流，气流的逆流会把边界层向上层排挤，使边界层从翼型表面分离出去，造成
边界层分离现象。
[0007] 边界层分离会在分离处产生
流体回流，加剧了流体间以及流体与翼型间的碰撞摩擦，从而增加了翼型的阻力，大幅降低翼型的升力，导致叶片1表面的升力和阻力的比值(即
升阻比)大幅降低，影响叶片1的转动，进而严重影响了风机的工作效率。
[0008] 在风机的实际工作过程中，一般通过调整风力机的变桨和
偏航系统来改变气流在翼型上的入流位置，从而改变气流的入流方向与翼型弦线的夹
角(即
攻角)，进而增加压力的正向分量和速度的正向分量，以便推迟或者消除叶片的边界层分离。但是，风场内的风速风向变化较快，且不可控，风机偏航和变桨系统中又存在很多较重的活动件，频繁地使用偏航和变桨系统会加剧风机的磨损，影响风机的使用寿命；同时，系统响应过快也容易造成偏航和变桨系统的疲劳破坏，增加风机的磨损，而系统响应过慢又无法及时对将要发生的边界层分离现象做出反应，从而影响风机对
风能的利用率。
[0009] 因此，如何在避免频繁使用偏航和变桨系统的条件下，实现风机对即将发生的边界层分离现象做出及时反应，当风工况发生变化时，推迟或者避免边界层分离现象的出现，就成为本领域技术人员亟须解决的问题。
发明内容
[0010] 本发明的目的是提供一种用于风力发电机组的叶片，该叶片上开设有连通穿过气动面的通道，且通道的出气口位于空腔内，出气口处设置有抽气装置，当气动面上空气的压力下降时，抽气装置启动，将气动面上滞止的气流抽到空腔内，后续压力较大的气流得以及时补充，从而推迟或者避免了边界层分离现象的出现，有效地提高了叶片表面的升阻比，进而提高了风机的工作效率。本发明的另一目的是提供一种包括上述叶片的风力发电机组。
[0011] 为解决上述技术问题，本发明提供一种用于风力发电机组的叶片，为内有空腔的壳体，所述叶片包括气动面和与所述气动面相反的压力面，还包括穿过所述气动面的通道，以及安装于所述通道内的抽气装置；所述通道的进气口位于所述壳体外，其出气口位于所述壳体的空腔内，所述抽气装置安装于所述通道的靠近所述出气口的一侧。
[0012] 优选地，所述进气口设置于所述通道的进气段的末端，所述进气段的轴线方向与所述气动面在进气点处的切线方向的前缘夹角大于或等于0°，且小于90°。
[0013] 优选地，所述进气段的轴线方向与所述气动面在进气点处相切。
[0014] 优选地，所述通道的数目有多个，各所述通道相互独立。
[0015] 优选地，各所述通道在所述叶片的径向上连通。
[0016] 优选地，各所述通道均开设于所述叶片的叶尖部分。
[0017] 优选地，还包括控制装置，所述控制装置根据预定策略控制所述抽气装置的开启或者关闭。
[0018] 优选地，所述控制装置包括检测元件和控制元件；
[0019] 所述预定策略为：所述检测元件检测所述风力发电机组的运行参数，并将所述运行参数传输至控制元件；所述控制元件将接收到的运行参数与预定参数相比较，当接收到的运行参数与所述预定参数相匹配时控制所述抽气装置开启。
[0020] 优选地，所述空腔内开设有管道，所述管道的一端与所述出气口连通，其另一端位于所述风力发电机组的变桨系统。
[0021] 本发明还提供一种风力发电机组，包括塔筒、风轮及安装于所述风轮上的叶片，所述叶片为如上所述的叶片。
[0022] 本发明所提供的风力发电机组的叶片，该叶片为内有空腔的壳体，叶片包括气动面和压力面，其中气动面上的压力小于压力面上的压力，压力面与气动面相反；该叶片还包括通道和抽气装置，其中，通道穿过气动面，抽气装置安装于通道内，通道的进气口位于壳体外，与大气连通，通道的出气口位于壳体的空腔内，抽气装置安装于通道的靠近出气口的一侧。
[0023] 当气动面通道进气口处的气流压力下降至濒临极限值时，启动抽气装置，将气动面上压力较低的气体通过通道吸入叶片的空腔内，以便后续压力较大的气流能够及时补充上来，从而推迟或者避免了边界层分离现象的出现，有效地提高了叶片表面的升阻比，进而提高了风机的工作效率。
[0024] 在一种具体实施方式中，本发明所提供的通道的数目可以有多个，各通道分别开设于多个翼型上；由于随着风工况的变化，叶片上容易产生边界层分离的位置会发生变化，设置多个通道4能够适应各种风工况，扩大了叶片的适用范围。
[0025] 在另一种具体实施方式中，本发明所提供的叶片，其空腔内可以开设有管道，管道的一端与通道的出气口连通，其另一端位于风力发电机组的变桨系统；这样，经过抽气装置抽走的空气，可以经过设置在空腔内的管道进入风机的变桨系统，作为变桨系统的冷却介质，并在冷却变桨电机等设备后排入大气，从而提高了气流的利用率。
附图说明
[0026] 图1为一种典型的叶片表面边界层分离时的表面流场图；
[0027] 图2为本发明所提供的叶片的表面流场图；
[0028] 图3为本发明所提供的叶片一种具体实施方式的立体图；
[0029] 图4为图3所示叶片的剖视图；
[0030] 图5为本发明所提供的控制装置一种具体实施方式的原理图。
具体实施方式
[0031] 本发明的核心是提供一种用于风力发电机组的叶片，该叶片上开设有连通穿过气动面的通道，且通道的出气口位于空腔内，出气口处设置有抽气装置，当气动面上空气的压力下降时，抽气装置启动，将气动面上滞止的气流抽到空腔内，后续压力较大的气流得以及时补充，从而推迟或者避免了边界层分离现象的出现，有效地提高了叶片表面的升阻比，进而提高了风机的工作效率。本发明的另一核心是提供一种包括上述叶片的风力发电机组。
[0032] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
[0033] 请参考图2、图3和图4；图2为本发明所提供的叶片的表面流场图；图3为本发明所提供的叶片一种具体实施方式的立体图；图4为图3所示叶片的剖视图。
[0034] 本发明提供的叶片用于风力发电机组，该风力发电机组包括
机舱、
支撑机舱的塔筒和安装于机舱上的叶片，叶片的个数可以为一片、两片，也可以为三片或者更多片，周向均匀地安装于叶片轮毂上，并能够随风运动，叶片的个数应根据实际的工作状况和发电要求确定，在此不做限定。本发明所提供的叶片为内有空腔的壳体3，叶片包括表面气流速度较高、压力较小的气动面32和表面气流速度较低、压力较大的压力面31，压力面31与气动面32相反，气动面32和压力面31均由壳体3的外表面形成；该叶片还包括通道4和抽气装置2，其中通道4穿过气动面32，抽气装置2安装于通道4内，通道4的进气口位于壳体3外，其出气口位于壳体3的空腔内，抽气装置2安装于通道4的靠近出气口的一侧。
[0035] 壳体3的材料可以为本领域中常规使用的各种金属材料或者
复合材料，叶片长期处于强风的作用下，且在野外工作环境中，因此，需要壳体3的材料具有较强的
耐磨性和耐
腐蚀性能。
[0036] 上述通道4的进气口的设置形式能够满足进气方向与气动面32在进气点处的切线方向的前缘夹角大于或等于0°，且小于90°，从结构上来讲，进气口为进气段的末端，进气段的轴线方向与进气点处的切线方向的前缘夹角大于或等于0°，且小于90°，以便保证更多的气流进入通道4中。
[0037] 优选地，通道4的进气方向与气动面32在进气点处的切线方向的前缘夹角等于0°，也就是进气方向与气动面32相切，进气段的轴线方向与气动面相切。这样，使得气流更加方便地进入到通道4内，降低了气流的
能量损失。
[0038] 通道4的进气方向也不局限于与气动面32相切，从理论上来讲，只要能够实现气流的通过，且确保气流顺利进入到通道4即可，例如进气口的进气方向也可以与气动面32的切线具有适当的前缘夹角。
[0039] 文中所述进气点是指气流的轴线与气动面32的交点。
[0040] 需要指出的是，文中所述前缘是指翼型上气流流入的一侧，而后缘是指该翼型上气流流出的一侧。文中提到的前缘夹角是指，气流方向与翼型表面的相应切线在朝向前缘方向的夹角。
[0041] 上述进气口可以开设于气动面32，也就是将进气口直接开设于形成气动面32的壳体3上；这样，无需另外设置零件将进气口安装在气动面32上，从而简化了通道4的开设过程。
[0042] 进气口也不局限于直接开设在气动面32上，也可以仅在气动面32上开设连接孔，另外设置连接管，令连接管的出口形成上述进气口。
[0043] 上述叶片的空腔内可以开设有管道5，管道5的一端与所述出气口连通，其另一端位于所述风力发电机组的变桨系统；这样，经过抽气装置2抽走的空气，可以经过设置在空腔内的管道5进入风机的变桨系统，作为变桨系统的冷却介质，并在冷却变桨电机等设备后排入大气，从而提高了气流的利用率，节约了能源。
[0044] 当气动面32上通道4的进气口处的气流压力下降至濒临极限值时，启动抽气装置2，将气动面32上压力较低的气体通过通道4吸入叶片的空腔内，以便后续压力较大的气流能够及时补充上来，从而推迟或者避免了边界层分离现象的出现，有效地提高了叶片表面的升阻比，进而提高了风机的工作效率。
[0045] 还可以对本发明所提供的风力发电机组的叶片进行进一步的改进。
[0046] 请继续参考图3和图4；在一种具体实施方式中，本发明所提供的通道4的数目可以有多个，各通道4分别开设于叶片的多个翼型上；由于随着风工况的变化，叶片上容易产生边界层分离的位置会发生变化，设置多个通道4能够适应各种风工况，扩大了叶片的适用范围。
[0047] 通道4的数目可以根据使用情况灵活确定，具体数目在此不做限定。
[0048] 在同一个翼型上也可以开设多个通道4，这些通道4沿翼型的弦线方向设置，各通道4之间独立、不相导通、不相干扰。
[0049] 在设在不同翼型上的通道4之间可以是相互独立的，也可以将这些通道4沿叶片的径向相互连通，也就是将处在不同翼型上的多个孔形通道4连通形成一个长条的缝，这样，在加工时无需在各个翼型上分别开孔，只需在叶片上加工长条的缝即可，从而降低了加工难度。
[0050] 叶片的叶尖部分更容易发生边界层分离，因此，各通道4可以均开设于叶片的靠近叶尖的部分；也可以部分通道4开设于叶尖部分。
[0051] 在上述具体实施方式的
基础上，还可以对本发明所提供的风力发电机组的叶片进行进一步的改进。
[0052] 在上述具体实施方式的基础上，还可以对本发明所提供的叶片进行进一步的改进。
[0053] 请参考图5，图5为本发明所提供的控制装置一种具体实施方式的原理图。
[0054] 在另一种具体实施方式中，本发明所提供的叶片还包括控制装置，该控制装置根据预定策略控制所述抽气装置2的开启或者关闭，这样，通过自动控制的方式实现抽气装置2的开启或者关闭，无需人工控制抽气装置2的动作，降低了工作人员的劳动强度，且提高了抽气装置2的控制
精度。
[0055] 显然地，抽气装置2的开启或者关闭也不局限于通过控制装置自动控制，也可以手动控制。
[0056] 上述控制系统包括检测元件61和控制元件62；所述预定策略为：所述检测元件61检测所述风力发电机组的运行参数，并将所述运行参数传输至控制元件62；所述控制元件62将接收到的运行参数与预定参数相比较，当接收到的运行参数与所述预定参数相匹配时控制所述抽气装置2开启。控制装置的控制
信号来源于风机的运行参数，如：风速、桨距角、风轮转速等。通过计算或者计算机模拟，得到边界层分离与来流风速、桨距角和风轮转速等风机运行参数的关系。由这些参数之间的关系编制
控制器，以控制抽气装置2的开启与边界层分离的关系，达到主动控制边界层分离的目的。
[0057] 风机在正常运行过程中，风机的运行会因为外部工况的变化而进入“边界层分离”状态。可以通过风机运行参数计算确定是否叶片进入了“边界层分离”状态。当风机上的检测设备检测到风机目前的运行参数，并计算得知风机进入了“边界层分离”状态，则增加气流通道4的边界层控制系统启动。装在气流通道4上的抽气装置2开启，让气动面32上压力较低的空气在抽气装置2的作用下从气动面32流至通道4内，以便后续大压力气流得到及时补充，从而推迟或消除边界层分离。
[0058] 除了上述叶片，本发明还提供一种包括上述叶片的风力发电机组，该风力发电机组的其他各部分结构请参考
现有技术，在此不再赘述。
[0059] 以上对本发明所提供的一种风力发电机组及其叶片进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上
实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明
权利要求的保护范围内。
