專(zhuān)利名稱(chēng)：裝有噴氣襟翼翼型葉片的風(fēng)力機(jī)葉輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種裝有噴氣襟翼翼型葉片的風(fēng)力機(jī)葉輪，確切地說(shuō) 是一種水平軸風(fēng)力機(jī)的葉片上具有射流產(chǎn)生的襟翼，屬于風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)、制 造和應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
幾十年來(lái)，人們一直在追求如何更多地提高風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用效率，US4197053提出了 一種從空心輪轂前方被動(dòng)進(jìn)氣，再?gòu)娜~片尾緣噴氣的方 案，它降低了風(fēng)力機(jī)的起動(dòng)風(fēng)速，從而擴(kuò)大了風(fēng)力機(jī)的工作范圍。CN03134065. 2則大大拓寬了上述技術(shù)的應(yīng)用范圍，它考慮了工程需 要，將葉片上的噴氣孔開(kāi)在壓力面上，而且噴氣方向?yàn)槿~輪旋轉(zhuǎn)的切線方 向，即所謂"推力型工作原理"，實(shí)驗(yàn)結(jié)茱證明，由于葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離 心力的加功，使得噴氣速度大大增加，對(duì)葉片所產(chǎn)生的推力大大增加，因 而風(fēng)力機(jī)的輸出功率顯著增加，這不僅降低了風(fēng)力機(jī)的起動(dòng)風(fēng)速，擴(kuò)大了 風(fēng)力機(jī)的有效工作范圍，而且在風(fēng)力機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下明顯提高了其做 功能力，而這才是決定風(fēng)力機(jī)輸出功率大小的關(guān)鍵時(shí)段；但是在實(shí)施這一 技術(shù)時(shí)也存在一些問(wèn)題，例如在設(shè)計(jì)狀態(tài)下，安裝角接近0度，葉片的噴 氣方向幾乎是在葉輪的旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)，即接近切向的，噴氣的效果好，但是 如在變槳距情況下，槳距角的些微改變都會(huì)影響葉片上相對(duì)于旋轉(zhuǎn)平面的 噴氣方向，這顯然會(huì)影響風(fēng)力機(jī)的性能發(fā)揮。風(fēng)力機(jī)做功的關(guān)鍵部件是葉片，而葉片氣動(dòng)性能的好壞直接取決于翼 型的性能；翼型彎度對(duì)其氣動(dòng)性能有很大的影響，有許多種方法可以對(duì)傳統(tǒng)翼型的彎度進(jìn)行修改；自20世紀(jì)70年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)格尼(Gurney) 襟翼進(jìn)行了大量研究，取得了一些好的結(jié)果。所謂Gurney襟翼，即在翼 型尾緣沿葉片展向加裝一塊適當(dāng)高度的小平板；研究表明，適當(dāng)高度的襟 翼，例如高度為2%翼型弦長(zhǎng)的襟翼可以明顯提髙其氣動(dòng)性能，實(shí)際上 Gurney襟翼有效地改變了翼型吸力面和壓力面上的壓力分布，增加了翼 型的有效彎度，因而增加了繞流翼型的環(huán)量，明顯提高了翼型的升力系數(shù)， 并且在高度適當(dāng)時(shí)，會(huì)使其升阻比有所提高。但是對(duì)于尾緣的理論厚度為 O的葉片，這種技術(shù)實(shí)施起來(lái)并不容易，例如Gurney襟翼在與翼型的連 接時(shí)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度就會(huì)帶來(lái)新問(wèn)題；并且Gurney襟翼明顯阻礙了壓力面上 的氣流流動(dòng)，因此在升力增加的同時(shí)，其阻力可能會(huì)有更大的增加；另外 一個(gè)重要的問(wèn)題還在于它不易控制，因此就出現(xiàn)了用一股與葉片表面成一 定角度的噴氣代替襟翼的方法，這就是噴氣襟翼。噴氣襟翼產(chǎn)生的效果與 噴氣在翼型弦線的位置，噴氣的方向以及噴氣量的大小有關(guān)；由于噴氣量 是可以控制的，因此比Gurney襟翼的效果更好，噴氣量的大小則由產(chǎn)生 噴氣的氣源來(lái)控制；通常的氣源則是一臺(tái)風(fēng)機(jī)，當(dāng)然這需要消耗額外的能 量。Gurney襟翼技術(shù)通?？捎糜陲w機(jī)機(jī)翼，直升機(jī)及旋轉(zhuǎn)葉輪機(jī)械上， 但是所有這些應(yīng)用(如果有的話)，都是通過(guò)一臺(tái)專(zhuān)用的風(fēng)機(jī)供氣，即都 是主動(dòng)噴氣，需要消耗額外的能量。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，通過(guò)被動(dòng)噴氣襟翼的氣體動(dòng)力學(xué)方法增大翼型的彎度，提高翼型的空氣動(dòng)力學(xué)性能，從而顯著提高 風(fēng)力機(jī)的性能而無(wú)須消耗額外的能量。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型釆用下述技術(shù)方案裝有噴氣襟翼翼型 葉片的風(fēng)力機(jī)葉輪，包括空心葉片(10 )和空心輪轂(11 ),空心葉片(10 ) 上設(shè)有噴氣孔(16)。所述噴氣孔(16)的中心線與翼型弦長(zhǎng)(23)之間 的夾角在15。
~90°之間。當(dāng)風(fēng)力機(jī)工作時(shí)，前方的風(fēng)(1)從輪轂上的孔(12)進(jìn)入，并通過(guò)輪轂周壁上的孔(9)進(jìn)入葉片中的孔(13)，再?gòu)拟g尾緣(18)或壓力面(15)上的噴氣孔(16)噴出。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是比葉片尾緣切向噴氣的方法實(shí)施更方便，效果 更穩(wěn)定；比通常的各種襟翼方法，葉片的重量減輕，結(jié)構(gòu)更牢固；風(fēng)力機(jī) 的風(fēng)能利用系數(shù)大大提高，使得發(fā)電成本降低；同時(shí)噴氣襟翼方法也是可根據(jù)需要進(jìn)行控制的。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例。 圖3為本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例。 圖4為圖2的局部放大示意圖。 圖5為圖3的局部放大示意圖。圖8為本實(shí)用新型的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線。 圖9為本實(shí)用新型的工作原理圖。
具體實(shí)施方式
參照?qǐng)Dl和9，本實(shí)用新型中的風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪由葉片lO和輪轂ll組成， 其中葉片10和輪轂11都是空心的，葉片IO有吸力面H和壓力面15， 壓力面15的尾緣附近有一排噴氣孔16。當(dāng)風(fēng)力機(jī)工作時(shí)，前方的風(fēng)l從 輪轂上的孔12進(jìn)入，并通過(guò)輪轂周壁上的孔9進(jìn)入葉片中的孔13,再?gòu)?壓力面的噴氣孔16噴出。噴氣孔可以只分布在葉片壓力面15上的葉尖區(qū) 域、或葉片中部，或根部區(qū)域，也可分布在葉片尖部、中部或根部三者中 的任意兩個(gè)區(qū)域；也可分布在整個(gè)葉片壓力面15上，從葉片根部到葉片 尖部。參照?qǐng)D2，這是本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，葉片10裝在輪轂11上， 輪轂11周壁上有孔9與葉片上的孔13相通；葉片有前緣17和尾緣18, 尾緣可以是尖的，也可以是鈍的；在其尾緣或其附近的壓力面一側(cè)有一排 噴氣孔16。參照?qǐng)D3，這是本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例，葉片100裝在輪轂110 上，輪轂110是空心的，其上有孔120，而周壁上有孔90與葉片上的孔 130相通；葉片有前緣170和尾緣180，尾緣可以是尖的，也可以是鈍的； 在其尾緣或其附近壓力面一側(cè)有一排噴氣孔160。實(shí)際上，噴氣孔的形狀 可以根據(jù)具體應(yīng)用采取不同的形狀，如橢圓形的等。參照?qǐng)D4，這是圖2的局部放大圖，葉片10有前緣17,尾緣1S,尾緣可以是尖的，也可以是鈍的；前緣17與尾緣18之間的距離為23 (簡(jiǎn) 稱(chēng)翼型的弦長(zhǎng)C);葉片是空心的，有通氣孔13;葉片壓力面靠近尾緣處 有一排矩形噴氣孔16，其中心線距前緣17的距離為22;通氣孔13與噴 氣孔16相通(圖中未示出)；矩形噴氣孔的長(zhǎng)度為20,寬度為21, 二矩 形噴氣孔之間距離為19;矩形噴氣孔16距前緣17的距離22為翼型的弦 長(zhǎng)(的80%~100% (100%對(duì)應(yīng)于鈍尾緣的情況)，最好在95%左右； 矩形噴氣孔的寬度21為翼型弦長(zhǎng)C的0. 1% ~5. 0%;矩形噴氣孔的長(zhǎng)度 20與寬度21之比為1. 0~ 10. 0;相鄰矩形噴氣孔之間的距離19與噴氣孔 的寬度比為0.3-10。
參照?qǐng)D5，這是圖3的局部放大圖，葉片100有前緣170，尾緣180, 尾緣可以是尖的，也可以是鈍的；前緣170與尾緣180之間的距離為230 (簡(jiǎn)稱(chēng)翼型的弦長(zhǎng)C);葉片是空心的，有通氣孔130;葉片壓力面靠近尾 緣處有一排圓形噴氣孔160，其中心線距前緣170的距離為220;通氣孔 130與噴氣孔160相通(圖中未示出)；圓形噴氣孔160的直徑為210， 相鄰二圓形噴氣孔之間距離為190;圓形噴氣孔中心線距前緣170的距離 220為翼型的弦長(zhǎng)(的80%~100%，(其中100%對(duì)應(yīng)于鈍尾緣)最好 在95%左右；圓形噴氣孔的直徑210為翼型弦長(zhǎng)C的0. 1% ~ 5. 0%;相 鄰圓形噴氣孔之間的距離190與噴氣孔直徑160之比為0. 3~ 10。
參照?qǐng)D6，這是葉片的翼型剖面示意圖。翼型剖面示意圖中有翼型的 吸力面M,壓力面l5，前緣17,尾緣18，(尾緣可以是尖的，也可以是 鈍的)通氣孔13，噴氣孔16;通氣孔13與噴氣孔16相互聯(lián)通，通氣孔 13的形狀不限，依翼型的型面形狀及葉片的強(qiáng)度要求而定，但二者之間的過(guò)渡應(yīng)是光滑的；前緣17與尾緣18之間的距離為23 (也稱(chēng)翼型的弦 長(zhǎng)C);噴氣孔16的截面形狀可以是收縮的，也可以是等截面的或擴(kuò)張 形的；噴氣孔16的中心線距前緣17的距離22為翼型弦長(zhǎng)C的80% ~ 100 % (100%對(duì)應(yīng)于鈍尾緣)；噴氣孔16的中心線與翼型弦長(zhǎng)23之間的夾角 為24，它控制了風(fēng)力機(jī)工作時(shí)這些噴氣孔的噴氣方向，該夾角24在15 ° ~90°之間。
參照?qǐng)D7，這是葉片的鈍尾緣翼型剖面示意圖。翼型剖面示意圖中有 翼型的吸力面14,壓力面l5，前緣17，尾緣18,(這里尾緣是鈍的)通 氣孔13，噴氣孔16;通氣孔13與噴氣孔16相互聯(lián)通，通氣孔13的形狀 不限，依翼型的型面形狀及葉片的強(qiáng)度要求而定，但二者之間的過(guò)渡應(yīng)是 光滑的；前緣17與鈍尾緣18之間的距離為23(也稱(chēng)翼型的弦長(zhǎng)C);噴 氣孔16的截面形狀可以是收縮的，也可以是等截面的或擴(kuò)張形的；噴氣 孔16位于鈍尾緣平面18上，距前緣17的距離22為翼型弦長(zhǎng)C的100% , 這里22與23重合；噴氣孔16的中心線與翼型弦長(zhǎng)23之間的夾角為24， 它控制了風(fēng)力機(jī)工作時(shí)這些噴氣孔的噴氣方向，該夾角24在15。 ~90。 之間。
本實(shí)用新型已經(jīng)經(jīng)過(guò)大量的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，參照?qǐng)D8可見(jiàn)，本實(shí)用新型的 風(fēng)力機(jī)模型不僅降低了對(duì)應(yīng)的原型風(fēng)力機(jī)的起動(dòng)風(fēng)速，而且顯著提高了其 輸出功率。
盡管本實(shí)用新型是針對(duì)風(fēng)力機(jī)而提出的，但是它的設(shè)計(jì)思想同樣適用 于所有的葉輪機(jī)械，如直升機(jī)旋翼的槳葉、軸流壓氣機(jī)和渦輪、螺旋槳等。
權(quán)利要求1、一種裝有噴氣襟翼翼型葉片的風(fēng)力機(jī)葉輪，包括空心葉片(10)和空心輪轂(11)，空心葉片(10)上設(shè)有噴氣孔(16)，其特征在于所述噴氣孔(16)的中心線與翼型弦長(zhǎng)(23)之間的夾角在15°～90°之間。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝有噴氣襟翼翼型葉片的風(fēng)力機(jī)葉輪，其特征在于噴氣孔(16)在葉片翼型壓力面上靠近尾緣的位置，即其中心 線離所說(shuō)翼型前緣(17)的距離為其弦長(zhǎng)C的80% ~100%。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所聲的裝有噴氣襟翼翼型葉片的風(fēng)力機(jī)葉輪，其 特征在于噴氣孔(16)在葉片的鈍尾緣翼型的尾緣平面(18)上，即其 中心線離所說(shuō)翼型前緣(17)的距離為其弦長(zhǎng)C的100%。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝有噴氣襟翼翼型葉片的風(fēng)力機(jī)葉輪，其特 征在于噴氣孔(16)的形狀可以是矩形、圓形、橢圓或菱形。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝有噴氣襟翼翼型葉片的風(fēng)力機(jī)葉輪，其特 征在于噴氣孔(16)可以分布在整個(gè)葉片上，即從葉片根部到葉片尖部， 也可以?xún)H僅分布在葉片的尖部、中部、根部或其中二者。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝有噴氣襟翼翼型葉片的風(fēng)力機(jī)葉輪，其 特征在于所述的噴氣孔(16)呈矩形，其寬度(21)在翼型弦長(zhǎng)的0. 1 %~5.0%之間，其長(zhǎng)寬比在1.0 10. 0之間。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝有噴氣襟翼翼型葉片的風(fēng)力機(jī)葉輪，其 特征在于噴氣孔(16)的相鄰二個(gè)矩形噴氣孔之間的距離(19)與噴氣 孔的寬度(2U之比在O. 3~10之間。
8、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝有噴氣襟翼翼型葉片的風(fēng)力機(jī)葉輪，其 特征在于所述的噴氣孔(16)呈圓形，其直徑(210)在翼型弦長(zhǎng)C的0.1% ~5. 0%之間；相鄰二個(gè)圓形噴氣孔之間的距離(190)與噴 氣孔(16)直徑之比在0. 3~10之間。
9、根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的裝有噴氣襟翼翼型葉片的風(fēng)力機(jī)葉輪， 其特征在于噴氣孔(16)的剖面形狀可以是收縮的，或等截面的，或擴(kuò) 張的。
專(zhuān)利摘要裝有噴氣襟翼翼型葉片的風(fēng)力機(jī)葉輪，即在葉片的翼型尾緣或尾緣附近的壓力面上，例如離前緣距離為80％～100％翼型弦長(zhǎng)處開(kāi)有一排噴氣孔，從葉尖到葉根，或者在葉片的一個(gè)選定半徑范圍內(nèi)，其噴氣方向與翼型弦線所夾角度控制在15°～90°之間，用噴氣代替常規(guī)襟翼的作用，既顯著提高了風(fēng)力機(jī)的輸出功率，降低了起動(dòng)風(fēng)速，擴(kuò)大其工作范圍，又無(wú)須消耗額外動(dòng)力，降低了發(fā)電成本；其中噴氣是由葉片的旋轉(zhuǎn)離心力抽取空心輪轂前方的風(fēng)而產(chǎn)生的。
文檔編號(hào)F03D1/06GK201116510SQ200720015729
公開(kāi)日2008年9月17日 申請(qǐng)日期2007年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月8日
發(fā)明者申振華 申請(qǐng)人:申振華