风力机叶片及其表面失速测量装置的制作方法

1.本实用新型涉及风力发电装置领域，具体为一种风力机叶片及其表面失速测量装置。


背景技术：

2.近年来，风能作为一种大规模商业化清洁的可再生能源，已经受到各国的广泛关注，随着我国风电行业快速发展，风力机叶片不断的大型化，风电叶片的是风力机捕获风能的核心部件，其运行状态直接关系到风能的利用效率。
3.风电叶片运行过程中受周围环境的影响，常常处于剪切、变桨、偏航等状态，从而使叶片处于失速状态。当来流风速与叶片弦向方向的夹角低于某个临界值时，叶片的升力系数会随着夹角的增大而增大；当来流风速与叶片弦向方向的夹角超过某个临界值时，升力系数随着夹角的增大而减小，从而造成叶片失速。当叶片处于失速状态下，叶片表面的气流分离导致强烈扰动，从而造成发电效率降低，还可能对叶片造成损伤或安全事故。
4.在现阶段，一般简单的通过功率曲线对比(对实际功率曲线和设计功率曲线进行比较)的方式来判断叶片是否处于失速状态。然而，由于叶片表面可能出现污染物，或者存在工艺缺陷和设计缺陷，再或者受环境(低密度、高温、低温)等因素的影响，将会对叶片的运行状态形成误判。
5.因此，有必要提供一种设置于风叶的装置，用于正确判断风叶是否处于失速状态，从而能够对应调整风叶的运行状态。


技术实现要素：

6.本实用新型提供了一种风力机叶片及其表面失速测量装置，该表面失速测量装置用于正确判断风叶是否处于失速状态，从而能够对应调整风叶的运行状态。
7.为实现上述目的和其他相关目的，本实用新型提供了一种风力机叶片表面失速测量装置，所述装置设置于所述风力机叶片的内壁，并且靠近所述风力机叶片的后缘，所述风力机叶片上开设有与所述装置相配合的第一通孔和第二通孔，所述第一通孔和所述第二通孔的连线不与所述风力机叶片的弦长方向垂直；
8.所述装置包括第一毕托管、第二毕托管和测压仪，所述第一毕托管的一端连接所述第一通孔，另一端连接所述测压仪，所述第二毕托管的一端连接所述第二通孔，另一端连接所述测压仪，所述风力机叶片转动时，所述测压仪用于测量所述风力机叶片表面在所述第一通孔处与所述第二通孔处的压力差。
9.优选地，所述测压仪与风力机的主控系统通讯连接，所述主控系统用于根据所述测压仪的测量结果判断所述风力机叶片是否处于额定工况运行。
10.优选地，所述装置与所述风力机叶片的前缘之间的距离为所述风力机叶片弦长的70％-80％。
11.优选地，所述第一通孔与所述第二通孔的连线均形成在所述风力机叶片的吸力
面。
12.优选地，所述第一通孔与所述第二通孔之间的距离为所述风力机叶片弦长的8％-12％。
13.优选地，所述第一毕托管和所述第二毕托管的形状均为l型。
14.优选地，所述第一毕托管和所述第二毕托管通过结构胶粘接在所述风力机叶片的内壁上。
15.优选地，所述第一通孔和所述第二通孔的孔径为4mm-7mm。
16.基于同一发明构想，本实用新型还提供了一种风力机叶片，包括上述任一项风力机叶片表面失速测量装置。
17.综上所述，本实用新型提供了一种风力机叶片及其表面失速测量装置，该表面失速测量装置可有效的检测叶片表面失速状态，并反馈给主控系统进行风机叶片运行状态的调节，对风机叶片进行变桨，使叶片长期处于一个较优工况下运行，从而改良了叶片的气动性能，可以有效提供风电机组的输出功率和增大叶片的风能利用效率；其次，有效的降低了叶片损伤，保护叶片，延长了叶片的使用寿命。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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。
19.图1为本实用新型一实施例提供的风力机叶片表面失速测量装置示意图。
20.图2为本实用新型一实施例提供的风力机叶片表面开孔示意图。
21.其中附图标记说明如下：
22.10-风力机叶片；
23.11-第一通孔；
24.12-第二通孔；
25.13-弦；
26.21-第一毕托管；
27.22-第二毕托管；
28.30-测压仪。
具体实施方式
29.以下结合附图1和图2和具体实施方式对本实用新型提出的风力机叶片及其表面失速测量装置作进一步详细说明。根据下面说明，本实用新型的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施方式的目的。为了使本实用新型的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实
用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
30.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“包括一个
……”
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。
31.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
32.参阅图1，本实用新型一实施例提供了一种测风力机表面失速的装置，设置于风力机叶片10的内壁上，该装置包括两个毕托管，即第一毕托管21和第二毕托管22，以及一个测压仪30，毕托管是一种借测量流体总压力与静压力之差值来计算流速的仪器。为与之配套，风力机叶片10上设置有两个靠近其后缘的测压孔，即第一通孔11和第二通孔12，第一毕托管21的一端连接第一通孔11，另一端连接测压仪30，第二毕托管22的一端连接第二通孔12，另一端连接测压仪30。
33.具体实施的时候，该装置基于如下原理：
34.当风力机叶片10处于额定工况下运行时，风力机叶片10表面流体会在其表面形成边界层，此时风力机叶片10的后缘处不会出现分离涡，由于边界层中逆压梯度的作用，从而会使得风力机叶片10的表面在不同位置处形成压力差，即第一通孔11和第二通孔12处将会产生压力差，第一通孔11处的压力通过第一毕托管21传递给测压仪30，第二通孔12处的压力通过第二毕托管22传递给测压仪30，由此，测压仪30可测得风力机叶片10表面在第一通孔11和第二通孔12处的压力差；
35.当风力机叶片10在非额定工况下运行时，风力机叶片10表面流体会在后缘处发生流动分离，将会在后缘形成分离涡，分离涡随着攻角增大沿着弦13从后缘延伸至前缘，当分离涡延伸至位于超过第一通孔11的位置时，逆压梯度将会消失，测压仪30的数值显示为零。
36.所述测压仪30可与风力机的主控系统通讯连接，将测量结果反馈给主控系统，所述主控系统可根据所述测压仪的测量结果判断所述风力机叶片10是否处于额定工况运行，即，当测量结果不为0时，判断所述风力机叶片10处于额定工况运行，当测量结果为0时，判断所述风力机叶片10处于非额定工况运行。若判断出风力机叶片10处于非额定工况运行，所述主控系统需要对风力机叶片10实行变桨，使其处于额定工况下。
37.通过将测压仪30与主控系统连接，使得主控系统可根据该装置的反馈进行风力机叶片10运行状态的调节，对风力机叶片10进行变桨，使风力机叶片10长期处于一个较优工况下运行，从而改良了风力机叶片10的气动性能，可以有效提供风电机组的输出功率和增大叶片的风能利用效率。
38.在本实施例中，测压仪30可以与风力机叶片10的主控系统之间采用通讯连接，优选采用无线通讯连接的方式，可以避免采用线路连接需要在风力机叶片10内部增加线路的问题，是一种更加便利的设置方式。
39.在本实施例中，为了使得该装置能够尽早的感知分离涡的产生，并传递给主控系统，进行主控系统的调节，该装置一般设置在靠近风力机叶片10后缘的位置上，测压仪30与风力机叶片10的前缘之间的距离一般为风力机叶片10弦长的70％-80％，也不必过于靠近，因为微小的分离涡不需要进行变桨调节。
40.在本实施例中，第一通孔11和第二通孔12需要有高度差，才能产生压力差被测压仪30测得，因此，所述第一通孔11和所述第二通孔12的连线不与所述风力机叶片10的弦长方向垂直。优选地，如图2所示，第一通孔11和第二通孔12均形成在所述风力机叶片10的吸力面。
41.在本实施例中，第一通孔11和第二通孔12的距离应该设置在合理的范围内，第一通孔11和第二通孔12之间的距离不可过大，否则影响对分离涡的感知，也不可过小，否则压力差显示不明显，第一通孔11与第二通孔12之间的距离一般设置为风力机叶片10弦长的10％。
42.在本实施例中，第一毕托管21和第二毕托管22的形状一般均为l型，如图1所示，l型的设置可以使得第一毕托管21和第二毕托管22在连接第一通孔11和第二通孔12的同时更好地交汇连接测压仪30。并且，第一毕托管21和第二毕托管22一般通过结构胶粘接在风力机叶片10的内壁上，防止风力机叶片10在运行过程中震动对该装置造成损害。此外，第一通孔11和第二通孔12的孔径一般设置为5mm。
43.基于同一实用新型构想，本实用新型还提供了一种风力机叶片，包括上文所述的风力机叶片表面失速测量装置。该风力机叶片在靠近后缘的位置开设有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔和所述第二通孔的连线不与所述风力机叶片的弦长方向垂直，所述表面失速测量装置设置于所述风力机叶片的内壁，其两个毕托管分别连接第一通孔和第二通孔。
44.该风力机叶片在运行时，通过所述表面失速测量装置测量所述风力机叶片表面在所述第一通孔处与所述第二通孔处的压力差，其测量结果可用于判断叶片是否处于失速状态。进而，所述测量结果可反馈给主控系统，主控系统能够根据表面失速测量装置的实时反馈进行变桨调节，使得该风力机叶片能够一直保持一个较优工况运行。
45.本实用新型的优点在于提供了一种风力机叶片及其表面失速测量装置，该表面失速测量装置可有效的检测叶片表面失速状态，并反馈给主控系统进行风机叶片运行状态的调节，对风机叶片进行变桨，使叶片长期处于一个较优工况下运行，从而改良了叶片的气动性能，可以有效提供风电机组的输出功率和增大叶片的风能利用效率；其次，有效的降低了叶片损伤，保护叶片，延长了叶片的使用寿命。
46.尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

技术特征：
1.一种风力机叶片表面失速测量装置，其特征在于，所述装置设置于所述风力机叶片的内壁，并且靠近所述风力机叶片的后缘，所述风力机叶片上开设有与所述装置相配合的第一通孔和第二通孔，所述第一通孔和所述第二通孔的连线不与所述风力机叶片的弦长方向垂直；所述装置包括第一毕托管、第二毕托管和测压仪，所述第一毕托管的一端连接所述第一通孔，另一端连接所述测压仪，所述第二毕托管的一端连接所述第二通孔，另一端连接所述测压仪，所述风力机叶片转动时，所述测压仪用于测量所述风力机叶片表面在所述第一通孔处与所述第二通孔处的压力差。2.如权利要求1所述的风力机叶片表面失速测量装置，其特征在于，所述测压仪与风力机的主控系统通讯连接，所述主控系统用于根据所述测压仪的测量结果判断所述风力机叶片是否处于额定工况运行。3.如权利要求1所述的风力机叶片表面失速测量装置，其特征在于，所述装置与所述风力机叶片的前缘之间的距离为所述风力机叶片弦长的70％-80％。4.如权利要求1所述的风力机叶片表面失速测量装置，其特征在于，所述第一通孔与所述第二通孔均形成在所述风力机叶片的吸力面。5.如权利要求4所述的风力机叶片表面失速测量装置，其特征在于，所述第一通孔与所述第二通孔之间的距离为所述风力机叶片弦长的8％-12％。6.如权利要求1所述的风力机叶片表面失速测量装置，其特征在于，所述第一毕托管和所述第二毕托管的形状均为l型。7.如权利要求1所述的风力机叶片表面失速测量装置，其特征在于，所述第一毕托管和所述第二毕托管通过结构胶粘接在所述风力机叶片的内壁上。8.如权利要求1所述的风力机叶片表面失速测量装置，其特征在于，所述第一通孔和所述第二通孔的孔径为4mm-7mm。9.一种风力机叶片，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项风力机叶片表面失速测量装置。

技术总结
本实用新型提供了一种风力机叶片表面失速测量装置，所述装置设置于所述风力机叶片的内壁，并且靠近所述风力机叶片的后缘，所述风力机叶片上开设有与所述装置相配合的第一通孔和第二通孔，所述第一通孔和所述第二通孔从所述风力机叶片的前缘到后缘前后分布；所述装置包括第一毕托管、第二毕托管和测压仪，所述第一毕托管的一端连接所述第一通孔，另一端连接所述测压仪，所述第二毕托管的一端连接所述第二通孔，另一端连接所述测压仪，所述风力机叶片转动时，所述测压仪用于测量所述风力机叶片表面在所述第一通孔处与所述第二通孔处的压力差。该表面失速测量装置用于正确判断风叶是否处于失速状态，从而能够对应调整风叶的运行状态。行状态。行状态。


技术研发人员：余海洋 徐浩然
受保护的技术使用者：上海电气风电集团股份有限公司
技术研发日：2021.09.24
技术公布日：2022/1/28