风轮组件和双风轮风电机组

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风轮组件和双风轮风电机组。

背景技术

双风轮风电机组相比于单风轮风电机组具有风能利用效率高的优点，但也具有结构复杂，造价高的缺点。为了提升双风轮风电机组的经济性，需提高其风轮转换效率，提升机组发电量，以降低双风轮机组造价提升带来的影响。

双风轮风电机组的前后风轮由于间隔近，容易产生相互影响，前风轮的尾流将增加后风轮的入流湍流度。同时，后风轮的阻挡将影响前风轮的尾流发展，从而进一步影响前风轮的气动效率。依据BEM理论，前风轮与后风轮相互影响区域，主要发生在前风轮内侧，通过前风轮外侧流体由于流管的扩张作用将不受后风轮的阻挡影响。因此，在前风轮展向的一定位置会产生较强的展向流动，造成叶片表面的流动分离，降低叶片的风能利用效率。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种风轮组件，该风轮组件具有风能转换效率高的特点。

本发明实施例的风轮组件包括机身，所述机身上设有前风轮和后风轮，所述前风轮和所述后风轮分别位于所述机身的长度方向上的两端，所述前风轮具有多个前风轮叶片，所述前风轮叶片上设有翼刀，所述翼刀沿所述前风轮叶片的从前缘到后缘的方向延伸，所述翼刀包括吸力面翼刀和压力面翼刀，所述吸力面翼刀位于所述前风轮叶片的吸力面上，所述压力面翼刀位于所述前风轮叶片的压力面上。

本发明实施例的风轮组件，通过在前风轮叶片上加装翼刀，以减少前风轮叶片的展向流动，延迟分离发生，从而提高风轮组件的风能利用效率。

在一些实施例中，所述后风轮的旋转半径为Rrr，所述前风轮和所述后风轮构成的流管的渐扩比为k，所述翼刀与所述前风轮的旋转中心之间的展向距离为L，且满足关系式：L＝Rrr/k。

在一些实施例中，所述前风轮和所述后风轮构成的流管的渐扩比为1.1～1.8。

在一些实施例中，所述翼刀的顶端与所述前风轮叶片的表面的法向距离为定值n。

在一些实施例中，所述前风轮叶片的所述翼刀安装位置的最大厚度为m，且m与n的比值为0.2～0.5。

在一些实施例中，所述翼刀的弦向长度为所述前风轮叶片的所述翼刀安装位置的截面弦线的3/4。

在一些实施例中，所述吸力面翼刀的前缘与所述压力面翼刀的前缘相接，所述吸力面翼刀的后缘位于所述前风轮叶片的前缘和后缘之间且邻近所述前风轮叶片的后缘，所述吸力面翼刀的后缘与所述前风轮叶片的吸力面平滑相接，所述压力面翼刀的后缘位于所述前风轮叶片的前缘和后缘之间且邻近所述前风轮叶片的后缘，所述压力面翼刀的后缘与所述前风轮叶片的压力面平滑相接。

在一些实施例中，所述吸力面翼刀和所述压力面翼刀的相接处设有手糊双向布。

在一些实施例中，所述翼刀包括刀座和刀体，所述刀座贴设在所述前风轮叶片的表面，所述刀体与所述刀座相连，且所述刀体垂直于所述前风轮叶片的表面。

本发明的实施例还提出一种双风轮风电机组。

本发明实施例的双风轮风电机组包括塔架和上述任一项实施例中所述的风轮组件，所述塔架与所述风轮机组的机身相连。

本发明实施例的双风轮风电机组，通过减少前风轮叶片的展向流动，从而提升风能利用效率，进而提升双风轮风电机组的性价比。

附图说明

图1是本发明实施例的双风轮风电机组的示意图。

图2是本发明实施例的前风轮叶片的示意图。

图3是图2中A-A截面的示意图。

图4是本发明实施例的后风轮叶片的示意图。

图5是本发明实施例的风轮组件的流管的示意图。

附图标记：

机身1、

前风轮2、前风轮叶片21、翼刀22、吸力面翼刀221、压力面翼刀222、

后风轮3、后风轮叶片31、

塔架4。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图描述本发明实施例的风轮组件。

如图1至图4所示，本发明实施例的风轮组件包括机身1。机身1上设有前风轮2和后风轮3，前风轮2和后风轮3分别位于机身1的长度方向上的两端，以使前风轮2和后风轮3协同捕获风能，提升风能的转换效率。

前风轮2具有多个前风轮叶片21，多个前风轮叶片21环绕前风轮2的旋转轴间隔分布。后风轮3具有多个后风轮叶片31，多个后风轮叶片31环绕后风轮3的旋转轴间隔分布。并且，前风轮叶片21的最大弦向长度小于后风轮叶片31的最大弦向长度，前风轮叶片21的展向长度大于或等于后风轮叶片31的展向长度，以提高风能捕获效果。

换言之，叶片的弦向长度指的是在叶片的横截面上从叶片的前缘至叶片的后缘的距离，叶片的展向长度指的是叶片的叶尖至叶片的叶根的距离。

可以理解的是，双风轮的风力发电机组主要是通过两个风轮的协调运行，提升风能的转换效率，但同时因为增加了叶片、传动链、电机等成本，使得机组的成本较高。

由此，前风轮叶片21上设有翼刀22，翼刀22沿前风轮叶片21的前缘至前风轮叶片21的后缘的方向延伸。也即是，在前风轮叶片21的展向位置加装沿前风轮叶片21的弦向延伸的翼刀22，减少前风轮叶片21的展向流动，延迟分离发生，从而提升本发明实施例的风轮组件的风能利用效率，进而实现提升双风轮的风力发电机组性价比的目的。

可选地，翼刀22包括吸力面翼刀221和压力面翼刀222，吸力面翼刀221位于前风轮叶片21的吸力面上，压力面翼刀222位于前风轮叶片21的压力面上。也即是，如图3所示，前风轮叶片21的上表面为压力面，前风轮叶片21的下表面为吸力面，吸力面翼刀221和压力面翼刀222分别对称设在前风轮叶片21的吸力面和压力面上。

可以理解的是，叶片的吸力面也被称为叶背，是叶片上流体流动时受到吸力作用的那一面。在流场中，吸力面的气流流管细，流速快，压强低。叶片的压力面也被称为叶盆，是叶片上流体流动时受到压力作用的那一面。在流场中，压力面的气流流管粗，流速慢，压强高。两个表面的压力差产生向上的升力，进而带动风轮旋转，将机械能转化成电能。

由此，本发明实施例的风轮组件，在前风轮叶片21的吸力面和压力面上分别加装吸力面翼刀221和压力面翼刀222，同时减少前风轮叶片21的吸力面和压力面上的展向流动，进一步提升本发明实施例的风轮组件的风能利用效率。

在一些实施例中，后风轮3的旋转半径为Rrr，前风轮2和后风轮3构成的流管的渐扩比为k，翼刀22与前风轮2的旋转中心之间的展向距离为L，且满足关系式：L＝Rrr/k。

可以理解的是，根据后风轮3的旋转半径和流管的渐扩比，计算得出前风轮2上加装翼刀22的展向位置，从而确保翼刀22加装在合适位置，以使减少前风轮叶片21的展向流动的效果达到最优。

其中，如图5所示，流管包括内流管和外流管，本发明实施例的风轮组件的翼刀22加装位置计算所用的是内流管的渐扩比。优选地，内流管的渐扩比为1.1～1.8。

在一些实施例中，翼刀22的顶端与前风轮叶片21的表面的法向距离为定值n。也即是，如图3所示，翼刀22的边缘线为曲线且与前风轮叶片21的表面平行，在确保减少前风轮叶片21的展向流动的同时，以更好地适应风流。

可选地，前风轮叶片21的翼刀安装位置的最大厚度为m，换言之，如图3所示，前风轮叶片21的翼刀安装位置在上下方向上的最大距离为m，且m与n的比值为0.2～0.5。

优选地，前风轮叶片21的最大厚度为10mm～40mm，翼刀22的顶端与前风轮叶片21的表面的法向距离为5mm～10mm，需根据具体设计工况流场情况确定。

可选地，如图3所示。翼刀22的弦向长度为前风轮叶片21的翼刀安装位置的截面弦线的3/4，且翼刀22从前风轮叶片21的前缘开始布置。也即是，翼刀22的后端位于前风轮叶片21的后缘的前侧。

可以理解的是，前风轮叶片21的展向流动在前风轮叶片21的前缘便开始发生，从而在前风轮叶片21的前缘开始布置翼刀22，及时减少前风轮叶片21的展向流动。并且，翼刀22的后端无需延伸至前风轮叶片21的后缘，翼刀22的后端在距离前风轮叶片21的后缘一定的距离时，翼刀22已经达到延迟流体分离发生的目的。由此，提高本发明实施例的风轮组件的前风轮叶片21上加装的翼刀22的合理性。

具体地，如图3所示，吸力面翼刀221的前端与压力面翼刀222的前端相接。吸力面翼刀221的后端位于前风轮叶片21的前缘和后缘之间且邻近前风轮叶片21的后缘，吸力面翼刀221的后端与前风轮叶片21的吸力面平滑相接。压力面翼刀222的后端位于前风轮叶片21的前缘和后缘之间且邻近前风轮叶片21的后缘，压力面翼刀222的后端与前风轮叶片21的压力面平滑相接。

进一步地，吸力面翼刀221和压力面翼刀222的相接处设有手糊双向布。换言之，如图3所示，翼刀22从前风轮叶片21截面前缘处分成两段(吸力面翼刀221和压力面翼刀222)，采用一层手糊双向布覆盖两段翼刀22的前缘接缝，以防止出现缝隙，扰乱气流。

在一些实施例中，吸力面翼刀221和压力面翼刀222均由刀座和刀体构成，刀座和刀体均采用玻璃纤维或碳纤维复合材料加工制造，刀体和刀座一体成型，并在外表面涂装腻子和面漆以用于防止紫外线和磨损。刀座通过结构胶贴设在前风轮叶片21的表面，在安装好后，需要对刀座边缘进行打磨和喷漆，并且，刀座的厚度控制在1mm以内，以保证前风轮叶片21表面的光滑性。刀体与刀座相连，且刀体垂直于前风轮叶片21的表面。

下面结合附图描述本发明实施例的双风轮风电机组。

本发明实施例的双风轮风电机组包括塔架4和上述任一项实施例中的风轮组件，塔架4与风轮机组的机身1相连。通过在前风轮叶片21上加装翼刀22，减少前风轮叶片21的展向流动，延迟分离发生，从而提升机组的风能利用效率，进而提升本发明实施例的双风轮风电机组的性价比。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，也可以是电连接或彼此可通讯；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，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。