一種采用等離子體激勵控制葉片表面流動的裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種采用等離子體激勵控制葉片表面流動的裝置，包括葉片以及設置于葉片上的等離子體激勵器，等離子體激勵器包括相互平行的裸露電極和覆蓋電極、絕緣電介質層和高壓高頻電源，覆蓋電極設置在葉片殼體的表面上，覆蓋電極的外表面覆蓋絕緣電介質層，覆蓋電極和裸露電極位于葉片不同的弦向位置上，覆蓋電極和裸露電極均通過導線與高壓高頻電源連接。本實用新型通過等離子體激勵器誘導產生壁面射流，利用等離子體激勵器作為環量控制的射流來源，通過誘導近壁射流向邊界層注入能量,將其貼附于翼型尾緣的上表面，以達到增強邊界層抵抗失速分離的能力，可以改變葉片任意位置處的流動，可以全方位控制葉片表面流動。
【專利說明】
一種采用等離子體激勵控制葉片表面流動的裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種風力機葉片表面流動的裝置，特別涉及到一種采用等離子體激勵控制葉片表面流動的裝置。【背景技術】
[0002]風力發電機組實際運行環境條件與仿真設計時模擬的條件存在著差異，如絕大部分風電場的空氣密度達不到設計標準空氣密度1.225kg/m3,風場的實際風速低于設計風速等，且有些風力發電機組還需運行在高海拔地區，在這些情況下，實際運行的風力發電機組容易出現功率曲線達不到設計標準，從而引起機組年發電量不理想的情況。因此，通過控制風力機葉片表面流動，可以有效改善葉片表面流動分離，減小葉片截面翼型的失速區，提高風輪葉片的捕風能力，最終達到提尚機組發電量的目標。
[0003]目前，風力發電機組風輪葉片的增功裝置主要包括主動型和被動型。被動型的增功方式主要有在葉片表面采用氣動附件，如渦流發生器，擾流板等，也有采用葉片后緣襟翼等的主動控制方式。
[0004]傳統的采用葉片表面氣動附件的方案只是針對葉片葉根部分(葉片靠近機組部分)的流動具有比較明顯的改善作用。對于后緣襟翼的流動控制方式，由于葉片在運行過程中揮舞方向的變形很大，而連接襟翼與葉片主體的鉸鏈系統很難與其協調，而負責的結構也給制造和維護帶來不便。【實用新型內容】
[0005]為克服現有葉片增功技術的缺點和不足，本實用新型旨在提供一種采用等離子體激勵控制葉片表面流動的裝置，基于介質阻擋放電型等離子體激勵器由兩個平行電極、絕緣電介質層、高壓高頻電源組成。一個位于電介質層上面的裸露電極，另一個是位于電介質層下面的覆蓋電極，當向兩個電極間施加高頻、高壓交流電時，會在激勵器上方形成一個非對稱電場，在電離周圍氣體形成一個指向掩埋電極的壁面射流，從而改變邊界層流場結構實現流動控制。
[0006]本實用新型為實現其技術目的所采取的技術方案為:
[0007]—種采用等離子體激勵控制葉片表面流動的裝置，包括葉片以及設置于所述葉片上的至少一個等離子體激勵器，其特征在于，所述等離子體激勵器包括兩個相互平行的電極、一絕緣電介質層和一高壓高頻電源，其中，所述兩個相互平行的電極中，一個電極為裸露電極，另外一個電極為覆蓋電極，所述覆蓋電極設置在葉片殼體的表面上，所述覆蓋電極的外表面覆蓋所述絕緣電介質層，所述覆蓋電極和裸露電極位于葉片不同的弦向位置上， 所述覆蓋電極和裸露電極均通過導線與所述高壓高頻電源連接。
[0008]優選地，所述覆蓋電極設置在葉片表面上，所述絕緣電介質層貼覆在覆蓋電極的外表面上，所述裸露電極設置在所述絕緣電介質層的外表面上，所述覆蓋電極與裸露電極與導線焊接，所述導線穿過葉片預留安裝孔與所述高壓高頻電源相連接。
[0009]優選地，葉片表面設置有安裝槽，所述覆蓋電極設置在所述安裝槽中，在所述覆蓋電極的外表面設置玻纖復合材料制備的絕緣電介質層，所述裸露電極設置在葉片表面上，所述覆蓋電極與裸露電極與導線焊接，所述導線穿過葉片預留安裝孔與所述高壓高頻電源相連接。
[0010]優選地，所述覆蓋電極預埋在葉片腔體靠近葉片外表面的位置，在葉片表面設置裸露電極，絕緣電介質層為葉片本體玻纖復合材料層，所述覆蓋電極與裸露電極的導線穿過葉片預留安裝孔與所述高壓高頻電源相連接。
[0011]優選地，所述等離子體激勵器為基于介質阻擋放電型等離子體激勵器。
[0012]優選地，所述高壓高頻電源與整機機艙內的電源相連接，高壓高頻電源固定在葉片腔體內或者葉片輪轂內，隨著葉片一起轉動。
[0013]優選地，所述覆蓋電極和裸露電極為銅箔、錫箔、鋁箔或不銹鋼電極。
[0014]優選地，所述葉片上安裝一個或者多個等離子激勵器，所述等離子激勵器布置于沿著葉片長度方向的任何位置，以及翼型吸力面或壓力面的任何位置。
[0015]優選地，在靠近葉根部分，將等離子激勵器布置在葉片吸力面靠近翼型前緣的位置。
[0016]優選地，在靠近葉片尖部，將等離子激勵器布置在葉片吸力面靠近翼型尾緣的位置。
[0017]同現有技術相比，本實用新型的采用等離子體激勵控制葉片表面流動的裝置具有以下顯著的技術效果:本實用新型提供的這種基于介質阻擋放電型等離子體激勵器是通過誘導產生壁面射流，利用等離子體激勵器作為環量控制的射流來源，通過誘導近壁射流向邊界層注入能量，將其貼附于翼型尾緣的上表面，以達到增強邊界層抵抗失速分離的能力。本技術方案可以改變葉片任意位置處的流動，可以全方位控制葉片表面流動，且本技術方案在實施過程中，由于無需采用運動部件，因此具有響應迅速，結構簡單易制造、維護的優勢。
【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型的采用等離子體激勵控制葉片表面流動的裝置實施例一的結構示意圖；
[0019]圖2是本實用新型的采用等離子體激勵控制葉片表面流動的裝置實施例一的局部放大圖；
[0020]圖3是本實用新型的采用等離子體激勵控制葉片表面流動的裝置實施例二的局部放大圖；
[0021]圖4是本實用新型的采用等離子體激勵控制葉片表面流動的裝置實施例三的局部放大圖；
[0022]圖5是本實用新型的采用等離子體激勵控制葉片表面流動的裝置沿葉片展向布置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合實施例對本實用新型做進一步的詳細說明，以下實施例是對本實用新型的解釋而本實用新型并不局限于以下實施例。
[0024]需要說明的是，附圖中未繪示或描述的實現方式，為所屬技術領域中普通技術人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數的示范，但應了解，參數無需確切等于相應的值，而是可在可接受的誤差容限或設計約束內近似于相應的值。此外，以下實施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明并非用來限制本發明。
[0025]實施例一
[0026]如圖1、2所示，本實用新型的采用等離子體激勵控制葉片表面流動的裝置，包括葉片以及設置于葉片上的至少一個等離子體激勵器，葉片包括葉片外蒙皮1和葉片殼體2,等離子體激勵器包括兩個相互平行的電極1-1，1-3、一絕緣電介質層1-2和一高壓高頻電源1-6,其中，兩個相互平行的電極中，一個電極為裸露電極1-3,另外一個電極為覆蓋電極1-1， 覆蓋電極1-1設置在葉片殼體2的表面上，覆蓋電極1-1的外表面覆蓋絕緣電介質層1-2,覆蓋電極1-1和裸露電極1-3位于葉片不同的弦向位置上，覆蓋電極1-1和裸露電極1-3均通過導線1-4與高壓高頻電源1-6連接。
[0027]在完成風輪葉片制作后，在需要安裝等離子激勵器的區域沿著葉片弦長方向，在葉片表面粘貼覆蓋電極1-1，覆蓋電極的材質可為銅箱/錫箱/鋁箱/不銹鋼等;貼覆電介層 1-2,電介層的材質為聚酰亞胺膠帶;在電介層表面粘貼裸露電極1-3,裸露電極的材質可為銅箱/錫箱/鋁箱/不銹鋼等;將覆蓋電極與裸露電極與導線1-4焊接，穿過葉片預留安裝孔 1 -5與高壓高頻電源1 -6相連接。高壓高頻電源與整機機艙內的電源相連接，高壓高頻電源可固定在葉片腔體內或者葉片輪轂內，隨著葉片一起轉動。在葉片運行過程中，通過施加預先設定的激勵電壓和激勵頻率，達到改變邊界層流場的目的。[〇〇28] 實施例二
[0029]如圖3所示，在完成風輪葉片制作后，在需要安裝等離子激勵器的區域沿著葉片弦長方向，在葉片表面粘貼裸露電極2-1，裸露電極的材質可為銅箱/錫箱/鋁箱/不銹鋼等;在葉片表面加工安放覆蓋電極的安裝槽2-2,將覆蓋電極2-3粘貼安裝在槽中，覆蓋電極的材質可為銅箱/錫箱/鋁箱/不銹鋼等;此時的絕緣電介層為電極2-1與電極2-3之間的玻纖復合材料(葉片本體)；將覆蓋電極與裸露電極與導線2-4焊接，穿過葉片預留安裝孔2-5與高壓高頻電源2-6相連接。
[0030]實施例三
[0031]如圖4所示，在制作風輪葉片時，將焊接有導線的覆蓋電極3-1預埋在葉片腔體靠近葉片外表面的位置，優選地，埋在葉片外蒙皮1中，覆蓋電極的材質可為銅箱/錫箱/鋁箱/ 不銹鋼等;在葉片表面粘貼裸露電極3-2,裸露電極的材質可為銅箱/錫箱/鋁箱/不銹鋼等； 此時的絕緣電介層為葉片本體玻纖復合材料層;將裸露電極與導線3-4焊接，穿過葉片預留安裝孔3-5,將其與覆蓋電極與高壓高頻電源3-6相連接。
[0032]如圖5所示，風輪葉片可同時安裝一個或者多個等離子激勵器，可布置于沿著葉片長度方向的任何位置，以及翼型吸力面或壓力面的任何位置。優選地，在葉片靠近葉根部分，將等離子激勵器布置在葉片吸力面靠近翼型前緣的位置;在靠近葉片尖部，等離子激勵器布置在葉片吸力面靠近翼型尾緣的位置。等離子激勵器電極數量及布置形式不限，也可采用其他的布置、排布形式。
[0033]在風力機葉片設計及制造過程中，在葉片殼體上安裝裸露電極、覆蓋電極、并將電極與高壓高頻電源相連接，在葉片上的布置形式如圖1，5所示。控制葉片表面流動的等離子體激勵器電極表面附近的空氣在強電場作用下被電離，等離子體中的離子在空間不均勻電場的作用下，向電場梯度方向定向運動，離子在定向運動的過程中與環境空氣分子碰撞，發生動量交換，誘導激勵器表面的空氣發生定向運動。等離子體激勵在這些來流速度下均可以有效地抑制翼型吸力面的流動分離，提高翼型的臨界失速迎角。
[0034]此外，需要說明的是，本說明書中所描述的具體實施例，其零、部件的形狀、所取名稱等可以不同。凡依本實用新型專利構思所述構造、特征及原理所做的等效或簡單變化，均包括于本實用新型專利的保護范圍內。本實用新型所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，只要不偏離本實用新型的結構或者超越本權利要求書所定義的范圍，均應屬于本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1.一種采用等離子體激勵控制葉片表面流動的裝置，包括葉片以及設置于所述葉片上的至少一個等離子體激勵器，其特征在于，所述等離子體激勵器包括兩個相互平行的電極、一絕緣電介質層和一高壓高頻電源，其中， 所述兩個相互平行的電極中，一個電極為裸露電極，另外一個電極為覆蓋電極，所述覆蓋電極設置在葉片殼體的表面上，所述覆蓋電極的外表面覆蓋所述絕緣電介質層，所述覆蓋電極和裸露電極位于葉片不同的弦向位置上，所述覆蓋電極和裸露電極均通過導線與所述高壓高頻電源連接。2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述覆蓋電極設置在葉片表面上，所述絕緣電介質層貼覆在覆蓋電極的外表面上，所述裸露電極設置在所述絕緣電介質層的外表面上，所述覆蓋電極與裸露電極與導線焊接，所述導線穿過葉片預留安裝孔與所述高壓高頻電源相連接。3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，葉片表面設置有安裝槽，所述覆蓋電極設置在所述安裝槽中，在所述覆蓋電極的外表面設置玻纖復合材料制備的絕緣電介質層，所述裸露電極設置在葉片表面上，所述覆蓋電極與裸露電極與導線焊接，所述導線穿過葉片預留安裝孔與所述高壓高頻電源相連接。4.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述覆蓋電極預埋在葉片腔體靠近葉片外表面的位置，在葉片表面設置裸露電極，絕緣電介質層為葉片本體玻纖復合材料層，所述覆蓋電極與裸露電極的導線穿過葉片預留安裝孔與所述高壓高頻電源相連接。5.根據權利要求1至4任一項所述的裝置，其特征在于，所述等離子體激勵器為基于介質阻擋放電型等離子體激勵器。6.根據權利要求1至4任一項所述的裝置，其特征在于，所述高壓高頻電源與整機機艙內的電源相連接，高壓高頻電源固定在葉片腔體內或者葉片輪轂內，隨著葉片一起轉動。7.根據權利要求1至4任一項所述的裝置，其特征在于，所述覆蓋電極和裸露電極為銅箔、錫箔、鋁箔或不銹鋼電極。8.根據權利要求1至4任一項所述的裝置，其特征在于，所述葉片上安裝一個或者多個等離子激勵器，所述等離子激勵器布置于沿著葉片長度方向的任何位置，以及翼型吸力面或壓力面的任何位置。9.根據權利要求1至4任一項所述的裝置，其特征在于，在靠近葉根部分，將等離子激勵器布置在葉片吸力面靠近翼型前緣的位置。10.根據權利要求1至4任一項所述的裝置，其特征在于，在靠近葉片尖部，將等離子激勵器布置在葉片吸力面靠近翼型尾緣的位置。
【文檔編號】F03D1/06GK205578181SQ201620357686
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年4月26日
【發明人】徐宇, 張淑麗, 鄒立偉
【申請人】保定華翼風電葉片研究開發有限公司