具体实施方式

目前失速控制方式主要是两大类：1)基于特定控制策略的主动失速控制方式；2)安装涡流发生器(VG)等气动附件控制方式。通过优化控制策略是避免失速的重要手段，主要是通过叶片变桨控制减小叶片展向各截面处的当地攻角，进而远离失速，但也会损失翼型升力，造成发电量损失；涡流发生器(VG)是一种广泛应用的气动附件，通过VG将壁面附近的速度或者进行一定程度的混合，使近壁面的速度掺混均匀化，可以有效增加失速临界攻角，但是值得注意的是，虽然涡流发生器可以提高最大升力、延迟失速，但是同时也会增加10％～30％的阻力，同时如果在叶尖处应用VG还会带来额外的噪声源。

本发明通过在风力发电机组的叶片上布设离散的多个吸气孔，采用主动吸气的方法，诱导层流边界层流场，提高层流边界层抵抗逆压梯度的能力，从而抑制气流分离，扩大叶片表面的层流面积，最终解决叶片运行失速的问题。

图1是根据本发明实施例的叶片的结构示意图；图2是根据本发明实施例的主动吸气前后叶片表面气流流动特性对比图；图3是根据本发明实施例的叶片的部件位置示意图；图4是根据本发明实施例的叶片的局部分解示意图。

如图1至图2所示，根据本发明实施例的叶片1包括吸力面(SS面)壳体和压力面(PS面)壳体，在吸力面壳体上布设有离散的多个吸气孔13。

如图2所示，由于SS面以较大的正的压力梯度为主，因此叶片SS表面容易失速，PS表面的前半部分是负的压力梯度，后半部分是较小的正的压力梯度，通常不会失速。在叶片弦向上，在入流风从叶片前缘5流过叶片1的SS面的主梁11(如图3所示)位置之后，开始出现气流分离A，形成涡流(湍流)B，一直持续到叶片后缘6，即从主梁位置到叶片1的后缘6之间为主要失速区域；而在叶片展向上，通常叶片失速严重的区域为从叶根节圆结束位置至叶片1的展向的20％至30％处。

因此，优选地，可在失速严重的区域布设离散的多个吸气孔，如图1所示，在叶片弦向上，所述离散的多个吸气孔13位于叶片1的主梁11和叶片1的后缘6之间。

叶片1通过叶根与安装在风力发电机组的轮毂上的变桨轴承连接。为了和变桨轴承对接，叶根节圆段通常为圆形。叶根节圆段主要承载叶片剪力、弯矩和扭矩，再由叶根3通过变桨轴承传递给轮毂。由于叶根3附近区域的线速度较低，气动载荷也较小，对叶片和机组的影响也较小，不会对安全性产生危害，因此叶根节圆段不布设离散的吸气孔，而是从叶根节圆段结束位置开始，将离散的吸气孔布设在叶片的失速区域。优选地，在叶片展向上，所述离散的多个吸气孔13分布于叶根节圆结束位置至叶片1的展向的20％至30％处。

由于不同翼型的叶片的失速区域不同，因此，根据不同的叶片，可以将离散的多个吸气孔13布置在所有失速区域。例如，如果叶中区域存在失速现象，则将离散的多个吸气孔13设置在叶中区域中，因此，在叶片展向上，可以将所述离散的多个吸气孔13设置在叶根节圆结束位置至叶片1的展向的20％至40％、20％至45％、20％至50％处，但不限于此。

主梁11的单轴布区域(UD区域)是叶片结构的主要承力构件，使叶片1能够承受挥舞方向的弯矩和挥舞方向的刚度；后缘6的UD区域12承受摆振方向的弯矩。这两个区域是叶片关键构件，所以优选地不在该区域开孔。因此，如图1所示，所述离散的多个吸气孔13距离主梁11的单轴布区域的边缘和后缘6的单轴布区域的边缘一定距离，该距离可以根据不同翼型的叶片确定，例如，该距离可以为10-15cm、10-20cm、10-25cm，但不限于此。

如图1所示，所述离散的多个吸气孔13离散地布置在叶片1的主梁11和叶片1的后缘6之间的区域中，例如可以沿叶片展向成行布置，沿叶片弦向成列布置，例如，在弦向上相邻的两行吸气孔13可以布置为彼此交错，使得第二行的其中一个吸气孔13位于第一行的两个相邻吸气孔13之间，例如位于第一行的两个相邻吸气孔13的中点，从而使得这些吸气孔13在吸气时产生的气流之间不会形成互相影响的涡流，但不限于此，所述离散的多个吸气孔13可以布置成其他图案，例如布置成多个同心圆图案、多个椭圆图案，只要使得相邻的吸气孔在吸气时产生的气流之间不会形成互相影响的涡流即可。

通过在叶片壁面设置离散的多个吸气孔吸气，可以有效降低吸气速度，从而降低抽气泵选型容量。同时还减少了吸气孔之间的涡流干扰，提升层流稳定性。图1中示出了吸气孔13为圆形孔，但不限于此，孔13的形状也可以为长方形、正方形或菱形。其中，当吸气孔13为圆形孔时，相邻孔之间的间距L(孔间距)与孔的直径d(孔径)的比值(即L/d)为8-12、最优值为10，以减小因吸气所引起的对流层边界层稳定性不利影响。

图4示出了根据本发明实施例的叶片的局部分解示意图。如图4所示，叶片1还可包括半透膜23、密封舱22、气泵24、抽气管21、导气管15、叶尖排气孔14。半透膜23为选择性地透过物质的薄膜，一般只允许透过溶剂或溶剂和小分子溶质而不允许透过大分子溶质。半透膜23覆盖在叶片吸气孔13区域，与叶片外表面粘接牢固，使得空气可以自由通过吸气孔13，但空气混合的杂质(如粉尘等颗粒)不能通过，从而规避因这些杂质导致吸气孔13堵塞，达不到主动吸气的效果，同时保证叶片表面的光顺度，规避因吸气孔带来气动噪声源。

密封舱22设置在离散的多个吸气孔13分布的吸气孔区域中，与叶片的吸力面壳体的内表面粘接牢固以覆盖吸气孔13，并在所述多个吸气孔的出口处形成气体容纳腔。密封舱22可以是金属(合金)或玻璃钢材质，可以通过手糊(袋压)或真空灌注工艺固定在叶片内腔上，密封舱22可以通过控制器打开和关闭，以打开和关闭吸气孔13。

抽气管21的第一端和密封舱22连接，第二端和气泵24的抽气口连接。气泵24可以是微型抽气泵(Miniature air pump)，把某个容器里的空气抽出来，送到另外一个容器，或直接排到大气里，因它体积较小、重量轻，所以称“微型抽气泵”。

导气管15的第一端与气泵24的排气口连接，并且导气管15沿着叶片展向铺设至叶尖排气孔14，通过气泵24的抽气和排气功能，将空气推送至叶尖排气孔14附近。叶片1在高速旋转过程中，产生的离心力将聚集在叶尖排气孔14附近的空气排出。叶尖排气孔14可以单独布设，也可以共用叶尖排水孔14。根据本发明的实施例，从气泵24排出的气体可以利用叶尖排气孔14进行排气，也可以利用叶根排气孔进行排气，或者从叶尖排气孔14和叶根排气孔二者共同排气。即，导气管15的第二端可与叶片的叶尖排气孔14、叶根排气孔中的至少一个连通。当从叶根排气孔排气时，排出的空气可以用作机舱或轮毂内部部件空冷散热的介质。当然，也可以直接从叶根轮毂排入大气环境中。

此外，还可设置有配电模块25及配套电缆26以及控制器(未示出)。气泵24、抽气管21、导气管15可以设置在叶片内腔中。配电模块25可以设置在叶片的内腔中，以通过配电模块为气泵24供应电力。采用离散吸气孔，可以有效降低吸气速度，从而降低气泵24的用电负荷，因此可以直接从设置在机舱中的配电柜引电。此外，在利用设置在机舱中的配电柜来为气泵供应电力的情况下，配电模块25可以省略。此时，可以通过配套电缆26将气泵24连接到配电柜。如果配电柜负荷过大，可以单独布设配电模块25提供电力。

图3和图4示出了气泵24、抽气管21、导气管15的安装位置。在工作状态下，叶片是高速旋转的转子，所以气泵24、抽气管21、导气管15的固定尤为重要。气泵24可以在弦向上固定在后缘腹板和SS面壳体的内表面之间的夹角位置，在展向上可以布置在吸气孔13区域的靠近叶尖的一侧，以减少导气管15的路径长度，并通过玻璃钢手糊支架粘接在叶片型腔和腹板上。此外，由于抽气管21的第二端以及导气管15与气泵24连接，所以导气管15和抽气管21也固定在后缘腹板和SS面壳体的内表面之间的夹角位置，并通过玻璃钢手糊袋压粘接在SS面壳体和后缘腹板上。

如上所述，在制造叶片的过程中，可以同时将导气管15铺设至叶尖排气孔14，使得其与叶片同时形成，而其他部件(如半透膜23、密封舱22、气泵24、抽气管21及配套电缆26)也可以与叶片同时形成，或者在叶片制造完成后单独布置。

如上所述，半透膜23、吸气孔13、密封舱22、气泵24、抽气管21、导气管15、叶尖排气孔14、配电模块25及配套电缆26以及控制器组成叶片主动吸气系统，密封舱22、吸气孔13和半透膜23构成密封系统。以图1和图3为例，在叶片未失速状态下(主动吸气系统不工作)，控制器控制密封舱22处于关闭状态，以封闭吸气孔13，整个密封系统处于密封状态，空气不能透过半透膜23进入叶片内，因此不会给叶片带来气动噪声源；当风力发电机组运行过程中，在叶片的吸力面上出现失速时，控制器控制密封舱22打开，此时吸气孔13被打开，控制器控制气泵24通过吸气孔13进行吸气，此时空气从外界透过半透膜23进入叶片内，通过叶片主动吸气的控制技术，可以有效抑制气动转捩、气流分离的发生，扩大叶片SS表面上的层流流动区域，减小湍流边界层的阻力，解决叶片运行失速的问题，最终降低机组发电量的损失。

此外，对叶片1的主动吸气可采用分区控制，即，吸气孔区域被划分为多个子区域。优选地，在叶片的弦向上，将吸气孔区域划分为多个子区域，从而多个子区域分别沿着叶片的展向方向延伸。相应地，密封舱22包括分别与多个子区域中的吸气孔13连通的多个子密封舱，控制器分别控制多个子密封舱的操作。作为示例，图1示出了吸气孔区域被划分为第一吸气区域131和第二吸气区域132，对应地，如图3所示，密封舱22包括分别与第一吸气区域131和第二吸气区域132中的吸气孔13连通的第一密封舱220和第二密封舱221。如图所示，第一密封舱220布置在层流边界层区域附近，起主导作用，第二密封舱221起辅助作用。但不限于此，可以根据需要，将吸气孔13区域划分为两个以上的子区域，例如3个、4个，对应地，密封舱22包括两个以上的子密封舱。根据分区控制的实际情况，抽气管21采用“一拖多”式抽气管，分别与每个密封舱连接，每个子抽气管可以通过阀门单独控制抽气动作的开合。

如上所述，当叶片处于失速状态时，控制器控制密封舱22的第一密封舱220打开，此时吸气孔13被打开，控制器控制气泵24通过吸气孔13进行吸气，此时空气从外界透过半透膜23进入叶片内，该过程使得在吸气孔13区域诱导层流边界层流场，延迟边界层转捩，形成稳定的边界层，此时，如果叶片SS面尾缘依然存在湍流，则再开启第二密封舱221(以此类推，在设置两个以上的子密封舱的情况下，再开启更多的子密封舱)。通过上述分区控制，可以针对机组运行过程中不同程度的失速情况分别进行控制，优化控制策略，节省功率。

上述技术方案的优点包括：有效抑制叶片吸力面气动转捩(气流分离)，扩大叶片吸力面层流流动区域，解决叶片运行失速问题，从而提升机组发电量；确保发电量的同时，不会给机组带来气动噪声。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。