如何正確認(rèn)識(shí)及定位VGs技術(shù)？
修復(fù)受侵蝕的葉片
Roper Partner研發(fā)中心的Chris Bley認(rèn)為：“前緣侵蝕是導(dǎo)致翼型性能下降的最大問(wèn)題，當(dāng)你能從地面上看到葉片發(fā)生了侵蝕時(shí)，葉片性能往往已經(jīng)受到比較大的影響了。”侵蝕能夠穿透表面漆深入到玻璃纖維材料里面，當(dāng)嚴(yán)重到能在遠(yuǎn)處看出來(lái)的話，就已經(jīng)不是簡(jiǎn)單修復(fù)能夠解決的問(wèn)題了。Bley說(shuō)，近距離觀察能看到葉片表面有許多細(xì)小的裂縫和分層，這在地面上是看不出來(lái)的，在寒冷的天氣里，水會(huì)滲進(jìn)這些裂縫然后結(jié)冰，使之進(jìn)一步擴(kuò)大，因此防止葉片發(fā)生嚴(yán)重問(wèn)題的關(guān)鍵在于及早發(fā)現(xiàn)表面問(wèn)題并及時(shí)修復(fù)。
維護(hù)的第一步
“維護(hù)公司應(yīng)該能夠識(shí)別問(wèn)題并提出解決方案，使性能能夠有預(yù)期的提升，” Rob Kamisky說(shuō)，“我們咨詢公司會(huì)幫助業(yè)主尋找出性能下降的可能。”同時(shí)也可能需要Rob的團(tuán)隊(duì)對(duì)葉片進(jìn)行檢查，看葉片的狀態(tài)有沒(méi)有問(wèn)題，一旦診斷完成，就可以提出一個(gè)解決方案。例如葉片需要加強(qiáng)、改進(jìn)，或者就是用涂料、UD布等對(duì)葉片前緣進(jìn)行修復(fù)和保護(hù)。
設(shè)備制造商可能會(huì)提供一些葉片改進(jìn)方案，如Spoiler或者Dynofin，有人認(rèn)為鋸齒狀邊緣可以改善氣流。 附圖顯示在葉根附近有一個(gè)鼓包或者鰭一樣的東西，這就是Spoiler，一些葉片制造商用這個(gè)來(lái)改善空氣動(dòng)力特性，增加輸出功率。
渦流發(fā)生器
一種來(lái)自航空工業(yè)概念——渦流發(fā)生器（Vortexgenerators，VGs）能夠恢復(fù)葉片性能，受到了風(fēng)力機(jī)行業(yè)的廣泛關(guān)注。VGs從1940年代開(kāi)始得到應(yīng)用，現(xiàn)代的客機(jī)機(jī)翼上依然能看到它的身影，有的看起來(lái)像小的矩形，沿著機(jī)翼的展向布置。當(dāng)應(yīng)用在風(fēng)力機(jī)上的時(shí)候，總的來(lái)說(shuō)渦流發(fā)生器能夠?yàn)轱L(fēng)力機(jī)帶來(lái)更高的能量輸出。
在過(guò)去的20年里VGs一度被應(yīng)用到風(fēng)力機(jī)上并取得了不同程度的成功，能夠有效抑制流動(dòng)分離。Kamisky解釋說(shuō)氣流通常沿著翼型表面附著流動(dòng)，但也會(huì)在某些點(diǎn)發(fā)生分離，并且分離后的流動(dòng)狀況很難預(yù)測(cè)。渦流發(fā)生器通過(guò)帶動(dòng)高能流動(dòng)區(qū)域的能量進(jìn)入邊界層內(nèi)的低能區(qū)域，使流體能量重新分布、抑制了流動(dòng)分離。Kamisky說(shuō)這能夠減少由于氣流分離帶來(lái)的性能損失，“但是必須在安裝渦流發(fā)生器之前考慮其對(duì)風(fēng)力機(jī)的載荷和性能影響”。
Bley的團(tuán)隊(duì)有時(shí)會(huì)承擔(dān)為葉片安裝渦流發(fā)生器的任務(wù)，“我們負(fù)責(zé)安裝和維護(hù)VGs，比如有時(shí)候葉片上結(jié)的冰掉了，VGs也有可能跟著一起掉下來(lái)”他說(shuō)。
RopePatner 與WINDprove這樣的公司合作， 后者在渦流發(fā)生器的設(shè)計(jì)以及位置確定方面研究得更深入。設(shè)計(jì)公司提供分析來(lái)指導(dǎo)如何提高翼型效率，他們知道渦流發(fā)生器該用多大的尺寸、設(shè)計(jì)外形及安裝位置，Rope Patner則以一個(gè)安全、快速、經(jīng)濟(jì)的方式來(lái)實(shí)施安裝。Bley認(rèn)為渦發(fā)生器的安裝位置很重要，并且一定要保證粘貼到位。但是由于葉片表面是曲面，并且沿展向前緣的曲率不同，這項(xiàng)工作也不容易。“這是一個(gè)相當(dāng)大的挑戰(zhàn)，因?yàn)榘惭b位置的允許誤差相當(dāng)小,”他說(shuō)。安裝渦流發(fā)生器需要的時(shí)間取決于安裝的范圍，但通常情況下一天能夠裝兩只葉片。
R&D
盡管渦發(fā)生器在功率提升方面很有潛力，但還是需要謹(jǐn)慎對(duì)待。“渦流發(fā)生器仍然是一個(gè)研究型的項(xiàng)目，”加利福利亞大學(xué)機(jī)械和航天工程系主任Casevan Dam說(shuō)，“渦流發(fā)生器很難在風(fēng)力機(jī)上統(tǒng)一量化，因?yàn)樗鼈兊男Ч蜋C(jī)組的類型甚至安裝位置都有關(guān)系。” 葉片制造商LM公司宣稱渦流發(fā)生器能夠提高4%—6%，有一家業(yè)主已經(jīng)在他的1.5兆瓦機(jī)組上安裝了許多渦流發(fā)生器，但是數(shù)據(jù)還在收集當(dāng)中。“渦流發(fā)生器的實(shí)驗(yàn)還是不能掉以輕心，”他說(shuō)，“這可能會(huì)很耗時(shí)間，并且安裝位置的小小差別也可能顯著地影響其效果。”
VanDam和他的團(tuán)隊(duì)也在和Sandia 國(guó)家實(shí)驗(yàn)室一起進(jìn)行先進(jìn)葉片的設(shè)計(jì)，整個(gè)項(xiàng)目包含了風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)和CFD模擬，因此Van Dam關(guān)注了不少葉片上的空氣動(dòng)力學(xué)概念，例如渦流發(fā)生器、片條和格柵等等。他說(shuō)現(xiàn)在工作人員的工作更加細(xì)致了，并不僅僅是往葉片上添加一些東西，而是先基于已經(jīng)公開(kāi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，然后進(jìn)行風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)和CFD模擬。
VanDam認(rèn)為將渦流發(fā)生器安裝到新的干凈葉片上需要謹(jǐn)慎，因?yàn)橛锌赡軙?huì)導(dǎo)致輸出功率的下降，但是如果葉片表面受到污染或侵蝕，氣動(dòng)性能發(fā)生改變，惡化到發(fā)生流動(dòng)分離，渦流發(fā)生器則是一個(gè)減少流動(dòng)分離的簡(jiǎn)單方法。
另外還關(guān)系到氣動(dòng)噪聲的問(wèn)題。“流動(dòng)分離產(chǎn)生更多的噪聲，因此渦流發(fā)生器能夠降低噪聲，”Van Dam說(shuō)，“不幸的是，行業(yè)里像西門子或者其他VGs用戶是基于什么樣的分析來(lái)指導(dǎo)這些改進(jìn)的，他們對(duì)這些談?wù)摰煤苌伲阅阒荒軗蠐项^問(wèn)‘為什么他們裝這些？’一些公司裝上了，但是發(fā)現(xiàn)效果不明顯，就這么留在上面了，還迷惑了競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。”
渦流發(fā)生器并不是唯一引起廣泛討論的概念，“大約一年以前每個(gè)人都在想給葉片加裝翼尖小翼，但后來(lái)就不怎么談了，”Van Dam說(shuō)，“有時(shí)行業(yè)內(nèi)的人看到了新概念時(shí)會(huì)想，‘好吧，如果競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手這么做，我們也得超過(guò)去。’” 他也看到了葉片翼型設(shè)計(jì)的變化——獲得更多的氣動(dòng)性能的同時(shí)使翼型對(duì)污染和侵蝕不敏感。而當(dāng)氣動(dòng)性能顯著下降時(shí)，渦流發(fā)生器才能夠減輕性能損失。
渦發(fā)生器，并不是葉片設(shè)計(jì)領(lǐng)域的最后一個(gè)概念，智能葉片這個(gè)概念正在發(fā)展，裝著載荷傳感器和主動(dòng)控制面、能夠在任何風(fēng)速下最大限度的捕捉風(fēng)能——這些也只是葉片團(tuán)隊(duì)以后面臨的眾多挑戰(zhàn)之一。
