一種前突型水平軸風力機葉片的製作方法

2023-12-04 20:30:36

專利名稱：一種前突型水平軸風力機葉片的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種新型水平軸風力發電葉片，涉及風力發電領域，可以有效提高風力發電效率和擴大風力機適應風速範圍。
背景技術：
風力發電是當今世界最具發展前景的新能源發電技術之一，其大規模研發利用已成為21世紀世界各國新能源發展的重點。據統計，至2006年底風電所佔的比例約為世界總電能供應量的0. 7%，到2010年底增加11倍(8% )，至IJ 2020年將達到世界總電能供應的12%。中國到2020年可再生能源在能源結構中將佔15%，市場需求達3980億美元，其中風能佔12%。相對當前快速高漲的風能需求，傳統風電的問題也逐漸突顯出來。傳統風力機葉片以動量葉素理論為指導，通過選取高升阻比翼型，按各翼型的氣動中心對其進行展向排列來提高風力機效率，然而如何對其優化排列從而提高葉片的運行效率，長期的經驗積累必不可少，也是各國技術壟斷的重點之一。風力機依靠風輪葉片汲取風能，風輪葉片是風力發電機組核心部件之一，它直接影響著整機的性能和成本，約佔整機成本的20% 25%。隨著一批高效航空翼型的出現， 風力機葉片逐步採用航空翼型。但經過人們的長期實踐應用，發現航空翼型並不能很好地滿足風力機及其特殊運行環境的要求。從20世紀中葉，美國、丹麥和荷蘭等國家相繼以航空翼型為基礎，開始大量研究適用於風力機的翼型。在上世紀90年代，美國研究出NACA44、 NACA63和NERL S型風力機翼型，丹麥國家實驗室的Fuglsang等人用數值優化的方式提出了 RisΦ-Al、RisΦ-P、RisO-Bl風力機翼型，瑞典航空研究院提出了 FFA-W1、WZ、W3風力機翼型，荷蘭Delft大學的Timmer和von Rooi j等人利用XFOIL開發了 DU翼型組。風力機專用翼型組的誕生大大改變了風力機的運行工況，增大了葉片的工況適應性，具備低風速下啟動，高風速下延遲失速，降低對葉片前緣粗糙敏感度等功能。葉片的性能雖然大幅提高，但其運行效率普遍在35%左右，這與1擬6年貝茨根據空氣動力學原理計算出理想狀態下風輪的極限效率59. 3%相比，還有很大的提升空間。由於自然界中風速的不斷變化，人們意識到風速的變化對風力機性能有較大的影響，一直處於穩定槳距角的葉片，只能在特定風速範圍發揮出它的效率，而在其他風速下， 效率一直很低，因此變槳距角風力機應運而生。變槳距角風力機是通過不斷調節葉片的槳距角，使其一直處於最優的工作狀態來提高風力機效率。雖然變槳距角葉片在一定程度上提高了風力機效率，但其調節機構複雜，對風速變化感應的調節具有遲滯作用，因此大大增加了風力機的製造成本且效果並不明顯。我國風力發電起步晚，無論在翼型的研究、葉片的設計製造等一直處於落後狀態，因此找出提高風機葉片效率的新途徑則顯得尤為重要，亟待解決；對推動我國的可持續發展，倡導綠色、健康、節能的生活環境，提高人們的生活質量和身心健康，都將起到積極作用，具有廣闊的發展與應用前景，可獲得巨大的社會和經濟效

發明內容
針對當前水平軸風力機葉片存在的風能利用率低，高風速下易失速等特點，本發明從葉片構型出發，採用葉片空氣動力學曲線前突O)的構型，使葉片風能利用率和適用風速範圍大為提高。為實現以上的技術目的，本發明將採用以下的技術方案前突型水平軸風力機葉片(1)，空氣動力學曲線(2)前突，該曲線的最大彎度f (坐標y軸)與展向長度c (坐標χ軸)之比為f/c = 43%，最大彎度位置為xf/c = 15.7%, xf為最大彎度處的χ軸坐標；在展向長度c = 1下曲線擬合方程為y = -3. 9828x5+11. 2604x4_11. 0205x3+3. 6328x2+0. 1004x+0. 0095，曲線的具體坐標值如表1所示。表1前突曲線上點分布
權利要求
1.一種前突型水平軸風力機葉片，包括葉素、攻角和葉片空氣動力學曲線，其特徵在於，所述葉片空氣動力學曲線⑵前突，前突曲線的最大彎度f與展向長度C之比為f/c = 43%，最大彎度位置為 /c = 15. 7% ；展向長度c = 1時，曲線擬合方程為y = -3. 9828x5+11. 2604x4-11. 0205x3+3. 6328x2+0. 1004x+0. 0095。
2.根據權利要求1所述的前突型風力機葉片，其特徵在於，所述葉片空氣動力學曲線 (2)的具體坐標符合下表所示前突曲線上點分布前突曲線展向位置財/c前突曲線彎度f/c·00··0.0146730.010994·0.0310870.021265·0.0619250.036203·0.0833130.044599·0.1248450.059974·0.1591640.073186·0.2347670.10521·0.3106190.151473·0.3320070.165343·0.3864710.186488·0.4623230.178743·0.5381750.159212·0.5414080.158381·0.6137780.138495·0.6896290.115487·0.7498130.097272·0.7654810.092504·0.8413330.067921·0.9171850.038504·0·9380750.029277·0.9927880.00257全文摘要
本發明涉及一種前突型水平軸風力機葉片，屬於風力發電領域。本發明技術方案葉片空氣動力學曲線(2)前突，該曲線的最大彎度f與展向長度c之比為f/c＝43％，最大彎度位置為xf/c＝15.7％；當展向長度c＝1，曲線擬合方程為y＝-3.9828x5+112604x4-11.0205x3+3.6328x2+0.1004x+0.0095。葉片在前緣方向前突(3)。本發明在不改變傳統風力機葉片設計方法的情況下，通過改變葉片翼型的排布形態，分解了葉片旋轉方向的正面壓力，減小了旋轉過程中的阻力(4)，同時增大了葉片與風的接觸面積，捕風量增加，使得整體效率提高；由於氣流被分解，流向改變，氣流流經葉片表面的流線(5)變長，降低了氣流流速，延遲了葉片失速現象，增大了葉片適應風速的區域。
文檔編號F03D1/06GK102278272SQ20111025704
公開日2011年12月14日 申請日期2011年9月2日 優先權日2011年9月2日
發明者叢茜, 劉玉榮, 華欣, 商延賡, 張成春, 田為軍, 石磊, 金敬福, 馬毅, 齊迎春 申請人:吉林大學