一種大型風力機智能葉片的製作方法
2023-10-08 20:23:24
一種大型風力機智能葉片的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種大型風力機智能葉片，包含葉片主體以及與葉片主體截斷尾緣連接的尾緣襟翼，所述尾緣襟翼包含n個分偏轉舵面、2個兩端連接過渡段以及n-1個中間連接過渡段，其中，1≤n≤3，所述兩端連接過渡段和中間連接過度段均為柔性材料製成；相鄰分偏轉舵面之間經中間連接過渡段連接，從而串聯為1個總偏轉舵面，總偏轉舵面的兩端分別經兩端連接過渡段與葉片主體連接。本發明葉片的尾緣襟翼兩端與葉片主體平滑過渡，葉片尾緣連續，從而改善了尾緣流動品質，提高了葉片繞流流動穩定性，並通過對尾緣襟翼的偏轉控制，實現葉片局部氣動載荷控制和整體載荷最優控制。
【專利說明】—種大型風力機智能葉片
【技術領域】
[0001]本發明屬於風力發電【技術領域】，特別涉及了一種大型風力機智能葉片。
【背景技術】
[0002]隨著風輪尺寸增大，由於大氣邊界層的風剪切，大型風力機葉片流場特性沿展向分布不均勻性增強，旋轉時葉片(尤其是葉片尖部)入流變化會更嚴重，再加上複雜的多尺度湍流，所以葉片氣動載荷無論在空間場還是在時間場，其非定常特性更加顯著，疲勞載荷增加，甚至會引起顫振。現有的先進變槳控制技術逐漸表現出以下不足:整個葉片同步調節不能有效控制局部載荷波動，獨立變槳慣性大，不經濟，易導致變槳裝置過渡使用等。因此，具有質輕、慣性小、反應快且能夠實現局部控制等優點的「智能葉片」概念被提出。智能葉片可以理解為:基於在葉片局部附加或埋入可以控制葉片流場的作動裝置，並按一定的控制律驅動作動裝置動作，從而改變風力機系統響應的技術。
[0003]現有的尾緣襟翼智能葉片中，尾緣襟翼兩端與葉片主體之間存在較大間隙，尾緣襟翼的各分偏轉舵面之間存在較大間隙，產生較強的拖體渦對葉片流場的誘導作用不可忽視，流動穩定性問題需要通過控制策略來彌補。
【發明內容】
[0004]為了解決【背景技術】存在的問題，本發明旨在提供一種大型風力機智能葉片，該葉片的尾緣襟翼兩端與葉片主體平滑過渡，葉片尾緣連續，從而改善了尾緣流動品質，提高了葉片繞流流動穩定性，並通過對尾緣襟翼的偏轉控制，實現葉片局部氣動載荷控制和整體載荷最優控制。
[0005]為了實現上述技術目的，本發明的技術方案為:
[0006]一種大型風力機智能葉片，包含葉片主體，還包含與葉片主體截斷尾緣連接的尾緣襟翼，所述尾緣襟翼包含II個分偏轉舵面、2個兩端連接過渡段以及11-1個中間連接過渡段，其中，1 ? ? 3，所述兩端連接過渡段和中間連接過渡段均為柔性材料製成；相鄰分偏轉舵面之間經中間連接過渡段連接，從而串聯為1個總偏轉舵面，總偏轉舵面的兩端分別經兩端連接過渡段與葉片主體連接。
[0007]其中，上述尾緣襟翼的頂端至葉片主體尖部的距離為葉片主體長度的10%，尾緣襟翼的末端至葉片主體尖部的距離為葉片主體長度的20%?30%。
[0008]其中，上述兩端連接過渡段在未形變時呈三角形，該三角形與葉片主體連接的一邊與其作為整個葉片尾緣的一邊的夾角為30。?45。。
[0009]其中，上述分偏轉舵面為梯形機翼，其弦長佔當地葉片弦長的10%，其剖面翼型為對稱翼型，其絕對厚度與葉片主體截斷尾緣處的厚度相同。
[0010]其中，上述中間連接過渡段在未形變時呈矩形，其長度為分偏轉舵面長度的1/5。
[0011]採用上述技術方案帶來的有益效果:
[0012]本發明採用柔性材料製成的兩端連接過渡段，使得在尾緣襟翼偏轉時尾緣襟翼兩端與葉片主體間沒有間隙，採用柔性材料製成的中間連接過渡段，使得在分偏轉舵面偏轉不同角度時之間沒有間隙，結構上的平滑過渡使得流體流過過渡段不會拖出較強的拖體渦來影響流場，流動穩定性增強，解決了風力機超大型化後帶來的葉片極限和疲勞載荷問題，延長了葉片使用壽命，提高了風力機發電量，為整機廠商及風電場帶來可觀的經濟效益，同時能夠降低發電成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明實施例1的結構示意圖。
[0014]圖2為本發明實施例1尾緣襟翼動作示意圖。
[0015]圖3為本發明實施例2的結構示意圖。
[0016]圖4為本發明實施例2尾緣襟翼動作示意圖。
[0017]標號說明:1、葉片主體；2、分偏轉舵面；3、兩端連接過渡段；4、中間連接過渡段；5、葉片主體截斷尾緣；11、尾緣襟翼的頂端至葉片主體尖部的距離；12、尾緣襟翼的末端至葉片主體尖部的距離；31、中間連接過渡段的長度。
【具體實施方式】
[0018]以下將結合附圖，對本發明的技術方案進行詳細說明。
[0019]實施例1:
[0020]如圖1所示本發明實施例1的結構示意圖，一種大型風力機智能葉片，包含葉片主體1以及與葉片主體截斷尾緣5連接的尾緣襟翼，所述尾緣襟翼包含3個分偏轉舵面2、2個兩端連接過渡段3以及2個中間連接過渡段4。所述兩端連接過渡段3和中間連接過度段4均為柔性材料製成；相鄰分偏轉舵面2之間經中間連接過渡段4連接，從而串聯為1個總偏轉舵面，總偏轉舵面的兩端分別經兩端連接過渡段3與葉片主體1連接。
[0021]在實施例1中，尾緣襟翼的頂端至葉片主體尖部的距離11為葉片主體長度的10%，尾緣襟翼的末端至葉片主體尖部的距離12為葉片主體長度的30%。分偏轉舵面2為梯形機翼，其弦長佔當地葉片弦長的10%，其剖面翼型為對稱翼型，其絕對厚度與葉片主體截斷尾緣5處的厚度相同。在本領域中，弦長的定義:在翼型輪廓線上的諸多點中，有一點與翼型的後緣的距離最大，該點稱為翼型的前緣，連接前緣和後緣的直線段稱為翼型的弦線，其長度稱為弦長。當地葉片弦長的定義:整個葉片徑向位置處的葉片剖面翼型的弦長。對稱翼型的定義:翼型上下弧線對稱的翼型。絕對厚度的定義:垂直於翼型弦線的翼型上下表面之間的直線段長度是翼型的厚度，翼型的最大厚度稱為該翼型的絕對厚度。兩端連接過渡段3在未形變時呈三角形，該三角形與葉片主體連接的一邊與其作為整個葉片尾緣的一邊的夾角13為30。。中間連接過渡段4在未形變時呈矩形，其長度31為分偏轉舵面2長度的1/5。
[0022]如圖2所示本發明實施例1尾緣襟翼動作示意圖，3段分偏轉舵面2可以單獨控制單獨偏轉來實現葉片局部氣動載荷控制和整體載荷最優控制。兩端連接過渡段3使得在尾緣襟翼偏轉時尾緣襟翼兩端與葉片主體間沒有間隙，中間連接過渡段4使得在分偏轉舵面偏轉不同角度時之間沒有間隙，結構上的平滑過渡使得流體流過過渡段不會拖出較強的拖體渦來影響流場，流動穩定性增強。
[0023]實施例2:
[0024]如圖3所示本發明實施例2的結構示意圖，一種大型風力機智能葉片，包含葉片主體1以及與葉片主體截斷尾緣5連接的尾緣襟翼，所述尾緣襟翼包含1個分偏轉舵面2和2個兩端連接過渡段3。所述兩端連接過渡段3為柔性材料製成；分偏轉舵面2的兩端分別經兩端連接過渡段3與葉片主體1連接。
[0025]在實施例2中，尾緣襟翼的頂端至葉片主體尖部的距離11為葉片主體長度的10%，尾緣襟翼的末端至葉片主體尖部的距離12為葉片主體長度的20%。分偏轉舵面2為梯形機翼，其弦長佔當地葉片弦長的10%，其剖面翼型為對稱翼型，其絕對厚度與葉片主體截斷尾緣5處的厚度相同。兩端連接過渡段3在未形變時呈三角形，該三角形與葉片主體連接的一邊與其作為整個葉片尾緣的一邊的夾角13為30。。中間連接過渡段4在未形變時呈矩形，其長度51為分偏轉舵面2長度的1/5。如圖4所示本發明實施例2尾緣襟翼動作示意圖，通過控制分偏轉舵面2偏轉來實現葉片局部氣動載荷控制和整體載荷最優控制。兩端連接過渡段3使得在尾緣襟翼偏轉時尾緣襟翼兩端與葉片主體間沒有間隙，結構上的平滑過渡使得流體流過過渡段不會拖出較強的拖體渦來影響流場，流動穩定性增強。
[0026]超大尺寸的風力機葉片旋轉時，由於大氣邊界層的風剪切，葉片流場特性沿展向分布不均勻性增強，葉片靠近尖部的入流特性隨時間變化幅度也增大，使得葉片極限與疲勞載荷嚴重增加。採用尾緣襟翼的風力機葉片，可以快速、靈敏、經濟地調節葉片局部載荷，使載荷沿空間和時間的變化變得平緩。採用柔性材料製成的兩端連接過渡段和中間連接過渡段，使得近尾跡區過渡段下遊渦量極值比無過渡段時大為降低，有效減弱下遊拖體渦的誘導作用。
[0027]將偏轉舵面分段，使局部載荷控制更合理高效，如果段數太多，控制效果不見得有大幅提高，卻會帶來結構和製作工藝上的困難，因此段數不必超過3。此外，角太小，會破壞更多的葉片主體結構，角13太大則氣流平滑過渡效果降低，因此選擇在30。?45。之間。
[0028]以上實施例僅為說明本發明的技術思想，不能以此限定本發明的保護範圍，凡是按照本發明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發明保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種大型風力機智能葉片，包含葉片主體，其特徵在於:還包含與葉片主體截斷尾緣連接的尾緣襟翼，所述尾緣襟翼包含η個分偏轉舵面、2個兩端連接過渡段以及η-1個中間連接過渡段，其中，I < η ( 3，所述兩端連接過渡段和中間連接過度段均為柔性材料製成；相鄰分偏轉舵面之間經中間連接過渡段連接，從而串聯為I個總偏轉舵面，總偏轉舵面的兩端分別經兩端連接過渡段與葉片主體連接。
2.根據權利要求1所述一種大型風力機智能葉片，其特徵在於:所述尾緣襟翼的頂端至葉片主體尖部的距離為葉片主體長度的10%，尾緣襟翼的末端至葉片主體尖部的距離為葉片主體長度的20%?30%。
3.根據權利要求1所述一種大型風力機智能葉片，其特徵在於:所述兩端連接過渡段在未形變時呈三角形，該三角形與葉片主體連接的一邊與其作為整個葉片尾緣的一邊的夾角為30。?45。。
4.根據權利要求1所述一種大型風力機智能葉片，其特徵在於:所述分偏轉舵面為梯形機翼，其弦長佔當地葉片弦長的10%，其剖面翼型為對稱翼型，其絕對厚度與葉片主體截斷尾緣處的厚度相同。
5.根據權利要求1所述一種大型風力機智能葉片，其特徵在於:所述中間連接過渡段在未形變時呈矩形，其長度為分偏轉舵面長度的1/5。
【文檔編號】F03D11/00GK104405592SQ201410551190
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年10月16日 優先權日:2014年10月16日
【發明者】許波峰, 袁越, 趙振宙 申請人:河海大學