一種高氣動性能風力機葉片的製作方法
2023-11-08 20:35:22 2
一種高氣動性能風力機葉片的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種高氣動性能風力機葉片，屬於風能利用【技術領域】。葉片翼型部分表面的三維結構由十個翼型面翼型曲線連續光滑過渡生成；每個翼型面翼型曲線分別由背風面曲線和迎風面曲線組成；定義坐標系的原點為第一翼型面翼型曲線的前緣點，葉片葉展方向為Z軸的正方向，風輪軸的方向為Y軸方向，另一同時垂直於Z軸和Y軸的方向為X軸方向；十個翼型面分別平行於X0Y平面且依次沿Z軸的正方向排列，所述十個翼型面在過各自前緣點且垂直於Z軸的平面內以其前緣點為中心旋轉一定的角度。本實用新型的風力機葉片在具有高氣動性能的基礎上同時具備啟動風速低、工作噪聲低以及功率輸出特性平穩的特性。
【專利說明】一種高氣動性能風力機葉片
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種風力機葉片，具體涉及一種風力機葉片的翼型結構，屬於風能利用【技術領域】。
【背景技術】 [0002]風力機是通過風輪葉片汲取風能，進而將機械能轉化為電能的裝置。風輪是風力發電機關鍵的動力部件，決定著汲取風能效率。風輪由葉片、輪轂和軸組成，發電機通過主軸與風輪的軸實現連接，作用是將風輪輸出的機械能轉化為電能並輸出。由此可見，風輪的葉片決定著風力機的風能利用率。而風力機葉片由葉片翼型和葉根兩部分組成，葉片翼型部分結構決定著風輪的氣動性能優劣，葉根部分主要擔負葉片翼型部分與輪轂的連接，起到葉片支撐和定位的作用。
[0003]傳統風力機葉片翼型的結構來源於航空翼型，導致傳統風力機翼型葉片在使用中存在以下幾個關鍵技術缺陷:
[0004]1、當運行在低雷諾數時，葉片前緣對粗糙度的變化較敏感，升阻比惡化現象嚴重，極大地影響了其功率輸出的平穩性。
[0005]2、在較寬尖速比範圍內功率係數變化易產生波動，且容易發生失速現象，功率峰值亦存在較大的波動性。
[0006]3、風力機啟動風速要求較高，不適合低速風能資源的利用。
[0007]4、風能利用率低，導致風力發電系統整體風資源有效利用率低。
[0008]5、運行中氣動噪聲大，影響周圍環境。
[0009]以上問題的存在，嚴重製約著風能的有效利用和風力機產業的發展進程。
實用新型內容
[0010]有鑑於此，本實用新型提供了一種高氣動性能風力機葉片，能夠使風力機葉片在具有高氣動性能的基礎上同時具備啟動風速低、工作噪聲低以及功率輸出特性平穩的特性。
[0011]為了解決上述技術問題，本實用新型是這樣實現的:一種高氣動性能風力機葉片，由葉片翼型和葉根兩部分組成，所述葉片翼型部分表面的三維結構由十個翼型面翼型曲線連續光滑過渡生成；所述每個翼型面翼型曲線分別由背風面曲線和迎風面曲線組成；定義坐標系的原點為第一翼型面翼型曲線的前緣點，葉片葉展方向為Z軸的正方向，風輪軸的方向為Y軸方向，另一同時垂直於Z軸和Y軸的方向為X軸方向；同時定義所述十個翼型面翼型曲線的0°旋轉角位於X正向軸上，Y正向軸為90°旋轉角；所述十個翼型面翼型曲線的前緣點坐標按所屬空間位置依次為(0，O, O)、(O, O, 70)、(O, O, 140)、(O, O, 210)、(O, O, 280)、(O, O, 350)、(O, O, 420)、(O, O, 490)、(O, O, 560)、(O, O, 595);所述十個翼型面分別平行於XOY平面且依次沿Z軸的正方向排列，所述十個翼型面在過各自前緣點且垂直於Z軸的平面內以其前緣點為中心旋轉的角度依次為::28.95°、20.10°、14.00°、10.07°、7.69° ,6.26° ,5.19° ,3.87° ,1.71° ,0.12°。
[0012]葉根由固定段和過渡段組成，固定段為矩形結構，其上加工有Y軸方向的螺栓孔，螺栓孔用於與風輪機輪轂固定連接，過渡段連接固定段和葉片翼型部分的第一翼型面。
[0013]葉片具體生產實現工藝，可通過上述十個特徵翼型面曲線實際結構和三維空間相對位置關係定義連接光滑過渡生成葉片外形結構的加工模具，進而通過例如模具注塑等工藝實現葉片的實體加工。
[0014]有益效果:
[0015]I)低啟動風速。該葉片經實際測試，可在2.7m/s來流風速下啟動工作，較傳統翼型葉片大於3m/s的啟動風速，有明顯的優勢，更適合低風速地區或城市中低品質風能的利用。
[0016]2)高風能利用係數。本實用新型葉片經實際測試,在4?10m/s(10m/s為設計額定風速)來流風速範圍內，風能利用係數均明顯高於美國經典翼型NACA4415設計的葉片，且在7?9m/s來流風速範圍內，風能利用係數均達到40%以上(見表I )，在小型風力機葉片中，屬高風能利用係數葉片。
[0017]3)優良的輸出平穩性和失速特性。該葉片經實際測試，在4?10m/s(10m/s為設計額定風速)來流風速範圍內，功率輸出特性平穩，且未發現失速現象的發生。
[0018]4)優良的氣動噪聲。該葉片經實際測試，啟動噪聲明顯低於傳統翼型葉片。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是本實用新型的外形結構示意圖；
[0020]圖2是本實用新型的透視圖；
[0021]圖3是本實用新型的十個翼型面翼型曲線在葉片上的分布圖；
[0022]圖4是第一翼型面的翼型曲線輪廓圖；
[0023]圖5是第二翼型面的翼型曲線輪廓圖；
[0024]圖6是第三翼型面的翼型曲線輪廓圖；
[0025]圖7是第四翼型面的翼型曲線輪廓圖；
[0026]圖8是第五翼型面的翼型曲線輪廓圖；
[0027]圖9是第六翼型面的翼型曲線輪廓圖；
[0028]圖10是第七翼型面的翼型曲線輪廓圖；
[0029]圖11是第八翼型面的翼型曲線輪廓圖；
[0030]圖12是第九翼型面的翼型曲線輪廓圖；
[0031]圖13是第十翼型面的翼型曲線輪廓圖；
[0032]其中:1_第一翼型面、2-第二翼型面、3-第三翼型面、4-第四翼型面、5-第五翼型面、6-第六翼型面、7-第七翼型面、8-第八翼型面、9-第九翼型面、10-第十翼型面、11-葉根、12-葉片翼型。
【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖並舉實施例，對本實用新型進行詳細描述。
[0034]如附圖1、2和3所示，本實用新型的高氣動性能風力機葉片，由葉片翼型12和葉根11兩部分組成，葉片總長700mm，葉片翼型部分由十個翼型面翼型曲線連續光滑過渡生成，如附圖4~13所示，十個翼型面所對應的弦長依次為:第一翼型面I是193.2mm，第二翼型面2是174.5mm，第三翼型面3是155.9mm，第四翼型面4是137.2mm,第五翼型面5是118.5mm,第六翼型面6是99.9mm,第七翼型面7是81.2mm,第八翼型面8是62.5mm,第九翼型面9是43.8mm,第十翼型面10是34.5mm,；
[0035]十個翼型面翼型曲線分別由背風面曲線和迎風面曲線組成，如附圖1中的坐標系所示，定義坐標系的原點為第一翼型面翼型曲線的前緣點，葉片葉展方向為Z軸的正方向，風輪軸的方向為Y軸方向，另一同時垂直於Z軸和Y軸的方向為X軸方向；同時定義所述十個翼型面翼型曲線的0°旋轉角位於X正向軸上，Y正向軸為90°旋轉角；所述十個翼型面翼型曲線的前緣點坐標按所屬空間位置依次為(0，0，O)、(0，0，70)、(0，0，140)、(0，0，210)、(O, O, 280)、(O, O, 350)、(O, O, 420)、(O, O, 490)、(O, O, 560)、(O, O, 595);所述十個翼型面分別平行於XOY平面且依次沿Z軸的正方向排列，所述十個翼型面在過各自前緣點且垂直於Z軸的平面內以其前緣點為中心旋轉的角度依次為::28.95°、20.10°、14.00°、10.07°、7.69°、6.26°、5.19°、3.87°、1.71°、0.12° ;十個翼型面翼型曲線連續光滑過渡後生成葉片翼型表面；
[0036]葉根11由固定段和過渡段組成，固定段為矩形結構，其上加工有三個Y軸方向的螺栓孔，螺栓孔用於與風輪機輪轂固定連接，過渡段連接固定段和葉片翼型12的第一翼型面。
[0037]十個翼型面翼型曲線對應的坐標值如下表:
[0038]第一翼型面背風面曲`線和迎風面曲線對應的坐標值分別滿足:
【權利要求】
1.一種高氣動性能風力機葉片，由葉片翼型和葉根兩部分組成，其特徵在於所述葉片翼型部分表面的三維結構由十個翼型面翼型曲線連續光滑過渡生成，所述每個翼型面翼型曲線分別由背風面曲線和迎風面曲線組成；定義坐標系的原點為第一翼型面翼型曲線的前緣點，葉片葉展方向為Z軸的正方向，風輪軸的方向為Y軸方向，另一同時垂直於Z軸和Y軸的方向為X軸方向；同時定義所述十個翼型面翼型曲線的0°旋轉角位於X正向軸上，Y正向軸為90°旋轉角；所述十個翼型面翼型曲線的前緣點坐標按所屬空間位置依次為(O, O, 0),(0, O, 70),(0, O, 140),(0, O, 210),(0, O, 280),(0, O, 350),(0, O, 420),(0, O, 490)、(O, O, 560)、(O, O, 595);所述十個翼型面分別平行於XOY平面且依次沿Z軸的正方向排列，所述十個翼型面在過各自前緣點且垂直於Z軸的平面內以其前緣點為中心旋轉的角度依次為:28.95° ,20.10° ,14.00° ,10.07° ,7.69° ,6.26° ,5.19° ,3.87° ,1.71°、0.12° ; 所述葉根由固定段和過渡段組成，固定段為矩形結構，其上加工有Y軸方向的螺栓孔，過渡段連接固定段和葉片翼型部分的第一翼型面。
2.如權利要求1所述的高氣動性能風力機葉片，其特徵在於所述第一翼型面背風面曲線和迎風面曲線對應的坐標值分別滿足:
【文檔編號】F03D1/06GK203515956SQ201320535473
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年8月30日 優先權日:2013年8月30日
【發明者】汪建文, 馬劍龍, 劉雄飛, 魏海姣, 董波 申請人:內蒙古工業大學