[發明專利]一種加厚型高氣動性能風力機葉片

有效

• 申請號: 201310385320.9
• 申請日: 2013-08-30
• 公開（公告）號: CN103423083A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 汪建文;馬劍龍;劉雄飛;魏海姣;董波
• 申請（專利權）人: 內蒙古工業大學
• 主分類號: F03D1/06
• 分類號: F03D1/06
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 仇蕾安;郭德忠

技術領域

本發明涉及一種風力機葉片，具體涉及一種加厚型風力機葉片，屬于風能利用技術領域。

背景技術

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并輸出。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。

傳統風力機葉片翼型的結構來源于航空翼型，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：

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。

2、在較寬尖速比范圍內功率系數變化易產生波動，且容易發生失速現象，功率峰值亦存在較大的波動性。

3、風力機啟動風速要求較高，不適合低速風能資源的利用。

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。

5、運行中氣動噪聲大，影響周圍環境。

6、為追求高的氣動性能，葉片翼型設計過薄，尤其是在后緣點處容易斷裂，易使葉片發生疲勞損傷，造成風力機設備事故多發。

以上問題的存在，嚴重制約著風能的有效利用和風力機產業的發展進程。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種加厚型高氣動性能風力機葉片，對葉片翼型前、后緣點處加厚，能夠使風力機葉片在具有高氣動性能的基礎上具備啟動風速低、風能利用系數高以及功率輸出特性平穩的特性，同時加厚的葉片具有高的抗彎和抗疲勞損傷性能。

為了解決上述技術問題，本發明是這樣實現的：一種加厚型高氣動性能風力機葉片，由葉片翼型和葉根兩部分組成，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，另一同時垂直于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°旋轉角位于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（0,0,0）、（0,0,70）、（0,0,140）、（0,0,210）、（0,0,280）、（0,0,350）、（0,0,420）、（0,0,490）、（0,0,560）、（0,0,595）；所述十個翼型面分別平行于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于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°；葉片翼型前、后緣點處進行加厚，使葉片厚度增大；

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，螺栓孔用于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；

所述十個翼型面背風面曲線和迎風面曲線對應的坐標值如下：

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：

第二翼型面背風面曲線和迎風面曲線對應的坐標值分別滿足：

第三翼型面背風面曲線和迎風面曲線對應的坐標值分別滿足：

第四翼型面背風面曲線和迎風面曲線對應的坐標值分別滿足：

第五翼型面背風面曲線和迎風面曲線對應的坐標值分別滿足：