[發(fā)明專利]一種加肋開槽型風力機葉片

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310386706.1
• 申請日: 2013-08-30
• 公開（公告）號: CN103410657A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 汪建文;馬劍龍;劉雄飛;魏海姣;董波
• 申請（專利權(quán)）人: 內(nèi)蒙古工業(yè)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(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種風力機葉片，具體涉及一種加肋開槽型風力機葉片，屬于風能利用技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

風力機是通過風輪葉片汲取風能，進而將機械能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。風力機葉片是風力發(fā)電機的關(guān)鍵動力部件，決定著風力機的風能利用率。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(jié)構(gòu)決定著風輪的氣動性能優(yōu)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(tǒng)風力機葉片翼型的結(jié)構(gòu)來源于航空翼型，導致傳統(tǒng)風力機翼型葉片在使用中存在以下幾個關(guān)鍵技術(shù)缺陷：

1、當運行在低雷諾數(shù)時，葉片前緣對粗糙度的變化較敏感，升阻比惡化現(xiàn)象嚴重，極大地影響了其功率輸出的平穩(wěn)性。

2、在較寬尖速比范圍內(nèi)功率系數(shù)變化易產(chǎn)生大幅度波動，且容易發(fā)生失速現(xiàn)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(fā)電系統(tǒng)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(huán)境。

6、為追求高的風能利用率，葉片翼型設(shè)計較薄，抗彎曲能力差，易損傷，造成風力機設(shè)備運行中由于振動而造成的疲勞損傷事故多發(fā)。

以上問題的存在，嚴重制約著風能的有效利用和風力機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進程。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種加肋開槽型風力機葉片，能夠在保證風力機葉片在具有較高氣動性能的基礎(chǔ)上同時具備高的結(jié)構(gòu)強度，從而有效提升風力機葉片運行過程中的抗彎能力，解決風力機因振動而產(chǎn)生疲勞損傷，進而造成風力機運行壽命嚴重縮水的難題，本發(fā)明的風力機葉片還具備啟動風速低、風能利用系數(shù)高、工作噪聲低以及功率輸出特性平穩(wěn)的特性。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：一種加肋開槽型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(jié)構(gòu)由十個翼型面翼型曲線連續(xù)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，所述背風面曲線上具有下凹和上凸曲線；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(zhuǎn)角位于X正向軸上，Y正向軸為90°旋轉(zhuǎn)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(nèi)以其前緣點為中心旋轉(zhuǎn)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°；所述十個翼型面翼型曲線連續(xù)光滑過渡后生成葉片翼型部分表面；其中，所述十個翼型面背風面曲線的下凹曲線光滑過渡后生成葉片翼型部分表面的開槽結(jié)構(gòu)，十個翼型面背風面曲線的上凸曲線光滑過渡后生成葉片翼型部分表面的加肋結(jié)構(gòu)；加肋中心的位置在以翼型面翼型曲線前緣點為基點弦線方向的90%處，開槽中心的位置在以翼型面翼型曲線前緣點為基點弦線方向的51%處。

葉根由固定段和過渡段組成，固定段為矩形結(jié)構(gòu)，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的第一翼型面。

葉片具體生產(chǎn)實現(xiàn)工藝，可通過上述十個特征翼型面曲線實際結(jié)構(gòu)和三維空間相對位置關(guān)系定義連接光滑過渡生成葉片外形結(jié)構(gòu)的加工模具，進而通過例如模具注塑等工藝實現(xiàn)葉片的實體加工。

有益效果：

1)低啟動風速。本發(fā)明的葉片可在2.7m/s來流風速下啟動工作，較傳統(tǒng)翼型葉片大于3m/s的啟動風速，有明顯的優(yōu)勢，更適合低風速地區(qū)或城市低品質(zhì)風能的利用。