[發(fā)明專利]一種模塊化風(fēng)力機(jī)葉片局部增效設(shè)計方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201610547649.4 | 申請日: | 2016-07-12 |
| 公開(公告)號: | CN107605667B | 公開(公告)日: | 2020-12-15 |
| 發(fā)明(設(shè)計)人: | 李榮 | 申請(專利權(quán))人: | 北京博比風(fēng)電科技有限公司 |
| 主分類號: | F03D80/00 | 分類號: | F03D80/00 |
| 代理公司: | 北京慕達(dá)星云知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11465 | 代理人: | 李冉 |
| 地址: | 100176 北京市大興區(qū)經(jīng)濟(jì)技*** | 國省代碼: | 北京;11 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關(guān)鍵詞: | 一種 模塊化 風(fēng)力機(jī) 葉片 局部 增效 設(shè)計 方法 | ||
本發(fā)明的主要任務(wù)是以數(shù)值計算方法為手段,通過分析風(fēng)力機(jī)葉片風(fēng)能利用效率分布規(guī)律,發(fā)現(xiàn)風(fēng)力機(jī)葉片效率轉(zhuǎn)換較低的部位,并在相應(yīng)位置設(shè)計模塊化的氣動增效部件,達(dá)到提升風(fēng)力機(jī)葉片風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率。理論和試驗(yàn)分析結(jié)果表明:該方法采用模塊化設(shè)計方便現(xiàn)有葉片的改造安裝,針對現(xiàn)有葉片的風(fēng)能利用短板進(jìn)行改進(jìn),能夠有效提升葉片風(fēng)能利用系數(shù),與常規(guī)的葉片增效相比,具有設(shè)計周期短,見效快的優(yōu)點(diǎn)。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種模塊化風(fēng)力機(jī)葉片局部增效設(shè)計方法。
背景技術(shù)
風(fēng)力機(jī)葉片是風(fēng)力機(jī)的核心部件,風(fēng)力機(jī)葉片的氣動外形決定了風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)換風(fēng)能的效率。為了提高風(fēng)力機(jī)發(fā)電效率,在葉片設(shè)計之初,優(yōu)化風(fēng)力機(jī)葉片的氣動外形是一條重要途徑。然而,在葉片設(shè)計定型并且生產(chǎn)、安裝到位后,再通過優(yōu)化改變風(fēng)力機(jī)葉片的整體外形來提升風(fēng)力機(jī)效率則不再可行。
本專利以數(shù)值計算方法為手段,通過分析風(fēng)力機(jī)葉片風(fēng)能利用效率分布規(guī)律,發(fā)現(xiàn)風(fēng)力機(jī)葉片效率轉(zhuǎn)換較低的部位,并在相應(yīng)位置設(shè)計模塊化的氣動增效部件,達(dá)到提升風(fēng)力機(jī)葉片風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率。理論和試驗(yàn)分析結(jié)果表明:該方法采用模塊化設(shè)計方便現(xiàn)有葉片的改造安裝,針對現(xiàn)有葉片的風(fēng)能利用短板進(jìn)行改進(jìn),能夠有效提升葉片風(fēng)能利用系數(shù),與常規(guī)的葉片增效相比,具有設(shè)計周期短,見效快的優(yōu)點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有風(fēng)力機(jī)葉片無法進(jìn)行整體優(yōu)化進(jìn)而提升風(fēng)能利用效率的缺陷,本發(fā)明提供了一種模塊化風(fēng)力機(jī)葉片局部增效設(shè)計方法,從而解決了現(xiàn)有風(fēng)力機(jī)葉片增效難題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
首先,根據(jù)數(shù)值仿真結(jié)果,確定原葉片風(fēng)能利用效率較低的部位,對于無翼梢小翼的葉片,一般在葉根和葉梢,并分別針對葉根和葉梢開展局部增效模塊設(shè)計。
葉根增效部件命名為根箱,一般為外形不規(guī)則的箱體,其外形依據(jù)原葉片根部外形不同而不同,一個性能突出的根箱應(yīng)包含箱體、弦向擾流片和后緣展向擾流片。根箱模塊的增效設(shè)計原理是:一、改變?nèi)~根處的翼型形狀,在葉根原始翼型基礎(chǔ)上,設(shè)計升阻比更高的鈍尾緣翼型;二、增大葉根迎風(fēng)面積,提升葉根風(fēng)能利用系數(shù)。
為了降低根箱重量,設(shè)計根箱時,一般采用半包形式,及根箱沿葉片展向各控制面翼型前緣依然采用原葉片前緣,設(shè)計新的翼型中部及后緣與原葉片前緣銜接。根箱沿葉片弦向的長度受到根箱與塔架之間安全距離的限制,即確保根箱安裝到位后,任意變化葉片槳矩角時葉片與塔架之間都保持有一定安全距離。根箱沿葉片的展向長度,一般從距離葉根底部1.5~3倍底部直徑開始,到原葉片弦向長度最大位置為止。
為了進(jìn)一步提升根箱的風(fēng)能利用效率,在根箱上下表面上沿葉片展向布置一定數(shù)量的弦向擾流片,弦向擾流片的存在抑制了箱體上橫向流動發(fā)展,其外形與當(dāng)?shù)亓骶€保持一致。在根箱后緣端面上布置展向 擾流片,目的是分割根箱后緣底部產(chǎn)生的分離渦,其位置位于根箱后緣底部中間位置,長度占根箱長度的80%。
葉梢增效部件主要為葉梢延伸及翼梢小翼。葉梢延伸部件的增效設(shè)計原理是通過增加葉片的展向長度從而增大葉片受力面積,翼梢小翼的設(shè)計原理主要是通過削弱翼尖渦強(qiáng)度從而減小主葉片誘導(dǎo)阻力并增加升力,以上兩者共同作用產(chǎn)生更大的推力和輸出功率。
設(shè)計葉梢延伸部件時,需切除原葉片梢部收縮部分,延伸部分與主葉片的前緣后掠角、后緣后掠角、扭轉(zhuǎn)角等參數(shù)一致,葉梢延伸部件一端套在原葉片梢部以銜接主葉片和葉梢增效部件,另一端與翼梢小翼連接。
設(shè)計翼梢小翼時,需首先根據(jù)葉片與塔架之間安全距離的限制確定小翼的高度,再對小翼的翼型、前緣起始位置、安裝角、扭轉(zhuǎn)角、傾斜角等幾何參數(shù)分別開展設(shè)計,以氣動性能最優(yōu)為目標(biāo)通過數(shù)值仿真確定小翼的各項幾何參數(shù),最后通過設(shè)計過渡段使翼梢小翼與葉梢延伸進(jìn)行連接。
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