[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

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。