[發明專利]風電葉片、風輪和風電葉片的翼型線的確定方法

在審

• 申請號: 202010690004.2
• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號: CN111664053A
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發明（設計）人: 張燦燦;張維恩;王婭萱;張淼淼;吳彤;劉舒萱
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: F03D1/06
• 分類號: F03D1/06;G06F17/11
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 張延薇

本發明涉及風電設備技術領域，具體而言，涉及一種風電葉片、風輪和風電葉片的翼型線的確定方法。風電葉片包括葉片本體，其上兩個側面為迎風面和背風面；迎風面的翼型線公式為：式中，s為迎風面的翼型線的軌跡，g為重力加速度，t為空氣微段從翼型線前緣流動到后緣的時間。風電葉片的翼型線的確定方法為：確定風電葉片的翼型弦長l，以翼型弦前緣或后緣為坐標原點，以t為橫坐標，s為縱坐標建立直角坐標系，再根據公式s²+t²＝l²和公式求出t，最后，以0～t為自變量，得到風電葉片的翼型。本發明可降低風電機組額定風速，提高風能利用率和風能轉化率。

技術領域

本發明涉及風電設備技術領域，具體而言，涉及一種風電葉片、風輪和風電葉片的翼型線的確定方法。

背景技術

目前，風力發電葉片翼型基本沿用航空器翼型，盡管根據風力發電葉片自身工況研制出了一些風電葉片翼型，但其基本思想仍屬航空器翼型的設計方法，從而限制了風電葉片風能利用率和風能轉化率的發揮。

發明內容

本發明的目的在于提供一種風電葉片、風輪和風電葉片的翼型線的確定方法，其能夠提供風能利用率和風能轉化率。

本發明的技術方案是這樣的：

一種風電葉片，其包括葉片本體，所述葉片本體上的兩個相對側面分別為迎風面和背風面；

所述迎風面的翼型線的公式為：

式中，s為所述迎風面的翼型線的軌跡，g為重力加速度，t為空氣微段從翼型線前緣流動到后緣的時間。

優選的，空氣微段從翼型線前緣流動到后緣的時間t的計算公式如下：

s²+t²＝l²；

式中，l為對應的風電葉片翼型弦長。

一種風輪，其包括上述任一項所述的風電葉片。

優選的，風輪還包括輪轂，所述風電葉片安裝于所述輪轂上。

一種風電葉片的翼型線的確定方法，確定風電葉片的翼型弦長l，根據翼型弦前緣或后緣為坐標原點建立直角坐標系，其中，以時間t為橫坐標，迎風面的翼型線的軌跡s為縱坐標，再根據公式s²+t²＝l²和公式求出t，最后，以0～t為自變量變化范圍，即可得到風電葉片的翼型。

優選的，確定風電葉片的翼型弦長l的方法為：

根據相對運動原理，得出空氣流經所述風電葉片的設定處時的初始相對運動速度其中，V表示空氣流入所述風電葉片的設定處時的初始絕對運動速度，ω表示風輪的旋轉角速度，r表示所述風電葉片上設定處與所述風輪的輪轂的軸線之間的距離；

根據空氣流經整個所述風電葉片時產生的對所述風電葉片的旋轉軸線的作用力矩的計算公式：

計算得出所述風電葉片上設定處所對應的葉片弦長l(r)的公式為：

其中，所述風電葉片的旋轉軸線為所述風輪的輪轂的軸線，ρ表示空氣的密度，R表示風電葉片的葉尖與所述風輪的輪轂的軸線之間的距離，β表示風電葉片的微元段在所述風輪的輪轂上的槳距角，R₀表示所述風輪的輪轂的半徑；θ表示空氣流入所述風電葉片的設定處時的初始相對運動速度與所述風輪的輪轂的軸線之間的夾角，α表示風電葉片的設定處的攻角。

優選的，流動空氣微段剛接觸甚或尚未接觸風電葉片的瞬時，從風電葉片翼型線前緣沿該翼型線流動的初始風速為0。