[發明專利]一種具有前緣延伸增功裝置的風力機葉片及其設計方法

在審

• 申請號: 202210284371.1
• 申請日: 2022-03-22
• 公開（公告）號: CN114658595A
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 虞小兵;張林偉;蔡安民;陳浩;彭閣;李林川;林偉榮;李力森;李媛;金強
• 申請（專利權）人: 華能湖北新能源有限責任公司;中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司
• 主分類號: F03D1/06
• 分類號: F03D1/06;G06F30/17;G06F30/28;G06F113/06;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 朱海臨

本發明屬于風力發電領域，涉及一種具有前緣延伸增功裝置的風力機葉片，包括原葉片翼型，在原葉片翼型前緣增設延伸增功裝置，延伸增功裝置和原葉片翼型前緣的接觸面形狀與原翼型前緣外形相同；延伸增功裝置處于下翻姿態；延伸增功裝置與原葉片翼型形成新翼型外形，新翼型外形的升力系數大于原葉片翼型的升力系數，阻力系數小于原葉片翼型的阻力系數。降低翼型的相對厚度，來改善翼型本身的氣動性能，增加翼型的升力系數以及降低阻力系數；同時也增加了翼型的弦長，增大受力面積，提高葉片出力。

技術領域

本發明屬于風力發電領域，涉及一種具有前緣延伸增功裝置的風力機葉片及其設計方法。

背景技術

風力機葉片作為風電機組捕獲風能的主要部件，其氣動性能的優劣直接決定了風能轉化效率的高低。在葉片設計時，優先考慮設計其氣動外形和氣動性能，如標準或修正翼型、弦長、扭角、預彎，當氣動性能達到設計最優時，開始葉片的結構設計，為滿足機組運行時葉片的結構安全性、噪聲控制、尾緣脫落渦控制等要求，通過迭代尋優，對葉片的結構外形進行優化設計。最終的結果是犧牲葉片的部分氣動性能，而不得不在葉片中部選擇中等厚度翼型，根部選用大厚度翼型。選擇大中厚度翼型的直接影響是氣動攻角增大，氣流在這些翼型處易發生分離。

目前對抑制氣流分離進而達到增功的方法有很多，常見的有延遲或抑制失速發生的渦流發生器、改善尾緣脫落渦并提高升阻比的格尼襟翼以及擾流板等，大都是通過在葉片表面粘貼或安裝對應的增功附件來改善翼型和葉片的氣動性能，提高葉片捕獲風能的能力。因此對翼型和葉片的氣動優化設計和增功裝置一直都是風電機組空氣動力學范疇的研究熱點之一。

而上述方式均是不改變翼型的形狀和氣流流經翼型時的攻角，采用氣動附件來實現抑制氣流分離的效果，增功效果并不顯著。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有前緣延伸增功裝置的風力機葉片及其設計方法，解決了采用氣動附件來實現抑制氣流分離，增功效果并不顯著的問題。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種具有前緣延伸增功裝置的風力機葉片，包括原葉片翼型，在原葉片翼型前緣增設延伸增功裝置，所述延伸增功裝置和原葉片翼型前緣的接觸面形狀與原翼型前緣外形相同；

延伸增功裝置處于下翻姿態；

延伸增功裝置與原葉片翼型形成新翼型外形，新翼型外形的升力系數大于原葉片翼型的升力系數，阻力系數小于原葉片翼型的阻力系數。

進一步，下翻角為θ，θ＝0～15°。

進一步，延伸增功裝置最前緣與原葉片翼型最前緣的距離為延伸長度，記為L，L＝(10％～30％)*c；c為原葉片翼型的弦長；

延伸后新翼型的相對厚度的公式為：Ty＝D/(L+c)；D為原葉片翼型厚度方向的最長距離；

D＝T_h*c，T_h為原葉片翼型相對厚度。

進一步，延伸增功裝置粘接或鉚接在原葉片翼型前緣；

延伸增功裝置的材質與原葉片翼型材質相同，延伸增功裝置為預制件。

進一步，延伸增功裝置的內部帶有腹板。

本發明還公開了所述具有前緣延伸增功裝置的風力機葉片的設計方法，包括以下步驟：

S1、選取一葉片模具作為原葉片翼型，計算擬優化的葉片各截面翼型在V_in～V_rate風速內，每個風速V_i下各截面位置對應的攻角α_n，風速間隔取值1～2m/s；V_in表示切入風速、V_rate表示額定功率對應的風速；