專利名稱：一種前突型水平軸風(fēng)力機(jī)葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種新型水平軸風(fēng)力發(fā)電葉片，涉及風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，可以有效提高風(fēng)力發(fā)電效率和擴(kuò)大風(fēng)力機(jī)適應(yīng)風(fēng)速范圍。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電是當(dāng)今世界最具發(fā)展前景的新能源發(fā)電技術(shù)之一，其大規(guī)模研發(fā)利用已成為21世紀(jì)世界各國新能源發(fā)展的重點。據(jù)統(tǒng)計，至2006年底風(fēng)電所占的比例約為世界總電能供應(yīng)量的0. 7%，到2010年底增加11倍(8% )，至IJ 2020年將達(dá)到世界總電能供應(yīng)的12%。中國到2020年可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中將占15%，市場需求達(dá)3980億美元，其中風(fēng)能占12%。相對當(dāng)前快速高漲的風(fēng)能需求，傳統(tǒng)風(fēng)電的問題也逐漸突顯出來。傳統(tǒng)風(fēng)力機(jī)葉片以動量葉素理論為指導(dǎo)，通過選取高升阻比翼型，按各翼型的氣動中心對其進(jìn)行展向排列來提高風(fēng)力機(jī)效率，然而如何對其優(yōu)化排列從而提高葉片的運行效率，長期的經(jīng)驗積累必不可少，也是各國技術(shù)壟斷的重點之一。風(fēng)力機(jī)依靠風(fēng)輪葉片汲取風(fēng)能，風(fēng)輪葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組核心部件之一，它直接影響著整機(jī)的性能和成本，約占整機(jī)成本的20% 25%。隨著一批高效航空翼型的出現(xiàn)， 風(fēng)力機(jī)葉片逐步采用航空翼型。但經(jīng)過人們的長期實踐應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)航空翼型并不能很好地滿足風(fēng)力機(jī)及其特殊運行環(huán)境的要求。從20世紀(jì)中葉，美國、丹麥和荷蘭等國家相繼以航空翼型為基礎(chǔ)，開始大量研究適用于風(fēng)力機(jī)的翼型。在上世紀(jì)90年代，美國研究出NACA44、 NACA63和NERL S型風(fēng)力機(jī)翼型，丹麥國家實驗室的Fuglsang等人用數(shù)值優(yōu)化的方式提出了 RisΦ-Al、RisΦ-P、RisO-Bl風(fēng)力機(jī)翼型，瑞典航空研究院提出了 FFA-W1、WZ、W3風(fēng)力機(jī)翼型，荷蘭Delft大學(xué)的Timmer和von Rooi j等人利用XFOIL開發(fā)了 DU翼型組。風(fēng)力機(jī)專用翼型組的誕生大大改變了風(fēng)力機(jī)的運行工況，增大了葉片的工況適應(yīng)性，具備低風(fēng)速下啟動，高風(fēng)速下延遲失速，降低對葉片前緣粗糙敏感度等功能。葉片的性能雖然大幅提高，但其運行效率普遍在35%左右，這與1擬6年貝茨根據(jù)空氣動力學(xué)原理計算出理想狀態(tài)下風(fēng)輪的極限效率59. 3%相比，還有很大的提升空間。由于自然界中風(fēng)速的不斷變化，人們意識到風(fēng)速的變化對風(fēng)力機(jī)性能有較大的影響，一直處于穩(wěn)定槳距角的葉片，只能在特定風(fēng)速范圍發(fā)揮出它的效率，而在其他風(fēng)速下， 效率一直很低，因此變槳距角風(fēng)力機(jī)應(yīng)運而生。變槳距角風(fēng)力機(jī)是通過不斷調(diào)節(jié)葉片的槳距角，使其一直處于最優(yōu)的工作狀態(tài)來提高風(fēng)力機(jī)效率。雖然變槳距角葉片在一定程度上提高了風(fēng)力機(jī)效率，但其調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，對風(fēng)速變化感應(yīng)的調(diào)節(jié)具有遲滯作用，因此大大增加了風(fēng)力機(jī)的制造成本且效果并不明顯。我國風(fēng)力發(fā)電起步晚，無論在翼型的研究、葉片的設(shè)計制造等一直處于落后狀態(tài)，因此找出提高風(fēng)機(jī)葉片效率的新途徑則顯得尤為重要，亟待解決；對推動我國的可持續(xù)發(fā)展，倡導(dǎo)綠色、健康、節(jié)能的生活環(huán)境，提高人們的生活質(zhì)量和身心健康，都將起到積極作用，具有廣闊的發(fā)展與應(yīng)用前景，可獲得巨大的社會和經(jīng)濟(jì)效
■、Λ
frff. ο發(fā)明內(nèi)容針對當(dāng)前水平軸風(fēng)力機(jī)葉片存在的風(fēng)能利用率低，高風(fēng)速下易失速等特點，本實用新型從葉片構(gòu)型出發(fā)，采用葉片空氣動力學(xué)曲線O)的構(gòu)型，使葉片風(fēng)能利用率和適用風(fēng)速范圍大為提高。為實現(xiàn)以上的技術(shù)目的，本實用新型將采用以下的技術(shù)方案前突型水平軸風(fēng)力機(jī)葉片(1)，空氣動力學(xué)曲線(2)前突，該曲線的最大彎度f (坐標(biāo)y軸)與展向長度c(坐標(biāo)χ軸)之比為f/c = 43%，最大彎度位置為^/c= 15. 7%,xf 為最大彎度處的χ軸坐標(biāo)；在展向長度c = 1下曲線擬合方程為y = -3. 9828x5+11. 2604x4_11. 0205x3+3. 6328x2+0. 1004x+0. 0095，曲線的具體坐標(biāo)值如表1所示。表1前突曲線上點分布
前突曲線上點分布前突曲線展向位置Xf/c前突曲線彎度f/c000.0146730.0109940.0310870.0212650.0619250.0362030.0833130.0445990.1248450.0599740.1591640.0731860.2347670.105210.3106190.1514730.3320070.1653430.3864710.1864880.4623230.1787430.5381750.1592120.5414080.1583810.6137780.1384950.6896290.1154870.7498130.0972720.7654810.0925040.8413330.0679210.9171850.0385040.9380750.0292770.9927880.00257610圖5為前突型水平軸風(fēng)力機(jī)葉片構(gòu)建示意圖，(a)為普通葉片，(b)為前突型葉片。 風(fēng)力機(jī)葉片由一系列翼型按不同攻角α (7)使其氣動中心沿直線排列而成，普通葉片(a) 葉片空氣動力學(xué)曲線⑵為直線；前突型葉片(b)翼型大小、攻角α (7)和普通葉片(a)相同，但翼型的氣動中心沿上述曲線排列。葉片在前緣方向前突(3)，分解了葉片旋轉(zhuǎn)方向的正面壓力，減小了旋轉(zhuǎn)過程中的阻力(4)；由于氣流被分解，流向改變，氣流流經(jīng)葉片表面的流線(5)變長，因而氣流流速降低，延遲了葉片失速現(xiàn)象，即在高風(fēng)速下葉片產(chǎn)生擺振的發(fā)生，增大了葉片適應(yīng)風(fēng)速的區(qū)域。葉片在前緣方向前突C3)增大了葉片與風(fēng)的接觸面積，從而使得捕風(fēng)量增加，使得整體效率提高。本實用新型的優(yōu)點是不需要采用其他輔助設(shè)備，加工方便，簡單易行，直接從葉片構(gòu)型出發(fā)。前緣方向前突的構(gòu)型減小了葉片旋轉(zhuǎn)過程中的阻力，延遲了葉片失速現(xiàn)象的發(fā)生，使得葉片整體運行工況和效率得到改善和提高。

圖1 (a)為前突型水平軸風(fēng)力機(jī)葉片主視圖。圖1(b)為圖1(a)的左視圖。
1(c)為圖1(a)的俯視圖。圖2為前突型水平軸風(fēng)力機(jī)葉片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3(a)為普通水平軸風(fēng)力機(jī)葉片吸力面流線示意圖。圖3(b)為前突型水平軸風(fēng)力機(jī)葉片吸力面的流線示意圖。圖4(a)為普通葉片結(jié)構(gòu)示意圖。圖4 (b)為圖4 (a)的A_A剖面圖。圖5為普通葉片和前突型水平軸風(fēng)力機(jī)葉片構(gòu)建示意圖。圖中1.前突型水平軸風(fēng)力機(jī)葉片2.葉片空氣動力學(xué)曲線2'.普通葉片葉片空氣動力學(xué)曲線3.葉片在前緣方向前突4.旋轉(zhuǎn)過程中的阻力5.氣流流經(jīng)葉片表面的流線6.葉素7.攻角αa.為普通葉片b.為前突型葉片C.展向長度(即葉展)d.葉根具體實施方式
5[0027]圖4(a) ,4(b)為普通葉片結(jié)構(gòu)示意圖，葉片包括葉根和葉展，葉根為圓柱型，長度范圍為0-0. 375m，其余為葉展。葉展由截面翼型(A-A)按一定序列的攻角α (7)排列，其排列順序如表2所示。表2葉片攻角分布
權(quán)利要求1.一種前突型水平軸風(fēng)力機(jī)葉片，包括葉素、攻角和葉片空氣動力學(xué)曲線，其特征在于，所述葉片空氣動力學(xué)曲線⑵前突，前突曲線的最大彎度f與展向長度C之比為f/c = 43%，最大彎度位置為 /c = 15. 7% ；展向長度c = 1時，曲線擬合方程為y = -3. 9828x5+11. 2604x4-11. 0205x3+3. 6328x2+0. 1004x+0. 0095。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種前突型水平軸風(fēng)力機(jī)葉片，其特征在于，所述葉片空氣動力學(xué)曲線O)的具體坐標(biāo)符合下表所示
專利摘要本實用新型涉及一種前突型水平軸風(fēng)力機(jī)葉片，屬于風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域。本實用新型技術(shù)方案葉片空氣動力學(xué)曲線(2)前突，該曲線的最大彎度f與展向長度c之比為f/c＝43％，最大彎度位置為xf/c＝15.7％；當(dāng)展向長度c＝1，曲線擬合方程為y＝-3.9828x5+11.2604x4-11.0205x3+3.6328x2+0.1004x+0.0095。葉片在前緣方向前突(3)。本實用新型在不改變傳統(tǒng)風(fēng)力機(jī)葉片設(shè)計方法的情況下，通過改變?nèi)~片翼型的排布形態(tài)，分解了葉片旋轉(zhuǎn)方向的正面壓力，減小了旋轉(zhuǎn)過程中的阻力(4)，同時增大了葉片與風(fēng)的接觸面積，捕風(fēng)量增加，使得整體效率提高；由于氣流被分解，流向改變，氣流流經(jīng)葉片表面的流線(5)變長，降低了氣流流速，延遲了葉片失速現(xiàn)象，增大了葉片適應(yīng)風(fēng)速的區(qū)域。
文檔編號F03D1/06GK202209250SQ201120326240
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月2日
發(fā)明者叢茜, 劉玉榮, 華欣, 商延賡, 張成春, 田為軍, 石磊, 金敬福, 馬毅, 齊迎春 申請人:吉林大學(xué)