新型風(fēng)力機(jī)葉片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種風(fēng)力機(jī)葉片，具體地，涉及一種具有對(duì)稱小翼的新型風(fēng)力機(jī)葉片。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)力機(jī)是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能的機(jī)械裝置，葉片的氣動(dòng)設(shè)計(jì)水平會(huì)影響風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)子的捕風(fēng)能力、除葉片之外的其他部件選型、控制策略的實(shí)現(xiàn)水平以及整機(jī)的可靠性，直接影響風(fēng)力機(jī)的發(fā)電成本。
[0003]風(fēng)力機(jī)在運(yùn)行時(shí)，由于葉片上、下表面(吸力面和壓力面)壓力差的作用，通過(guò)葉片上下表面的氣流不僅會(huì)在葉片葉頂卷起一個(gè)逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的葉尖渦(從葉片前緣向尾緣方向看)，而且會(huì)在葉片尾緣匯合成一個(gè)旋渦面，并從整個(gè)尾緣順著氣流拖出，這個(gè)渦正好在葉片葉頂內(nèi)側(cè)卷成集中渦束，這個(gè)集中渦束是葉片產(chǎn)生升力的副產(chǎn)物，其中含有大量動(dòng)能，其產(chǎn)生的能量附加到葉片的阻力上形成誘導(dǎo)阻力，成為風(fēng)力機(jī)運(yùn)行時(shí)的主要能量損失。
[0004]為降低誘導(dǎo)阻力，可在葉片葉頂加裝葉頂小翼，從降低葉片誘導(dǎo)阻力的機(jī)理來(lái)說(shuō)，葉頂小翼具有端板的作用，能夠阻擋葉片上下表面的繞流，也就是削弱了葉尖渦的強(qiáng)度，從而增大了葉片的展弦比，起到減小誘導(dǎo)阻力和增加升力的作用；同時(shí)，葉尖小翼具有分散葉尖渦的作用，能削弱葉片的葉尖渦，將葉尖集中渦破碎成許多小渦線，由于空氣黏性耗散的作用，在一定程度上可降低渦線渦強(qiáng)，減小對(duì)下游風(fēng)力機(jī)的入流環(huán)境的影響。
[0005]但是，另一方面，加裝葉頂小翼后，從結(jié)構(gòu)考慮，風(fēng)力機(jī)葉片在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中在葉頂加裝的單向彎曲小翼所產(chǎn)生的離心力會(huì)導(dǎo)致風(fēng)力機(jī)葉片葉根處揮舞力矩的增加；從氣動(dòng)角度考慮，在葉頂加裝的單向彎曲小翼在工作過(guò)程中也會(huì)導(dǎo)致葉片葉根揮舞力矩的增加。隨著風(fēng)力機(jī)巨型化的發(fā)展，水平軸風(fēng)力機(jī)運(yùn)行時(shí)設(shè)備的可靠性成為衡量風(fēng)力機(jī)性能的重要標(biāo)準(zhǔn)。葉片葉根處揮舞力矩是風(fēng)力機(jī)葉片、主軸、機(jī)艙及其他設(shè)備疲勞載荷的主要來(lái)源，影響風(fēng)力機(jī)葉片及其他設(shè)備的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。因此在提高風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)效率的同時(shí)控制葉片葉根處載荷水平是進(jìn)一步降低風(fēng)力機(jī)發(fā)電成本的重要手段。
[0006]就風(fēng)力機(jī)小翼裝置，專利CN1563707A、JP2004084590、US7931444B2、US7997875B2以不同的小翼形狀定義方法采用與風(fēng)力機(jī)葉片相同翼型提出風(fēng)力機(jī)葉片葉頂單向彎曲小翼裝置。中國(guó)專利CN201155424Y、CN1563707A采用類似機(jī)翼帆片的裝置用于風(fēng)力機(jī)葉片葉頂小翼。該些專利文獻(xiàn)中，小翼均采用單向彎曲方式，改變風(fēng)力機(jī)葉片上環(huán)量分布以及葉尖渦渦強(qiáng)和結(jié)構(gòu)，減小了葉片上誘導(dǎo)阻力，提高風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)效率，但均未考慮由葉尖小翼離心力及氣動(dòng)載荷對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片葉根處揮舞力矩的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種新型風(fēng)力機(jī)葉片。該新型風(fēng)力機(jī)葉片葉尖部具有對(duì)稱小翼，在有效提高風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)效率的同時(shí)具有更低的葉片葉根揮舞力矩，具有降低對(duì)風(fēng)力機(jī)各部件強(qiáng)度水平要求，提高風(fēng)力機(jī)部件可靠性程度，減小風(fēng)力機(jī)發(fā)電成本的優(yōu)點(diǎn)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種新型風(fēng)力機(jī)葉片，包括:主葉片、葉片尖部延伸段和對(duì)稱小翼，葉片尖部延伸段分別與主葉片和對(duì)稱小翼連接，且葉片尖部延伸段的弦長(zhǎng)由主葉片尖部弦長(zhǎng)向小翼根部弦長(zhǎng)平滑過(guò)渡；其中，對(duì)稱小翼包括第一小翼和第二小翼，第一小翼和第二小翼對(duì)稱設(shè)置，且第一小翼和第二小翼均具有升力翼型，第一小翼和第二小翼的吸力面均面朝風(fēng)力機(jī)。
[0009]優(yōu)選地，第一小翼和第二小翼根部的弦長(zhǎng)為葉片尖部弦長(zhǎng)的60%?90%。
[0010]優(yōu)選地，第一小翼和第二小翼根部的厚度為葉片尖部的厚度的20%?50%。
[0011]優(yōu)選地，第一小翼和第二小翼的高度為小翼根部弦長(zhǎng)的100%?200%。
[0012]優(yōu)選地，第一小翼和第二小翼的后掠角為0°?60°，反角為20°?90°。
[0013]本發(fā)明在風(fēng)機(jī)葉片的尖部添加了一對(duì)對(duì)稱的第一小翼和第二小翼，第一小翼和第二小翼分別安裝在葉片尖部的迎風(fēng)面和背風(fēng)面。其有利于改善葉片的氣動(dòng)布局。在工作狀況下的葉片尖部會(huì)受到壓力面與升力面壓差的作用而產(chǎn)生很大的葉尖渦流，對(duì)稱小翼的設(shè)計(jì)能夠大大的降低渦流的強(qiáng)度，削弱誘導(dǎo)阻力。氣體流動(dòng)會(huì)對(duì)葉片產(chǎn)生一定的扭矩，在葉片尖部的地方會(huì)受到很大的影響，由于對(duì)稱小翼采用升力翼型，能夠削弱和平衡葉尖的扭應(yīng)力，使葉片更好地達(dá)到機(jī)械強(qiáng)度的要求。
[0014]和傳統(tǒng)小翼結(jié)構(gòu)類似，本小翼發(fā)明首先起到阻擋葉片壓力面氣流向吸力面的擾流，削弱了葉尖渦的強(qiáng)度在一定程度上增加了風(fēng)力機(jī)葉片的有效展弦比，起到減小誘導(dǎo)阻力的作用。其次，本發(fā)明起到分散葉尖渦，將葉尖集中渦破碎成許多小渦線，加快葉尖渦粘性耗散速度降低葉尖渦對(duì)下游風(fēng)力機(jī)的影響；同時(shí)，本發(fā)明的對(duì)稱小翼不僅可以降低在旋轉(zhuǎn)過(guò)程小翼上離心力對(duì)整個(gè)葉片結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響，還可以減小運(yùn)行過(guò)程中由小翼對(duì)葉根處產(chǎn)生的額外揮舞力矩對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片強(qiáng)度的影響。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)得當(dāng)，具有良好的改善效果，是基于主葉片葉形無(wú)需改變下的局部?jī)?yōu)化，達(dá)到了減小葉尖渦流，平衡葉片應(yīng)力的效果，整體上改善了葉片的工作性能，在有效提高風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)效率的同時(shí)具有更低的葉片葉根揮舞力矩，具有降低對(duì)風(fēng)力機(jī)各部件強(qiáng)度水平要求，提高風(fēng)力機(jī)部件可靠性程度，減小風(fēng)力機(jī)發(fā)電成本的優(yōu)點(diǎn)。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有減小葉尖渦流、平衡葉片應(yīng)力、提高風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)效率、降低葉片葉根揮舞力矩，降低對(duì)風(fēng)力機(jī)各部件強(qiáng)度水平要求，提高風(fēng)力機(jī)部件可靠性程度，減小風(fēng)力機(jī)發(fā)電成本的有益效果。
【附圖說(shuō)明】
[0015]通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0016]圖1為本發(fā)明新型風(fēng)力機(jī)葉片的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明新型風(fēng)力機(jī)葉片的正視圖；
[0018]圖3為本發(fā)明新型風(fēng)力機(jī)葉片的側(cè)視圖。
[0019]圖中:1為對(duì)稱小翼，101為第一小翼，102為第二小翼，2為尖部延伸段，3為主葉片，4為葉片前緣，5為葉片后緣，Iitl為主葉片高度，h i為小翼高度，IC1為葉尖弦長(zhǎng)，I工為小翼根部弦長(zhǎng)，a為小翼后掠角，7為葉片壓力面，8為葉片吸力面，9為小翼吸力面，10為小翼壓力面，h為葉尖厚度，t i為小翼根部厚度，b為小翼反角。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0021]請(qǐng)同時(shí)參閱圖1至圖3，一種新型風(fēng)力機(jī)葉片，包括:主葉片、葉片尖部延伸段和對(duì)稱小翼，葉片尖部延伸段分別與主葉片和對(duì)稱小翼連接，且葉片尖部延伸段的弦長(zhǎng)由主葉片尖部弦長(zhǎng)向小翼根部弦長(zhǎng)平滑過(guò)渡；其中，對(duì)稱小翼包括第一小翼和第二小翼，第一小翼和第二小翼對(duì)稱設(shè)置，且第一小翼和第二小翼均具有升力翼型