风力涡轮机叶片及风力涡轮发电的制造方法
【专利摘要】本发明涉及风力发电领域，尤其涉及一种风力涡轮机叶片及风力涡轮发电机，风力涡轮机叶片包括刀锋部、用于与风力涡轮机的轮毂连接的叶片根部及设于刀锋部与叶片根部之间的翼型部分；翼型部分包括具有后缘的平背翼型件；平背翼型件的后缘厚度比Y的范围为5％-YH％；其中，后缘厚度比Y为后缘厚度与最大叶片厚度的比率；YH的数值通过下式求得：YH＝1.5X-30，式中，X为最大叶片厚度与弦长的比率，X的取值范围为大于40％且小于等于50％。本发明的翼型部分通过采用平背翼型设计，并将后缘厚度比控制在最佳的数值范围，在不增加叶片重量的基础上，提高了叶片的空气动力学特性，提高了风能的转换效率，增加了电力的生产量。
【专利说明】风力涡轮机叶片及风力涡轮发电机
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及风力发电领域，尤其涉及一种风力涡轮机叶片及风力涡轮发电机。
【背景技术】
[0002]近年来，使用风力涡轮发电机利用风力发电日益流行，在风力涡轮发电机中，风的动能通过叶片(即转子，包括叶片)的旋转将风能换成电能。如何通过叶片设计来提高风能的转换效率，以生产更多的电力，是人们研究的一个方向。相关技术中常通过增加叶片直径的做法来增加电力的生产量，然而大直径的叶片带来了较大的重量负载，这不仅增加了叶片的制造成本，而且还需要配套较大的外套及支撑件，这使得整个电动机的制造成本也大大增加。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种风力涡轮机叶片，以解决上述的问题。
[0004]在本发明的实施例中，提供了一种风力涡轮机叶片，包括:刀锋部、用于与风力涡轮机的轮毂连接的叶片根部及设于刀锋部与叶片根部之间的翼型部分；翼型部分包括具有后缘的平背翼型件；平背翼型件的后缘厚度比Y的范围为5%-YH%;其中，后缘厚度比Y为后缘厚度与最大叶片厚度的比率；YH的数值通过下式求得:YH = 1.5X-30，式中，X为最大叶片厚度与弦长的比率，X的取值范围为大于40%且小于等于50%。
[0005]进一步，当T彡-5S+5时，平背翼型件的后缘厚度比Y的取值满足:X-20彡Y彡1.5X-30 ;当T彡-5S+6时，平背翼型件的后缘厚度比Y的取值满足:5 ^ Y ^ 0.5X-5 ；当-5S+5〈T〈-5S+6时，平背翼型件的后缘厚度比Y的取值满足:0.5X-5〈Y〈X-20 ;其中，S = Lcmax/R, Lcmax为最大弦长，R为风力涡轮机叶片的旋转半径；T =RQ*Lr/R,RQ为刀锋部的圆周速度,Lr为特定弦长；Lr按下述规则选定:Lr距离风力润轮机叶片的旋转圆心的距离r与风力涡轮机叶片的旋转半径R的比值为0.8。
[0006]进一步，当X的取值范围为大于等于35%小于等于40%时，平背翼型件的后缘厚度比Y的取值满足X-35彡Y彡4X-130。
[0007]进一步，平背翼型件包括沿压力侧表面延伸至所述后缘的后面的压力侧延长面及沿吸入侧表面延伸至后缘的后面的吸入侧延长面。
[0008]进一步，翼型部分上设置有覆盖部件。
[0009]本发明的实施例还提供了一种风力涡轮发电机，包括上述的风力涡轮机叶片。
[0010]与现有技术相比本发明的有益效果是:翼型部分采用平背翼型设计，并将后缘厚度比控制在最佳的数值范围，在不增加叶片重量的基础上，提高了叶片的空气动力学特性，提高了风能的转换效率，增加了电力的生产量。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本发明风力涡轮发电机的结构示意图；
[0012]图2是本发明风力涡轮机叶片的立体图；
[0013]图3是本发明风力涡轮机叶片平背翼型件的结构示意图；
[0014]图4A是图2中的A-A截面图，4B是图2中的B-B截面图，4C是图2中的C-C截面图；
[0015]图5是本发明风力涡轮机叶片平背翼型件一个实施例的内部结构示意图；
[0016]图6是本发明风力涡轮机叶片平背翼型件另一个实施例的内部结构示意图。
[0017]图7是本发明风力涡轮机叶片平背翼型件一个实施例的截面图；
[0018]图8是本发明风力涡轮机叶片平背翼型件另一个实施例的截面图；
[0019]图9是本发明风力涡轮机叶片平背翼型件另一个实施例的截面图。
【具体实施方式】
[0020]下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
[0021]参图1至图9所示。图1是本发明风力涡轮发电机的结构示意图；图2是本发明风力涡轮机叶片的立体图；图3是本发明风力涡轮机叶片平背翼型件的结构示意图；图4A是图2中的A-A截面图，4B是图2中的B-B截面图，4C是图2中的C-C截面图；图5是本发明风力涡轮机叶片平背翼型件一个实施例的内部结构示意图；图6是本发明风力涡轮机叶片平背翼型件另一个实施例的内部结构示意图；图7是本发明风力涡轮机叶片平背翼型件一个实施例的截面图；图8是本发明风力涡轮机叶片平背翼型件另一个实施例的截面图；图9是本发明风力涡轮机叶片平背翼型件另一个实施例的截面图。
[0022]本实施例提供了一种风力涡轮机叶片1，包括:刀锋部2、用于与风力涡轮机的轮毂112连接的叶片根部4及设于刀锋部2与叶片根部4之间的翼型部分6 ;翼型部分6包括具有后缘8的平背翼型件10 ；
[0023]平背翼型件10的形状是由叶片厚度比X和后缘厚度比Y之间的关系表示，X为最大叶片厚度tmx与弦长Lc的比率，X = tMX/Lc0 Y为后缘厚度tTE与最大叶片厚度tmx的比率，Y — tTE/tMX。
[0024]平背翼型件10的后缘厚度比Y的范围为5% -ΥΗ%;其中，后缘厚度比Y为后缘厚度与最大叶片厚度的比率；
[0025]YH的数值通过下式求得:YH= 1.5Χ-30，式中，X为最大叶片厚度与弦长的比率，X的取值范围为大于40%且小于等于50%。
[0026]本实施例提供的风力涡轮机叶片1，翼型部分采用平背翼型设计，并将后缘厚度比Y控制在最佳的数值范围，在不增加叶片重量的基础上，提高了叶片的空气动力学特性，提高了风能的转换效率，增加了电力的生产量。
[0027]在本实施例中，当T < -5S+5时，平背翼型件10的后缘厚度比Y的取值满足:X-20 ^ Y ^ 1.5Χ-30 ；
[0028]当T彡-5S+6时，平背翼型件10的后缘厚度比Y的取值满足:5彡Y彡0.5Χ-5 ；
[0029]当-5S+5〈T〈_5S+6时，平背翼型件10的后缘厚度比Y的取值满足:0.5X-5〈Y〈X-20 ；
[0030]其中，S = Lcmax/R, Lcmx为最大弦长，R为风力涡轮机叶片I的旋转半径；T =RQ*Lr/R,RQ为刀锋部2的圆周速度,Lr为特定弦长；Lr按下述规则选定:Lr距离风力润轮机叶片的旋转圆心的距离r与风力涡轮机叶片I的旋转半径R的比值为0.8。
[0031]在本实施例中，当X的取值范围为大于等于35%小于等于40%时，平背翼型件10的后缘厚度比Y的取值满足X-35彡Y彡4X-130。
[0032]在本实施例中，平背翼型件10包括沿压力侧表面12延伸至所述后缘8的后面的压力侧延长面52及沿吸入侧表面14延伸至后缘8的后面的吸入侧延长面54。
[0033]在本实施例中，翼型部分6上设置有覆盖部件60。
[0034]本发明的实施例还提供了一种风力涡轮发电机110，包括由上述的风力涡轮机叶片I。
[0035]下面对本发明做进一步更详细的描述。
[0036]如图1所示，风力涡轮发电机110设置有至少一个风力涡轮机叶片1，叶片I与轮毂112连接，轮毂112与机舱114连接，塔116支承机舱114。风力涡轮机叶片I的旋转被输入到发电机进行发电。风力涡轮机叶片I可使用任何固定部件将风力涡轮机叶片I的叶片根部4固定到轮毂112。
[0037]如图2所示，风力涡轮机叶片I包括刀锋部2，叶片根部4和设置在刀锋部2及叶片根部4之间的翼型部分6，翼型部分6包括前缘7，翼型部分6的至少一部分具有钝化的后缘8。换句话说，在翼型部分6至少部分地包括一个平背翼型件10与后缘8。
[0038]如图3A及图3B所示，平背翼型件10是由一个压力侧表面12和吸力侧表面14形成的。图3A和图3B显示了后缘8的后缘厚度tTE，平背翼型件10的前缘7和后缘8和正交平面的N个正交的弦及弦16的弦长Lc。弦16连接后缘表面9的中间点。如图3B所示，该后缘表面9相对于弦16倾斜的情况下，后缘厚度tTE如图中所示。
[0039]在图3A和图3B中，压力侧表面12和吸力侧的表面14之间的距离，从前缘7开始到后缘8逐渐增大，直到平背翼型件10的厚度达到最大厚度tmx，逐渐减小到后缘厚度tTE。优选地，平背翼型件10具有压力侧的表面22和一个标准的翼型件20以及具有一个尖锐的后缘的吸力侧的表面24。例如,如图3A所示，压力侧的表面22和吸力侧的表面24向外侧按相同的量从一中弧线26的中心线偏移。
[0040]如图4所示，图4A为沿图2中A-A线的横截面图，图4B沿图2中B-B线的横截面图，图4C沿图2中C-C线的横截面图的横截面图。如图4所示，平背翼型件10的后端表面9和正交平面17之间的Θ角，Θ1>Θ2>Θ3。在图2所示的例子中，后端面9是一个弯曲的表面，该表面的曲线在叶片的纵向方向延伸。进一步，通过使吸力侧表面14和后缘面9之间的角度变得更接近锐角，可以产生更大的升力。后端表面9和正交平面17之间的夹角Θ，是平背起点11(图2所示)。
[0041]如图5和图6(6Α、6Β)所不,平背翼型件10包括压力侧表面12上的压力侧外壳42、主梁46、吸入侧表面14上的吸入侧外壳44、后缘梁48。
[0042]主梁46包括主梁梁帽46Α及主梁抗剪腹板46Β，主梁梁帽46Α粘接固定到压力侧外壳42和吸入侧外壳44的内表面上。后缘梁48靠近后缘8，包括后缘梁梁帽48Α及后缘梁抗剪腹板48Β，后缘梁梁帽48Α固定粘接到压力侧外壳42和吸入侧外壳44的内表面上。
[0043]如图7所示，平背翼型件10的延伸部50包括压力侧延伸表面52和吸力侧延伸表面54，压力侧延伸表面52及吸力侧延伸表面54延伸出后缘8。压力侧延伸表面52可为曲面或平面，加压侧延伸表面52相对于弦16倾斜，可增加升力。延伸部后端表面56平行于后缘8的后缘表面9。延伸部分50可以在设计风力涡轮机叶片I的翼面时加入，以便改变平背翼型件10的空气动力特性，更具体地说，为改善空气动力特性，风力涡轮机叶片I可设计成具有延伸部分50的平背翼型件10，通过延伸部分50，可以使风力涡轮机叶片以较低的成本获得较高的空气动力学特性。延伸部50并不仅限于图7所示的示例，并且可以具有各种形状。
[0044]如图8所不,覆盖部件60覆盖平背翼型件10,包括外表面压力侧62、外表面吸入侧64及覆盖部件后端面66。覆盖部件60能够提高平背翼型件10的后缘8和风力涡轮机叶片I的压曲强度的刚性。在图8所示的例子中，覆盖部件后端面66是平坦的表面，然而，覆盖部件后端面66的形状并不限于此，也可以是凹的表面，如图9所示。
[0045]本实施例提供的风力涡轮机叶片I通过对上述结构、后缘厚度比的限定以及根据后缘厚度比所做的具体结构实例，在不增加叶片尺寸的前提下，不仅提高了叶片的动力学特性，延缓了尾部产生的负压，提高了升力，而且提高了叶片的强度及韧性。本实施例提供的风力涡轮发电机110通过使用上述风力涡轮机叶片1，在不增加整体重量的前提下，增加了电力的生产量。
[0046]上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
[0047]对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0048]此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
【权利要求】
1.一种风力涡轮机叶片，其特征在于，包括: 刀锋部、用于与风力涡轮机的轮毂连接的叶片根部及设于所述刀锋部与所述叶片根部之间的翼型部分； 所述翼型部分包括具有后缘的平背翼型件； 所述平背翼型件的后缘厚度比Y的范围为5% -YH% ； 其中，后缘厚度比Y为后缘厚度与最大叶片厚度的比率； YH的数值通过下式求得: YH= 1.5X-30，式中，X为最大叶片厚度与弦长的比率，X的取值范围为大于40%且小于等于50%。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其特征在于， 当T < -5S+5时，所述平背翼型件的后缘厚度比Y的取值满足:X-20 ^ 1.5X-30 ； 当T彡-5S+6时，所述平背翼型件的后缘厚度比Y的取值满足:5 < Y < 0.5X-5 ； 当-5S+5〈T〈-5S+6时，所述平背翼型件的后缘厚度比Y的取值满足:0.5X-5〈Y〈X-20 ；其中，S = LqiaxZ^Lcmx为最大弦长，R为所述风力涡轮机叶片的旋转半径；T = RQ*Lr/R，RQ为所述刀锋部的圆周速度，Lr为特定弦长；Lr按下述规则选定:Lr距离所述风力涡轮机叶片的旋转圆心的距离r与所述风力涡轮机叶片的旋转半径R的比值为0.8。
3.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，当X的取值范围为大于等于35%小于等于40%时，所述平背翼型件的后缘厚度比Y的取值满足X-35彡Y彡4X-130。
4.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述平背翼型件包括沿压力侧表面延伸至所述后缘的后面的压力侧延长面及沿吸入侧表面延伸至所述后缘的后面的吸入侧延长面。
5.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述翼型部分上设置有覆盖部件。
6.一种风力涡轮发电机，其特征在于，包括权利要求1所述的风力涡轮机叶片。
【文档编号】F03D1/06GK104405578SQ201410497990
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年9月25日 优先权日:2014年9月25日
【发明者】安娜, 沈中渝 申请人:云南能投能源产业发展研究院, 云南能投海装新能源设备有限公司