叶尖呈w型结构的风力机叶片及风力机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及风能发电技术领域，尤其是涉及一种叶尖呈W型结构的风力机叶片和具有W型叶尖结构叶片的风力机。
【背景技术】
[0002]随着风能产业的快速发展，风电场距离居民区越来越近，风力机气动噪声问题日益凸显，在国外已经引起了一些环保组织的关注，并陆续收到来自风电场附近居民的投诉。为此，各国都相继制定了对风力机气动噪声进行严格限制的条例。风力机气动噪声问题已成为目前限制风力机发展的主要因素之一，因此亟待发展有效的风力机气动噪声抑制技术。
[0003]风力机叶尖是气动力产生的主要区域，有限长度的叶片旋转运动时，由于叶尖压力面和吸力面的压力差，导致压力面气流绕过叶尖端面流入吸力面，既破坏了叶尖二维流动情况，同时会产生叶尖涡。叶尖涡是造成叶片效率减小、疲劳载荷增加的主要原因之一。为了提高风力机的风能利用系数和降低风力机噪声，世界各国的研宄者提出了各种各样的方法，如采用气动性能优化的叶片、设计低噪高效的翼型，在风轮外围增加扩散器(Diffuser)、在后缘添加襟翼，在叶尖添加小翼(Tip Vane)等。以上研宄方法都是在叶片设计完成后通过在叶片上添加气动原件和设计新叶片来改变风力机气动特性以降低风力机气动噪声，而没有从叶片设计根源入手解决问题。
【发明内容】
[0004]本发明在水平轴风力机叶尖开槽，使叶尖结构变化，呈现W型结构，在不增加成本的前提下对叶尖结构进行改进设计，降低风力机叶尖噪声，减少叶片的疲劳程度，延长风力机使用寿命。
[0005]本发明提供的一种叶尖呈W型结构的风力机叶片，包括叶片本体，叶片本体的叶尖部位具有W型槽。
[0006]本发明还提供了一种风力机，包括叶尖带W型槽的叶片、导流罩、发电机、控制器、蓄电池、逆变器和电流负载；导流罩位于叶片的前端，发电机位于叶片的后部，发电机、蓄电池均与控制器电连接，蓄电池、电流负载均与逆变器电连接。
[0007]本发明提供的一种叶尖呈W型结构的风力机叶片，在水平轴风力机叶尖开槽，使叶尖结构变化，呈现W型结构，在不增加成本的前提下对叶尖结构进行改进设计，工艺简单，费用低，便于一体化设计，可规模化生产。同时，在保证输出功率基本不变的情况下，降低风力机叶尖噪声，减少叶片的疲劳程度，延长风力机使用寿命。
【附图说明】
[0008]为了更清楚地说明本发明【具体实施方式】或现有技术中的技术方案，下面将对【具体实施方式】或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0009]图1为本发明实施例提供的叶尖呈W型结构的风力机叶片叶尖部位的示意图；
[0010]图2为本发明实施例提供的风力机近尾迹区域旋转角度为90°时测试截面测点布置示意图；
[0011]图3为本发明叶尖改型前后风力机的风速和功率的关系变化曲线图；
[0012]图4为本发明叶尖改型前后风力机的风速和风能利用系数变化曲线图；
[0013]图5为本发明叶尖改型前后风力机在尖速比λ = 7.5，X = 30cm，测试旋转角为90°的7个测点旋转基频噪声变化图；
[0014]图6为本发明叶尖改型前后风力机在尖速比λ = 7.5，X = 30cm，测试旋转角为90°的7个测点的叶尖涡脱落频率噪声变化图。
【具体实施方式】
[0015]下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0016]在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0017]如图1所示，本发明提供的一种叶尖呈W型结构的风力机叶片，包括叶片本体，叶片本体的叶尖部位具有W型槽，叶尖呈W型机构的几何参数包括宽度a、高h、开角Θ。
[0018]本发明还提供了一种风力机，包括叶尖带W型槽的叶片、导流罩、发电机、控制器、蓄电池、逆变器和电流负载；导流罩位于叶片的前端，发电机位于叶片的后部，发电机、蓄电池均与控制器电连接，蓄电池、电流负载均与逆变器电连接。
[0019]基于风力机空气空力学理论，详细分析研宄叶片关键参数(如叶尖速比、风轮直径、雷诺数、翼型气动性能及叶片载荷等)对风力机性能的影响；进而在整个叶片设计上采用全新设计的风力机翼型系列，提出以最大功率系数及单位面积发电量最大为多目标优化模型，以弦长、扭角为设计变量，有效控制叶片载荷以提高叶片疲劳寿命，建立新型风力机叶片设计及优化数学模型。应用该设计模型，在计算功率系数、推力系数和转矩系数时，将各微元叶素面的局部功率系数、推力系数和转矩系数进行多段累加求和，得到整个叶片的气动性能系数。采用该方法对风力机叶片外形和叶尖外形进行设计和改型，得到叶尖呈W型结构的风力机叶片。
[0020]设计具体步骤:
[0021]第一步考虑风力机叶片实际风场的概率分布，对风力机设计特征风速进行计算和分析；
[0022]第二步通过比较分析，选取气动性能良好风力机翼型；以风力机的单位面积发电量为目标函数，采用动因子连续多段叠加法结合已开发的优化设计软件，确定叶片关键参数，设计模型风力机叶片；
[0023]第三步对风力机翼型所构造的叶片外形参数进行局部改良和修型，主要针对叶尖改型，得到叶尖呈W型结构的风力机叶片。
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