专利名称：风力发电机混合翼叶片的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种风力发电机风轮用混合翼型叶片。
背景技术：
目前，在石油价格高涨的背景下，世界正在寻找可替代清洁能源，风力发电产业在 各国竞相发展。中国风力资源十分丰富，现在还难准确地说有多少风力资源可以利用，国家 气象局资料显示，中国陆地上10米高度的风能资源总储量约为32. 26亿千瓦，其中可供开 发利用的为2. 53亿千瓦，约占7. 8%。中国大型风力发电单位kW造价高，火电平均42000 元/kW，风电平均每8000-9000元/kW，平均造价高于火电。火电平均电价0. 36元/千瓦时， 风电平均电价为0. 56元/千瓦时。小风电是成本相对较低的洁净能源，在各种新能源产业中具有十分明显的成本优 势和竞争优势。风力发电的千瓦单位成本只有光伏发电的1/4左右，小风电比光电便宜得 多。而且小风电还具备美化环境的特点，是一种十分经济的可再生能源发电方式。风轮是风力发电机的能量转换机构，是风力发电设备的关键零部件，风轮的关键 零件是风叶(或称之为叶片)，风叶在气流作用下将风能转换成机械能，然后通过发电机将 机械能转换为电能，只有风叶具有良好的机械性能、空气动力性能和外形，才能使得风力发 电机具有良好的发电性能，风叶的性能优劣是风力发电机运行与能量转换的关键。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够适应高、低风速且具有高的风能转换效率的风力 发电机混合翼叶片。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种混合翼型风叶，由叶柄(1)、第 一段(S823段)低升阻比段(2)和第二段(S822段)高升阻比段(3)三部分组合而成，叶 柄(1)为叶片的安装部分，实心结构，设置安装孔，第一段即低升阻比段(2) (S823段)为厚 翼空心结构，属高强度部分；第二段即高升阻比段(3) (S822段)为薄翼空心结构，所述高升 阻比段(3)比第一段低升阻比段(2)轻小；叶柄(1)、低升阻比段(2)、高升阻比段(3)依次 联接成表面平滑的一个整体。叶柄(1)外层基体(4)为玻璃钢，内置填充材料(5)，所述填 充材料(5)可以是木材或玻璃钢。低升阻比段(2)外层基体(4)为玻璃钢，可以在空心结 构内安放填充材料(5)或支撑架。高升阻比段(3)的外层基体(4)为玻璃钢，可以在空心 结构内部安放填充材料(5)或支撑架。翼型参数是风叶及其模具制造的依据，因此，要生产性能优良的混合翼型风叶，首 先必须设计合理的风叶翼型参数，使风叶对高、低风速均具备良好的适应能力，保证风叶在 正常工作风速范围内的能量转换效率均能够达到0. 42以上。其次，设计合理的翼型长度分 配比例，混合翼型风叶对高、低风速的适应能力和能量的转换效率还取决于不同翼型的长 度分配，设计合理的翼型长度分配比例能够保证风叶同时具备起动风速低且高风速运行时 同样具有较高的风能转换效率的能力。此外，设计形状合理的叶柄结构，以保证风叶的安装性能优良可靠，风叶安装后的攻角合理，混合翼型风叶的攻角是由叶柄结构形状所决定，而 攻角将直接影响风叶的风能转换效率，同时对低风速的起动性能和高风速时的风能转换效 率均具有重要影响。最后，以翼型参数、不同翼型的风叶长度分配比例和叶柄结构参数为依 据制造风叶模具，风叶用模具生产，确保风叶生产质量稳定可靠。本发明在叶尖部分使用薄翼型以满足高升阻比的要求，而在根部则采用较厚翼型 以满足结构强度的需要。由于各种翼型具有不同的安装角、升阻比、尖速比和叶片扭曲，因 此，各种翼型捕获风能的能力、抗弯强度、降噪能力等各不相同，本发明由两种翼型混合而 成，综合两种翼型的优点，从而获得优良的综合性能。与传统翼型相比，两种翼型的升力系 数、阻力系数和升阻比随攻角变化的趋势基本一样，但翼型的升力系数和升阻比均低于传 统翼型。翼型升力系数最大值出现在12°攻角处，其值约为0.9，而传统风叶的升力系数最 大值出现在10°攻角处，其值为1.3;两种翼型的升阻比最大值都出现在6°攻角处，其值 分别为约30和37。该翼型风叶在攻角约为12°时开始进入失速状态，而传统翼型风叶在 攻角为10°时便开始进入失速状态，相对而言，传统翼型风叶更加容易失速。可见，该新翼 型风叶的升力系数及升阻比均低于传统翼型风叶。本发明的两种翼型分别为S822和S823翼型，两者组合使用。该翼型风叶具有对 表面粗糙度不敏感的有限最大升力系数以及低阻力特性，失速时对翼型表面糙度敏感性降 低，能有效提高风能的转换效率。所以，采用此两种翼型混合设计制作的新型风叶，具有很 明显的技术优势1.良好的叶柄结构，叶柄为风叶的安装部分，为实心结构，玻璃钢材料，内置带孔 钢质安装结构。叶柄结构参数对风叶安装后的攻角具有决定性的影响，而攻角将直接影响 风叶的风能转换效率，同时对低风速起动性能有重要影响，该结构保证风叶拥有合适的攻 角，从而具备优良的空气动力学性能和高的风能转换效率。叶柄与第一段S823翼型采用平 滑过渡联接，以保证既有足够的刚度，也有良好的空气动力学性能。2.合理的翼型结构，翼型参数对混合翼型风叶高、低风速的适应能力和能量的转 换效率具有决定性作用，同时翼型参数还是风叶制造的依据。本发明设计了两种翼型，即第 一段S823翼型和第二段S822翼型。3.合理的翼型长度分配比例，翼型长度分配比例是指不同翼型段的长度分配 比例，翼型长度分配合理的风叶，能够同时具备起动风速低且高、低风速运行时同样具 有较高的风能转换效率的能力，本发明的翼型长度分配比例为S822 S823 = 0.27 0.32 0. 73 0. 68，该型风叶取 S822 S823 = 0. 27 0.73。本发明具备起动风速低，高、低风速时的风能转换效率高，风叶外形美观，使用寿 命长等优点。
图1为本发明的示意图。图2为本发明的翼型截面示意图。图中1.叶柄；2.低升阻比段；3.高升阻比段；4.外层基体；5.填充材料。
具体实施例方式如图1至图2，该风叶由三部分组合而成，即由叶柄(1)、第一段S823段即低升阻 比段(2)和第二段S822段即高升阻比段(3)等组成；该混合翼型风叶的基体材料为玻璃 钢；该混合翼型风叶既可以适应中、低速风速条件，也可以适应高风速条件。叶柄(1)为叶片的安装部分，内置带孔钢质安装结构。叶柄结构参数对风叶安装 后的攻角具有决定性的影响，而攻角将直接影响风叶的风能转换效率，同时对低风速起动 性能有重要影响，该结构保证风叶拥有合适的攻角，从而具备优良的空气动力学性能和高 的风能转换效率。叶柄与第一段S823翼型采用平滑过渡联接，以保证既有足够的刚度，也 有良好的空气动力学性能。叶柄的外部为玻璃钢基材，在玻璃钢基材内为钢质安装结构和 填充材料，可以是木材、玻璃钢材料或其它填充材料。叶柄须在结构上保证风叶安装后有合 理的攻角，以保证风叶的风能转换效率高，起动风速低。实施例2000W-A型混合翼型风叶，第一段风叶S823翼型，其长度为风叶总长度的 0. 7 0. 75，取0. 72，其主要参数如表一表一 2000W_A型混合翼型风叶主要参数
序号半径(r，匪)r/R弦长(L, mm)安装角(θ，° )翼型13990. 14543. 72325. 8559S82325130. 18495.932621. 6252S82336840. 24433. 071916. 4521S82348550. 3379. 999312. 4695S823510830. 38322.90348. 631S823614250. 5262.20625.1178S823717670. 62225. 0333. 2228S823820520. 72206. 82132.2459S823921090. 74204. 17082.0831S8221024510. 86192.40631. 2143S8221126790. 94186.05550.7176S8221228501180.55640. 4225S822 半径r:风叶截面弦长上距弦前沿端点0.3倍弦长的点到风轮旋转中心的距离，即 截面图(参见附图)中坐标系原点到风轮旋转中心的距离，也就是截面的空气动力中心到
5风轮旋转中心的距离；半径R 风轮半径。该风叶设计中，弦长和安装角分别用三次和四次多项式拟合，使得该混合翼型风 叶既具有良好的加工工艺性，又具有更加美观的流线型外形。第二段风叶为S822即高升阻比段(3)翼型，其长度为风叶总长度的0. 25 0. 3， 本实施例风叶取0. 28。2000W-A型混合翼型风叶由叶柄(1)、第一段S823段即低升阻比段(2)和第二段 S822段即高升阻比段(3)等三部分平滑地组合制成一个表面平滑的整体，如图1所示。2000W-A型混合翼型风叶的叶柄(1)为叶片的安装部分，在结构上为实心，内置带 孔钢质安装结构。叶柄结构参数对风叶安装后的攻角具有决定性的影响，而攻角将直接影 响风叶的风能转换效率，同时对低风速起动性能有重要影响，该结构保证风叶拥有合适的 攻角，从而具备优良的空气动力学性能和高的风能转换效率。风叶的第一段S823段即低升 阻比段(2)为风叶的高强度部分，其升阻比小，该结构保证风叶具有优良的机械性能；风叶 的第二段S822段即高升阻比段(3)可更好地适应高风速，其升阻比大，该结构能够保证减 轻风叶的重量，从而改善整体风叶的动态性能；风叶的第一段和第二段的结构均为空心，基 体材料均为玻璃钢，在风叶的空心部分的内部安放支撑架和填充物，支撑架和填充物与叶 柄和基体材料制成一个整体，形成一个平滑的整体风叶。由此结构可以保证该混合翼型风 叶起动风速低，并且保证能够在风速为2m/s-25m/s的范围内均具有优良的风能转换效率， 风叶的表面粗糙度敏感性低，失速特性好。表二列出500W-A型混合翼型风叶主要参数表二 500W_A型混合翼型风叶主要参数
权利要求
一种风力发电机混合翼叶片，由叶柄(1)、第一段(S823段)低升阻比段(2)和第二段(S822段)高升阻比段(3)三部分组合而成，叶柄(1)为叶片的安装部分，实心结构，设置安装孔，其特征在于第一段(S823段)即低升阻比段(2)为厚翼空心结构，属高强度部分；第二段(S822段)即高升阻比段(3)为薄翼空心结构，所述高升阻比段(3)比第一段低升阻比段(2)轻小；叶柄(1)、低升阻比段(2)、高升阻比段(3)依次联接成表面平滑的一个整体；翼型升力系数最大值出现在12±0.5°攻角处，即翼型风叶在攻角约为12±0.5°时开始进入失速状态。
2.如权利要求1所述的混合翼型风叶，其特征在于叶柄(1)外层基体(4)为玻璃钢， 内置填充材料(5)，所述填充材料(5)可以是木材或玻璃钢。
3.如权利要求1所述的混合翼型风叶，其特征在于低升阻比段(2)外层基体(4)为 玻璃钢，可以在空心结构内安放填充材料(5)或支撑架。
4.如权利要求1所述的混合翼型风叶，其特征在于高升阻比段(3)的外层基体(4)为 玻璃钢，可以在空心结构内部安放填充材料(5)或支撑架。
全文摘要
一种风力发电机混合翼叶片，由叶柄、低升阻比段、高升阻比段三部分组合而成，低升阻比段为厚翼空心结构，属高强度部分；高升阻比段为薄翼空心结构。因为叶片属混合翼型，本发明的升力系数及升阻比均低于传统翼型风叶。适用于小型风力发电机。
文档编号F03D11/00GK101975146SQ201010540879
公开日2011年2月16日 申请日期2010年11月12日 优先权日2010年11月12日
发明者傅彩明 申请人:湖南工程学院