专利名称：一种前突型水平轴风力机叶片的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种新型水平轴风力发电叶片，涉及风力发电领域，可以有效提高风力发电效率和扩大风力机适应风速范围。
背景技术：
风力发电是当今世界最具发展前景的新能源发电技术之一，其大规模研发利用已成为21世纪世界各国新能源发展的重点。据统计，至2006年底风电所占的比例约为世界总电能供应量的0. 7%，到2010年底增加11倍(8% )，至IJ 2020年将达到世界总电能供应的12%。中国到2020年可再生能源在能源结构中将占15%，市场需求达3980亿美元，其中风能占12%。相对当前快速高涨的风能需求，传统风电的问题也逐渐突显出来。传统风力机叶片以动量叶素理论为指导，通过选取高升阻比翼型，按各翼型的气动中心对其进行展向排列来提高风力机效率，然而如何对其优化排列从而提高叶片的运行效率，长期的经验积累必不可少，也是各国技术垄断的重点之一。风力机依靠风轮叶片汲取风能，风轮叶片是风力发电机组核心部件之一，它直接影响着整机的性能和成本，约占整机成本的20% 25%。随着一批高效航空翼型的出现， 风力机叶片逐步采用航空翼型。但经过人们的长期实践应用，发现航空翼型并不能很好地满足风力机及其特殊运行环境的要求。从20世纪中叶，美国、丹麦和荷兰等国家相继以航空翼型为基础，开始大量研究适用于风力机的翼型。在上世纪90年代，美国研究出NACA44、 NACA63和NERL S型风力机翼型，丹麦国家实验室的Fuglsang等人用数值优化的方式提出了 RisΦ-Al、RisΦ-P、RisO-Bl风力机翼型，瑞典航空研究院提出了 FFA-W1、WZ、W3风力机翼型，荷兰Delft大学的Timmer和von Rooi j等人利用XFOIL开发了 DU翼型组。风力机专用翼型组的诞生大大改变了风力机的运行工况，增大了叶片的工况适应性，具备低风速下启动，高风速下延迟失速，降低对叶片前缘粗糙敏感度等功能。叶片的性能虽然大幅提高，但其运行效率普遍在35%左右，这与1拟6年贝茨根据空气动力学原理计算出理想状态下风轮的极限效率59. 3%相比，还有很大的提升空间。由于自然界中风速的不断变化，人们意识到风速的变化对风力机性能有较大的影响，一直处于稳定桨距角的叶片，只能在特定风速范围发挥出它的效率，而在其他风速下， 效率一直很低，因此变桨距角风力机应运而生。变桨距角风力机是通过不断调节叶片的桨距角，使其一直处于最优的工作状态来提高风力机效率。虽然变桨距角叶片在一定程度上提高了风力机效率，但其调节机构复杂，对风速变化感应的调节具有迟滞作用，因此大大增加了风力机的制造成本且效果并不明显。我国风力发电起步晚，无论在翼型的研究、叶片的设计制造等一直处于落后状态，因此找出提高风机叶片效率的新途径则显得尤为重要，亟待解决；对推动我国的可持续发展，倡导绿色、健康、节能的生活环境，提高人们的生活质量和身心健康，都将起到积极作用，具有广阔的发展与应用前景，可获得巨大的社会和经济效
■、Λ
frff. ο发明内容针对当前水平轴风力机叶片存在的风能利用率低，高风速下易失速等特点，本实用新型从叶片构型出发，采用叶片空气动力学曲线O)的构型，使叶片风能利用率和适用风速范围大为提高。为实现以上的技术目的，本实用新型将采用以下的技术方案前突型水平轴风力机叶片(1)，空气动力学曲线(2)前突，该曲线的最大弯度f (坐标y轴)与展向长度c(坐标χ轴)之比为f/c = 43%，最大弯度位置为^/c= 15. 7%,xf 为最大弯度处的χ轴坐标；在展向长度c = 1下曲线拟合方程为y = -3. 9828x5+11. 2604x4_11. 0205x3+3. 6328x2+0. 1004x+0. 0095，曲线的具体坐标值如表1所示。表1前突曲线上点分布
前突曲线上点分布前突曲线展向位置Xf/c前突曲线弯度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图5为前突型水平轴风力机叶片构建示意图，(a)为普通叶片，(b)为前突型叶片。 风力机叶片由一系列翼型按不同攻角α (7)使其气动中心沿直线排列而成，普通叶片(a) 叶片空气动力学曲线⑵为直线；前突型叶片(b)翼型大小、攻角α (7)和普通叶片(a)相同，但翼型的气动中心沿上述曲线排列。叶片在前缘方向前突(3)，分解了叶片旋转方向的正面压力，减小了旋转过程中的阻力(4)；由于气流被分解，流向改变，气流流经叶片表面的流线(5)变长，因而气流流速降低，延迟了叶片失速现象，即在高风速下叶片产生摆振的发生，增大了叶片适应风速的区域。叶片在前缘方向前突C3)增大了叶片与风的接触面积，从而使得捕风量增加，使得整体效率提高。本实用新型的优点是不需要采用其他辅助设备，加工方便，简单易行，直接从叶片构型出发。前缘方向前突的构型减小了叶片旋转过程中的阻力，延迟了叶片失速现象的发生，使得叶片整体运行工况和效率得到改善和提高。
图1 (a)为前突型水平轴风力机叶片主视图。图1(b)为图1(a)的左视图。
1(c)为图1(a)的俯视图。图2为前突型水平轴风力机叶片的结构示意图。图3(a)为普通水平轴风力机叶片吸力面流线示意图。图3(b)为前突型水平轴风力机叶片吸力面的流线示意图。图4(a)为普通叶片结构示意图。图4 (b)为图4 (a)的A_A剖面图。图5为普通叶片和前突型水平轴风力机叶片构建示意图。图中1.前突型水平轴风力机叶片2.叶片空气动力学曲线2'.普通叶片叶片空气动力学曲线3.叶片在前缘方向前突4.旋转过程中的阻力5.气流流经叶片表面的流线6.叶素7.攻角αa.为普通叶片b.为前突型叶片C.展向长度(即叶展)d.叶根具体实施方式
5[0027]图4(a) ,4(b)为普通叶片结构示意图，叶片包括叶根和叶展，叶根为圆柱型，长度范围为0-0. 375m，其余为叶展。叶展由截面翼型(A-A)按一定序列的攻角α (7)排列，其排列顺序如表2所示。表2叶片攻角分布
权利要求1.一种前突型水平轴风力机叶片，包括叶素、攻角和叶片空气动力学曲线，其特征在于，所述叶片空气动力学曲线⑵前突，前突曲线的最大弯度f与展向长度C之比为f/c = 43%，最大弯度位置为 /c = 15. 7% ；展向长度c = 1时，曲线拟合方程为y = -3. 9828x5+11. 2604x4-11. 0205x3+3. 6328x2+0. 1004x+0. 0095。
2.根据权利要求1所述的一种前突型水平轴风力机叶片，其特征在于，所述叶片空气动力学曲线O)的具体坐标符合下表所示
专利摘要本实用新型涉及一种前突型水平轴风力机叶片，属于风力发电领域。本实用新型技术方案叶片空气动力学曲线(2)前突，该曲线的最大弯度f与展向长度c之比为f/c＝43％，最大弯度位置为xf/c＝15.7％；当展向长度c＝1，曲线拟合方程为y＝-3.9828x5+11.2604x4-11.0205x3+3.6328x2+0.1004x+0.0095。叶片在前缘方向前突(3)。本实用新型在不改变传统风力机叶片设计方法的情况下，通过改变叶片翼型的排布形态，分解了叶片旋转方向的正面压力，减小了旋转过程中的阻力(4)，同时增大了叶片与风的接触面积，捕风量增加，使得整体效率提高；由于气流被分解，流向改变，气流流经叶片表面的流线(5)变长，降低了气流流速，延迟了叶片失速现象，增大了叶片适应风速的区域。
文档编号F03D1/06GK202209250SQ201120326240
公开日2012年5月2日 申请日期2011年9月2日 优先权日2011年9月2日
发明者丛茜, 刘玉荣, 华欣, 商延赓, 张成春, 田为军, 石磊, 金敬福, 马毅, 齐迎春 申请人:吉林大学