一種風(fēng)力發(fā)電葉片族系設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種風(fēng)力發(fā)電葉片族系設(shè)計(jì)方法，屬于風(fēng)力發(fā)電葉片設(shè)計(jì)領(lǐng)域，原型葉片翼型從根部到葉尖展向分布，按照厚度H與弦長L的一個相對厚度比值100%到16%逐步遞減。本發(fā)明的葉片設(shè)計(jì)方法，通過在原型葉片展向方向上某位置截?cái)?，保留葉片根部到截?cái)鄥^(qū)域外形，采用原型葉片中同一族系標(biāo)準(zhǔn)翼型設(shè)計(jì)新型葉尖，將新型葉尖與原型葉片中葉片根部到截?cái)鄥^(qū)域的外形組合成新的葉片外形，形成不同長度的新型風(fēng)力發(fā)電葉片。該方法按照一定規(guī)律在葉片展向方向進(jìn)行族系設(shè)計(jì)，可以快速設(shè)計(jì)不同長度、適應(yīng)不同風(fēng)場等級的系列化風(fēng)電葉片，具有設(shè)計(jì)效率高、模具利用率高等優(yōu)點(diǎn)，是風(fēng)力發(fā)電葉片一種新穎的設(shè)計(jì)方法。
【專利說明】—種風(fēng)力發(fā)電葉片族系設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本技術(shù)涉及到大型水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)力發(fā)電葉片設(shè)計(jì)方法，屬于風(fēng)力發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是利用自然界中的風(fēng)能，驅(qū)動由風(fēng)力發(fā)電葉片構(gòu)成的風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)，風(fēng)輪通過軸承與發(fā)電機(jī)連接，帶動發(fā)電機(jī)，使之發(fā)電。目前，風(fēng)電成為世界上發(fā)展速度最快的可再生能源之一，2000年以來全球風(fēng)電裝機(jī)容量年均增長率為26.3%。風(fēng)力發(fā)電葉片是風(fēng)力發(fā)電的主要設(shè)備，根據(jù)風(fēng)場資源等特點(diǎn)可選用不同長度的葉片。對于風(fēng)場資源相對較為豐富的區(qū)域，可采用短葉片，以滿足風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全要求；而對于風(fēng)場資源相對較為貧瘠的區(qū)域，可采用長葉片，以提高風(fēng)力發(fā)電能量。因此，需要針對風(fēng)場資源等特點(diǎn)設(shè)計(jì)不同長度葉片。傳統(tǒng)方法，根據(jù)風(fēng)力發(fā)電葉片設(shè)計(jì)原理，對葉片外形進(jìn)行全新設(shè)計(jì)。同時，為生產(chǎn)這些葉片，需要制造與之相應(yīng)的全新模具。這樣造成的問題是:1、設(shè)計(jì)周期長，不能快速滿足市場需求；2、因葉片外形不一致，生產(chǎn)這些葉片的模具不可通用或是部分通用，造成模具的利用效率低下，增加了風(fēng)電葉片成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對目前設(shè)計(jì)方法存在的不足之處，本發(fā)明提出一種族系葉片設(shè)計(jì)方法，既可以快速設(shè)計(jì)滿足不同風(fēng)場資源的葉片，同時用于制造葉片的模具也可以部分通用，大大提高了風(fēng)電葉片設(shè)計(jì)效率和模具利用效率，降低了葉片生產(chǎn)制造成本。
[0004]本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的方案是:一種風(fēng)力發(fā)電葉片族系設(shè)計(jì)方法，具體步驟是:I)根據(jù)風(fēng)區(qū)等級設(shè)計(jì)，采用動量葉素理論及相關(guān)修正原理，確定葉片的外形參數(shù)，完成原型葉片外形設(shè)計(jì)；2)根據(jù)葉片外形參數(shù)采用原型葉片中同一族系標(biāo)準(zhǔn)翼型，設(shè)計(jì)新型葉尖；3)在原型葉片展向方向上與新葉尖等參數(shù)的位置截?cái)啵?)新型葉尖與原型葉片截?cái)鄥^(qū)域的外形組合成新的葉片外形，得到完整的新葉片外形。
[0005]進(jìn)一步，葉片翼型從根部到葉尖展向分布，按照厚度H與弦長L的一個相對厚度比值100%到16%逐步遞減。具體設(shè)計(jì)時采用:葉片展向方向分別采用了相對厚度40%、35%、30%、25%、21%的風(fēng)力發(fā)電葉片專用翼型和相對厚度18%、16%的NACA636系列航空翼型。從葉根到葉尖的展向方向，未采用相對厚度40%、35%、30%、25%、21%風(fēng)力發(fā)電葉片專用翼型和相對厚度18%、16%的NACA636系列航空翼型的其它展向位置，根據(jù)兩相鄰翼型厚度進(jìn)行過渡。
[0006]根據(jù)風(fēng)場實(shí)際年平均風(fēng)速及極限風(fēng)速特點(diǎn)，在原型葉片展向任意兩相鄰翼型區(qū)間某位置截?cái)?，保留原型葉片葉根到截?cái)辔恢脜^(qū)域的葉片外形，同時設(shè)計(jì)新的葉片尖部外形，將新設(shè)計(jì)的葉尖與從葉根到截?cái)辔恢玫脑腿~片外形組合成新的葉片外形，獲得不同長度的同族系風(fēng)電葉片，適用于不同風(fēng)場需求。
[0007]本發(fā)明的效果是，根據(jù)風(fēng)場特點(diǎn)，新設(shè)計(jì)的葉片尖部外形與從葉根到截?cái)辔恢萌~片外形組合成新的葉片。該方法可以快速滿足市場對新型葉片的需求。同時，該方法設(shè)計(jì)的葉片，可以最大程度地將現(xiàn)存模具改造成生產(chǎn)新型葉片的模具，通過這一措施可以充分利用原有模具，降低新葉片的生產(chǎn)制造成本。
[0008]附圖簡要說明
圖1為本發(fā)明40%的標(biāo)準(zhǔn)翼型橫截面圖；
圖2為本發(fā)明18%的標(biāo)準(zhǔn)翼型橫截面圖；
圖3、4為本發(fā)明設(shè)計(jì)流程實(shí)施例圖；
圖5為不同相對厚度翼型在葉片展向上的分布立體圖；
【具體實(shí)施方式】:
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對族系化葉片設(shè)計(jì)方法進(jìn)一步說明。
[0009]附圖3為族系設(shè)計(jì)方法的另一種應(yīng)用。根據(jù)實(shí)際風(fēng)場特點(diǎn)，如果當(dāng)?shù)啬昶骄L(fēng)速和極限風(fēng)速偏低，導(dǎo)致采用原型葉片的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電性能不能滿足需求，可以采用族系設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)一個比原型葉片長的葉片。具體措施是:在原型葉片相對厚度25%與21%翼型之間截?cái)?，從葉根到截?cái)辔恢枚x為A區(qū)域，截?cái)辔恢玫饺~尖為定義為B區(qū)域。根據(jù)實(shí)際風(fēng)場特點(diǎn)和截?cái)辔恢玫慕孛娉叽鐓?shù)，設(shè)計(jì)一個新葉尖，如圖3中D區(qū)域。將原型葉片的A區(qū)域與新設(shè)計(jì)的D區(qū)域新葉尖組合成新型葉片。該新型葉片比原型葉片長，可以適用年平均風(fēng)速和極限風(fēng)速較低的風(fēng)場。
[0010]附圖4為族系設(shè)計(jì)方法的一種應(yīng)用。根據(jù)實(shí)際風(fēng)場特點(diǎn)，如果原型葉片不能承受當(dāng)?shù)啬昶骄L(fēng)速和極限風(fēng)速對其造成的極限載荷和疲勞載荷，可以采用族系設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)一個比原型葉片短的葉片。具體措施是:在原型葉片展向方向上相對厚度21%與18%翼型之間截?cái)?，葉根到截?cái)辔恢枚x為A區(qū)域，截?cái)辔恢玫饺~尖為定義為B區(qū)域。根據(jù)實(shí)際風(fēng)場特點(diǎn)和截?cái)辔恢玫慕孛娉叽鐓?shù)，設(shè)計(jì)一個新的葉尖，如圖4中C區(qū)域。將原型葉片的A區(qū)域與新設(shè)計(jì)的C區(qū)域新葉尖組合成新型葉片。該新型葉片比原型葉片短，可以適用年平均風(fēng)速和極限風(fēng)速更大風(fēng)場。
【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)力發(fā)電葉片族系設(shè)計(jì)方法，其特征是:1)根據(jù)風(fēng)區(qū)等級設(shè)計(jì)，采用動量葉素理論及相關(guān)修正原理，確定葉片的外形參數(shù)，完成原型葉片外形設(shè)計(jì)；2)根據(jù)葉片外形參數(shù)采用原型葉片中同一族系標(biāo)準(zhǔn)翼型，設(shè)計(jì)新型葉尖；3)在原型葉片展向方向上與新葉尖等參數(shù)的位置截?cái)啵?)新型葉尖與原型葉片截?cái)鄥^(qū)域的外形組合成新的葉片外形，得到完整的新葉片外形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電葉片族系設(shè)計(jì)方法，其特征是:所述葉片翼型從根部到葉尖展向分布，按照厚度H與弦長L的一個相對厚度比值100%到16%逐步遞減。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力發(fā)電葉片族系設(shè)計(jì)方法，其特征是:所述葉片展向方向分別采用了相對厚度40%、35%、30%、25%、21%的風(fēng)力發(fā)電葉片專用翼型和相對厚度18%、16%的NACA636系列航空翼型。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的風(fēng)力發(fā)電葉片族系設(shè)計(jì)方法，其特征是:從葉根到葉尖的展向方向，未采用相對厚度40%、35%、30%、25%、21%風(fēng)力發(fā)電葉片專用翼型和相對厚度18%、16%的NACA636系列航空翼型的其它展向位置，根據(jù)兩相鄰翼型厚度進(jìn)行過渡。
【文檔編號】F03D1/06GK104033331SQ201410248380
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月6日
【發(fā)明者】梁鵬程, 彭超義, 曾竟成, 侯彬彬, 楊孚標(biāo), 胡杰樺, 何莉娜 申請人:株洲時代新材料科技股份有限公司