本實用新型涉及一種風(fēng)力機葉片，具體涉及一種葉尖為類似刀鋒結(jié)構(gòu)的風(fēng)力機葉片，屬于風(fēng)能利用
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：風(fēng)力機是通過風(fēng)輪葉片汲取風(fēng)能，進(jìn)而將機械能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。風(fēng)輪是風(fēng)力機關(guān)鍵的動力部件，決定著汲取風(fēng)能的效率。風(fēng)輪由葉片、輪轂和軸組成，發(fā)電機通過主軸與風(fēng)輪的軸實現(xiàn)連接，作用是將風(fēng)輪輸出的機械能轉(zhuǎn)化為電能并輸出。由此可見，風(fēng)輪的葉片決定著風(fēng)力機的風(fēng)能利用率。而風(fēng)力機葉片由葉片翼型部分和葉根兩部分組成，葉片翼型部分結(jié)構(gòu)決定著風(fēng)輪的氣動性能優(yōu)劣，葉根部分主要擔(dān)負(fù)葉片翼型部分與輪轂的連接，起到葉片支撐和定位的作用。傳統(tǒng)風(fēng)力機葉片翼型的結(jié)構(gòu)來源于航空翼型，導(dǎo)致傳統(tǒng)風(fēng)力機翼型葉片在使用中存在以下幾個關(guān)鍵技術(shù)缺陷：1、葉根附近翼型面寬大，導(dǎo)致葉片啟動風(fēng)速增大，風(fēng)速有效利用范圍變窄，風(fēng)能利用率下降。寬大的翼型面結(jié)構(gòu)，將導(dǎo)致葉片整體質(zhì)量增大，風(fēng)力機起動所需克服的慣性力矩增大，造成葉片啟動所需的最低風(fēng)速增大，風(fēng)速有效利用范圍變窄；同時考慮到安全性問題，葉片質(zhì)量的增大將導(dǎo)致在相同的來流風(fēng)速下，葉片的設(shè)計轉(zhuǎn)速明顯下降，進(jìn)而導(dǎo)致風(fēng)力機有效輸出功率下降，風(fēng)能利用率下降；另一方面，寬大的翼型結(jié)構(gòu)將導(dǎo)致葉片旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的葉片中心渦渦量增大及渦影響擴散區(qū)域增加，從而導(dǎo)致葉片能量損耗增大，葉片的風(fēng)能利用率下降；2、葉尖處多為具有一定厚度的翼型面結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致葉尖聲輻射較大，風(fēng)能利用率較低。葉尖處非流線性結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致葉片旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生較強的葉尖渦，進(jìn)而產(chǎn)生較強的旋轉(zhuǎn)噪聲及較大的能量損失，從而導(dǎo)致風(fēng)力機旋轉(zhuǎn)噪聲高及風(fēng)能利用率較低；部分葉片為解決上述問題，在葉尖部加裝葉尖小翼，雖可一定程度上改善葉尖渦的產(chǎn)生和擴散，但葉尖小翼并非葉片本體結(jié)構(gòu)，使用中易從葉尖脫落。以上問題的存在，嚴(yán)重制約著風(fēng)能的有效利用和風(fēng)力機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。技術(shù)實現(xiàn)要素：有鑒于此，本實用新型提供了一種刀鋒形風(fēng)力機葉片，葉片中部翼型面相對寬大、突出，靠近葉根部分翼型面寬度呈逐漸收縮外形，葉尖為刀鋒形結(jié)構(gòu)，該種結(jié)構(gòu)形式可在有效提升葉片風(fēng)能利用率的同時較大程度上縮減葉片外形尺寸，并可使葉片在旋轉(zhuǎn)過程中有效地破碎葉尖渦的生成與生長，從而有效降低葉片旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的氣動噪聲。為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型是這樣實現(xiàn)的：一種刀鋒形風(fēng)力機葉片，由葉片翼型和葉根兩部分組成，葉片翼型部分表面的三維結(jié)構(gòu)由十個翼型面翼型曲線以及一個空間特征翼型點連續(xù)光滑過渡生成；所述每個翼型面翼型曲線分別由壓力面曲線和吸力面曲線組成；定義Z方向為葉片葉展方向，垂直Z方向的面為XOY平面；第一翼型面所處的空間位置面為Z＝0的空間面，第一翼型面前緣點為三維坐標(biāo)原點(0，0，0)；各翼型面曲線前緣點與后緣點間的連線為弦長，弦長在XOY平面內(nèi)與X坐標(biāo)軸間的夾角為扭角，順時針方向為扭角正向；所述十個翼型面壓力面曲線和吸力面曲線對應(yīng)的坐標(biāo)值如下：第一翼型面翼型曲線坐標(biāo)(Z坐標(biāo)為0mm)第二翼型面翼型曲線坐標(biāo)(Z坐標(biāo)為94.5mm)第三翼型面翼型曲線坐標(biāo)(Z坐標(biāo)為189mm)第四翼型面翼型曲線坐標(biāo)(Z坐標(biāo)為283.5mm)第五翼型面翼型曲線坐標(biāo)(Z坐標(biāo)為378mm)第六翼型面翼型曲線坐標(biāo)(Z坐標(biāo)為472.5mm)第七翼型面翼型曲線坐標(biāo)(Z坐標(biāo)為567mm)第八翼型面翼型曲線坐標(biāo)(Z坐標(biāo)為661.5mm)第九翼型面翼型曲線坐標(biāo)(Z坐標(biāo)為756mm)第十翼型面翼型曲線坐標(biāo)(Z坐標(biāo)為803.25mm)所述空間特征翼型點坐標(biāo)為(0mm，0mm，850mm)；十個特征翼型面翼型曲線弦長及扭角如下：序號弦長(mm)扭角(°)序號弦長(mm)扭角(°)第1翼型面曲線99.64-27.8°第6翼型面曲線134.87-6.1°第2翼型面曲線131.71-19.3°第7翼型面曲線109.62-5°第3翼型面曲線169.69-13.7°第8翼型面曲線84.38-3.74°第4翼型面曲線185.22-10°第9翼型面曲線59.13-1.7°第5翼型面曲線159.98-7.5°第10翼型面曲線43.33-0.1°所述葉根由固定段13和過渡段12組成，固定段為矩形結(jié)構(gòu)，其上加工有Y軸方向的螺栓孔，螺栓孔用于與風(fēng)輪機輪轂固定連接，過渡段連接固定段和葉片翼型部分的第一翼型面。進(jìn)一步地，所述固定段的長為80mm、寬為94mm、高為47mm，所述過渡段由第一翼型面曲線和固定段端面(94mm×47mm)通過放樣曲線生成過渡段結(jié)構(gòu)體，過渡段長度為70mm。葉片具體生產(chǎn)實現(xiàn)工藝，可通過上述十個特征翼型面翼型曲線及一個空間特征翼型點實際結(jié)構(gòu)和三維空間相對位置關(guān)系定義連接光滑過渡生成葉片外形結(jié)構(gòu)的加工模具，進(jìn)而通過例如模具注塑等工藝實現(xiàn)葉片的實體加工，或?qū)⑷~片翼型部分和葉根部分空間點數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D打印機生成三維模型，進(jìn)而直接打印整體葉片。有益效果：1)葉片具備低的啟動風(fēng)速。為盡可能降低葉片的啟動風(fēng)速，本申請葉片在結(jié)構(gòu)上具有以下特征：a、對葉片做功具有重要作用的葉中部分設(shè)計為寬翼型結(jié)構(gòu)形式，以盡可能增大啟動力矩，降低葉片的啟動風(fēng)速；b、葉片材質(zhì)由碳纖維制成，碳纖維質(zhì)輕且剛度、韌性較大，可在保證葉片運行機械強度和疲勞損傷的條件下較大程度上降低葉片的質(zhì)量，以盡可能減小葉片的慣性啟動阻力矩；c、對葉片做功能力影響不大的葉根處翼型結(jié)構(gòu)采用逐次收縮的形式，以縮減葉片外形尺寸，減小葉片質(zhì)量，減小葉片的慣性啟動阻力矩。經(jīng)初步試驗，該葉片啟動風(fēng)速小于3m/s，屬于低啟動風(fēng)速型風(fēng)力機，對低速風(fēng)能的利用有很好的適用性。2)高的風(fēng)能利用率。本申請葉片翼型結(jié)構(gòu)采用葉素—動量理論專門針對分布式小型風(fēng)力機而開發(fā)，葉片具有很好的結(jié)構(gòu)流線性和空氣動力學(xué)性能。將設(shè)計葉片組合成為三葉片風(fēng)輪，經(jīng)數(shù)值仿真，葉片設(shè)計工況(額定來流風(fēng)速10m/s，額定轉(zhuǎn)速560轉(zhuǎn)/分)下風(fēng)輪的風(fēng)能利用率Cp值大于44.5％，屬于高氣動性能風(fēng)力機葉片。3)低的旋轉(zhuǎn)輻射噪聲。一方面：本申請葉片針對性地在葉片葉尖部位采用類似于刀鋒尖部的結(jié)構(gòu)形式，葉片前端部可以很好地抑制葉尖渦的產(chǎn)生，從而可以較大程度上降低葉片的輻射噪聲；同時，葉片前端部與葉片為一體結(jié)構(gòu)，剛性較大，故可以避免葉片前端部如安裝小翼等外加附加部件易脫落的危險。另一方面：本申請葉片葉根附近翼型結(jié)構(gòu)采用逐次收縮的形式，較大程度上降低了寬葉根結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的葉片中心渦強度，從而較大程度上降低了葉片旋轉(zhuǎn)輻射噪聲的等級，經(jīng)數(shù)值仿真，額定工況下，該種結(jié)構(gòu)形式可較同直徑NACA4415翼型葉片風(fēng)輪噪聲級降低5分貝以上。附圖說明圖1是本實用新型的十個翼型面翼型曲線及一個空間特征翼型點在葉片上的分布示意圖；圖2是本實用新型的外形結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實用新型的葉片特征翼型面翼型曲線外輪廓圖；圖4是本實用新型的十個特征翼型面翼型曲線的輪廓圖。其中：1-第1翼型面曲線；2-第2翼型面曲線；3-第3翼型面曲線；4-第4翼型面曲線；5-第5翼型面曲線；6-第6翼型面曲線；7-第7翼型面曲線；8-第8翼型面曲線；9-第9翼型面曲線；10-第10翼型面曲線；11-空間特征翼型點；12-過渡段；13-固定段；14-螺栓孔。具體實施方式下面結(jié)合附圖并舉實施例，對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)描述。如附圖1所示，本實用新型的刀鋒形風(fēng)力機葉片由葉片翼型和葉根兩部分組成，葉片翼型部分表面的三維結(jié)構(gòu)由十個翼型面翼型曲線以及一個空間特征翼型點11連續(xù)光滑過渡生成；所述每個翼型面翼型曲線分別由壓力面曲線和吸力面曲線組成；如附圖2中的坐標(biāo)系所示，定義Z方向為葉片葉展方向，垂直Z方向的面為XOY平面；第一翼型面所處的空間位置面為Z＝0的空間面，第一翼型面前緣點為三維坐標(biāo)原點(0，0，0)；各翼型面曲線前緣點與后緣點間的連線為弦長，弦長在XOY平面內(nèi)與X坐標(biāo)軸間的夾角為扭角，順時針方向為扭角正向；所述十個翼型面壓力面曲線和吸力面曲線對應(yīng)的坐標(biāo)值如下：第一翼型面翼型曲線坐標(biāo)(Z坐標(biāo)為0mm)第二翼型面翼型曲線坐標(biāo)(Z坐標(biāo)為94.5mm)第三翼型面翼型曲線坐標(biāo)(Z坐標(biāo)為189mm)第四翼型面翼型曲線坐標(biāo)(Z坐標(biāo)為283.5mm)第五翼型面翼型曲線坐標(biāo)(Z坐標(biāo)為378mm)第六翼型面翼型曲線坐標(biāo)(Z坐標(biāo)為472.5mm)第七翼型面翼型曲線坐標(biāo)(Z坐標(biāo)為567mm)第八翼型面翼型曲線坐標(biāo)(Z坐標(biāo)為661.5mm)第九翼型面翼型曲線坐標(biāo)(Z坐標(biāo)為756mm)第十翼型面翼型曲線坐標(biāo)(Z坐標(biāo)為803.25mm)所述空間特征翼型點坐標(biāo)為(0mm，0mm，850mm)；十個特征翼型面翼型曲線弦長及扭角如下：序號弦長(mm)扭角(°)序號弦長(mm)扭角(°)第1翼型面曲線99.64-27.8°第6翼型面曲線134.87-6.1°第2翼型面曲線131.71-19.3°第7翼型面曲線109.62-5°第3翼型面曲線169.69-13.7°第8翼型面曲線84.38-3.74°第4翼型面曲線185.22-10°第9翼型面曲線59.13-1.7°第5翼型面曲線159.98-7.5°第10翼型面曲線43.33-0.1°所述葉根由固定段13和過渡段12組成，固定段為矩形結(jié)構(gòu)，其上加工有Y軸方向的螺栓孔，螺栓孔用于與風(fēng)輪機輪轂固定連接，過渡段連接固定段和葉片翼型部分的第一翼型面。所述固定段的長為80mm、寬為94mm、高為47mm，所述過渡段由第一翼型面曲線和固定段端面(94mm×47mm)通過放樣曲線生成過渡段結(jié)構(gòu)體，過渡段長度為70mm。十個特征翼型面翼型曲線按附圖1中位置順序布置，以10個特征翼型面翼型曲線及一個空間特征翼型點為基準(zhǔn)，光滑過渡生成葉片翼型部分，即可繪制或加工出葉片翼型部分結(jié)構(gòu)。或按照附圖4的十個特征翼型面翼型曲線整體以1:1的比例放大為實際尺寸，并按各特征翼型面扭角進(jìn)行翼型曲線扭轉(zhuǎn)后，亦可獲得制作葉片模具的十個特征翼型面三維空間結(jié)構(gòu)。所述風(fēng)輪由三葉片組成，葉片材質(zhì)為碳纖維。綜上所述，以上僅為本實用新型的較佳實施例而已，并非用于限定本實用新型的保護(hù)范圍。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3