一种装有梳状锯齿结构的风电叶片及其安装方法技术

技术编号:19708652 阅读:63 留言:0更新日期:2018-12-08 16:49
本发明专利技术公开了一种装有梳状锯齿结构的风电叶片及其安装方法,该梳状锯齿结构通过底板与风电叶片连接,梳状锯齿结构的中心线与叶片变桨轴线之间形成有夹角;梳状锯齿结构体包含一个或多个锯齿结构,该锯齿结构设有梳状锯齿结构前缘、梳状锯齿结构顶端和梳状锯齿结构后缘;梳状锯齿结构顶端设置成圆弧状,梳状锯齿结构前缘设置为弧状结构。风电叶片包含叶片根部、叶片中部和叶片尖部,梳状锯齿结构包含叶片尖部区域梳状锯齿结构、叶片中部区域梳状锯齿结构和叶片根部区域梳状锯齿结构。本发明专利技术可降低翼型气动噪音,提高翼型气动性能,提高年发电量,降低叶片气动噪音和振动;还可对同类产品进行定位和安装,安装定位过程精确可靠,安装效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种装有梳状锯齿结构的风电叶片及其安装方法
本专利技术涉及风电叶片领域,特别涉及一种装有梳状锯齿结构的风电叶片及其安装方法。
技术介绍
现有技术中的风力机主要包括叶片、机舱轮毂、塔架和基础,塔架与地面通过基础固定(海上机组可能使用其他基础形式)。叶片通过轴承与机舱轮毂连接,该风力机通过叶片吸收风能,带动发电机转轴旋转进行发电,风力机的输出功率主要由叶片吸收风能的性能来决定。叶片包含叶片根部、叶片中部、叶尖、叶片前缘和叶片后缘,叶片中部和叶尖主要吸收风能,叶片根部主要作用是承受载荷并将叶片和机舱轮毂进行连接。大型现代风力机的单机功率容量需求持续增加,尤其是在风轮扫风面积方面,风轮扫风面积越大,风力机的适用风速越低,在低风速下的发电量就越高,但是相应的整个风力机以及风力机的不同部件尺寸就越大。所以,随着风力发电机机组单机容量增加和叶片长度的增加,叶片尖部的线速度已接近300km/h,随着叶片线速度的增加,叶片的气动噪音也越来越明显。另外,随着风力发电机组的大型化与风电场的大规模开发建设,远离居民区的空旷风场越来越稀缺,风电场与居民区的距离变得越来越近,风力机产生的噪声问题已成为风力机设计所面临的挑战,噪音问题越来越受到社会和环保机构的关注,噪声成为必须考虑和解决的问题。则如何增加叶片的风能吸收率和降低机组的噪音是提高风力机核心竞争力的关键问题。借鉴飞机发动机降噪的经验,发动机出口位置的锯齿结构可以很好改善了发动机尾流的湍流结构进而降低气动噪音。现有技术中已涉及对于锯齿结构用于减小风力涡轮转子的转子叶片转动时所产生的噪音的技术。然而,从目前现有的用于风力叶片上的锯齿结构的现有技术在型式结构、安装位置、材料和安装方法上存在很多不合理的地方,且部分现有技术所描述的锯齿结构实施过程并未进行严格的试验验证,在实际应用过程中可能会出现效果不明显或者出现负面效果的情况。具体地,现有技术中未对单个锯齿结构带的长度尺寸做限制,由于风轮表面气动外形的特殊性,在安装过程中会存在困难,且由于曲面的变化会产生锯齿结构带向外剥离的预应力,降低粘胶的可靠性。且该专利申请中的锯齿结构的基板材质为玻璃纤维,未考虑材料对锯齿结构降噪性能的影响;另外该专利申请中锯齿结构采用平板切割而成,未考虑的板厚的过渡,在运行过程中会产生较大的气动阻力,且容易造成噪声衍射降低降噪效果。另,现有技术中,未考虑锯齿结构与翼型弦长方向安装夹角的关系,且尾缘锯齿结构太尖锐容易形成细小高能量涡流,使得湍流边界层流经尾缘锯齿结构边缘时产生强烈的宽频散射噪声。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种装有梳状锯齿结构的风电叶片及其安装方法,针对具体的叶片结构特征,从梳状锯齿结构降噪、增效最优考虑,指定了不同叶片上安装梳状锯齿结构尺寸布置方法、安装夹角确定方法、粘接密封过渡方法和不同型式梳状锯齿结构连接方法;该梳状锯齿结构还能够减少由于叶片表面污染后导致的风力机发电量损失和叶片表面污染后气动噪音的降低,可用于已运行叶片的增功、降噪改造;且针对梳状锯齿结构的运行环境,从耐候性考虑其生产材料可选为耐候性工程塑料或复合材料,指定了批量加工方式,指定了将梳状锯齿结构粘接到叶片表面密封粘接胶种类;还公开了在风力机叶片上确定梳状锯齿结构安装位置的方法,以及安装梳状锯齿结构到风力机叶片上的方法。为了达到上述目的,本专利技术公开了一种风电叶片的梳状锯齿结构,所述梳状锯齿结构通过底板与所述风电叶片连接,所述梳状锯齿结构的中心线与叶片变桨轴线之间形成有夹角;所述梳状锯齿结构体包含一个或多个锯齿结构,该锯齿结构设有梳状锯齿结构前缘、梳状锯齿结构顶端和梳状锯齿结构后缘;所述梳状锯齿结构顶端设置成圆弧状,所述梳状锯齿结构前缘设置为弧状结构,所述梳状锯齿结构后缘设置成倾斜的弧面结构。优选地,所述梳状锯齿结构前缘上设有仓鸮羽毛状的锯齿凸起结构;或者,所述梳状锯齿结构前缘上设有仓鸮羽毛状的流苏状边缘结构;或者,所述梳状锯齿结构前缘上设有倾斜弧形状的长条梳齿结构进行平行紧密排列或竖直的长条梳齿结构进行平行紧密排列。优选地,所述梳状锯齿结构的锯齿结构之间设有圆角结构,所述梳状锯齿结构后缘上设有锯齿结构圆角过渡结构,所述锯齿结构从齿根到齿尖逐渐变薄。优选地,所述底板的长度范围为30~100mm,所述锯齿结构的长度尺寸与宽度尺寸比值的范围为0.5~3.5。本专利技术公开了一种包含如上文所述的梳状锯齿结构的风电叶片,该风电叶片包含叶片根部、叶片中部和叶片尖部,所述梳状锯齿结构通过底板与所述风电叶片连接;所述梳状锯齿结构的中心线与叶片变桨轴线之间形成有夹角;所述梳状锯齿结构包含叶片尖部区域梳状锯齿结构、叶片中部区域梳状锯齿结构和叶片根部区域梳状锯齿结构,从所述叶片尖部至所述叶片根部,梳状锯齿结构中心线与叶片变桨轴线的夹角逐渐增大或者逐渐减小,该夹角为连续变化或间断变化。优选地,叶片中部梳状锯齿结构中心线与变桨轴线的第一夹角的范围在30°~80°和/或叶片中部梳状锯齿结构中心线与叶片变桨轴线的第二夹角的范围在40°~100°。优选地,所述风电叶片各横截面为翼型结构,所述翼型结构包括前缘、尾缘、吸力面、压力面、吸力面尾缘和压力面尾缘;其中,叶片的翼型弦长是指所述前缘和所述尾缘水平方向的距离,叶片的翼型相对厚度是指所述吸力面和所述压力面垂直方向上的距离与所述翼型弦长的比值;翼型结构的翼型弦长方向与水平方向之间的夹角的角度范围为-10°~10°;梳状锯齿结构的锯齿结构长度尺寸与翼型弦长之间的比值在0.05%~30%之间,所述锯齿结构的宽度尺寸与长度尺寸的比值在0.05%~200%之间。优选地,梳状锯齿结构的第一部分设置在翼型相对厚度为15%~18%的区域,所述梳状锯齿结构的第一部分的长度尺寸范围是所对应安装位置处翼型弦长的0.5%~5%;梳状锯齿结构的第二部分设置在翼型相对厚度为18%~21%的区域,所述梳状锯齿结构的第二部分的长度尺寸范围是所对应安装位置处翼型弦长的1%~10%;梳状锯齿结构的第三部分设置在翼型相对厚度为21%~25%的区域,所述梳状锯齿结构的第三部分的长度尺寸范围是所对应安装位置处翼型弦长的2%~25%;梳状锯齿结构的第四部分设置在翼型相对厚度为25%~30%的区域,所述梳状锯齿结构的第四部分的长度尺寸范围是所对应安装位置处翼型弦长的5%~30%;梳状锯齿结构的第五部分设置在翼型相对厚度为30%~40%的区域,所述梳状锯齿结构的第五部分的长度尺寸范围在所对应安装位置处翼型弦长的6%~25%;梳状锯齿结构的第六部分设置在翼型相对厚度为40%~60%的区域,所述梳状锯齿结构的第六部分的长度尺寸范围是在所对应安装位置处翼型弦长的10%~20%。优选地,叶片尖部1/3区域的锯齿结构的长度尺寸范围为20~150mm,叶片中部1/3区域的锯齿结构的长度尺寸范围为100~300mm,叶片根部1/3区域的锯齿结构的长度尺寸范围为150~400mm;和/或,叶片尖部1/3区域的锯齿结构的宽度尺寸范围为5~50mm,叶片中部1/3区域的锯齿结构的宽度尺寸范围为30~150mm,叶片根部1/3区域的锯齿结构的宽度尺寸范围为50~200mm。本专利技术还公开了一种将如上文所述的梳状锯齿结构安装至风电叶片上的方法,该安装方法包含:安装准备本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种风电叶片的梳状锯齿结构,其特征在于,所述梳状锯齿结构通过底板与所述风电叶片连接,所述梳状锯齿结构的中心线与叶片变桨轴线之间形成有夹角;所述梳状锯齿结构体包含一个或多个锯齿结构,该锯齿结构设有梳状锯齿结构前缘、梳状锯齿结构顶端和梳状锯齿结构后缘;所述梳状锯齿结构顶端设置成圆弧状,所述梳状锯齿结构前缘设置为弧状结构,所述梳状锯齿结构后缘设置成倾斜的弧面结构。

【技术特征摘要】
1.一种风电叶片的梳状锯齿结构,其特征在于,所述梳状锯齿结构通过底板与所述风电叶片连接,所述梳状锯齿结构的中心线与叶片变桨轴线之间形成有夹角;所述梳状锯齿结构体包含一个或多个锯齿结构,该锯齿结构设有梳状锯齿结构前缘、梳状锯齿结构顶端和梳状锯齿结构后缘;所述梳状锯齿结构顶端设置成圆弧状,所述梳状锯齿结构前缘设置为弧状结构,所述梳状锯齿结构后缘设置成倾斜的弧面结构。2.如权利要求1所述的风电叶片的梳状锯齿结构,其特征在于,所述梳状锯齿结构前缘上设有仓鸮羽毛状的锯齿凸起结构;或者,所述梳状锯齿结构前缘上设有仓鸮羽毛状的流苏状边缘结构;或者,所述梳状锯齿结构前缘上设有倾斜弧形状的长条梳齿结构进行平行紧密排列或竖直的长条梳齿结构进行平行紧密排列。3.如权利要求1所述的风电叶片的梳状锯齿结构,其特征在于,所述梳状锯齿结构的锯齿结构之间设有圆角结构,所述梳状锯齿结构后缘上设有锯齿结构圆角过渡结构,所述锯齿结构从齿根到齿尖逐渐变薄。4.如权利要求1所述的风电叶片的梳状锯齿结构,其特征在于,所述底板的长度范围为30~100mm,所述锯齿结构的长度尺寸与宽度尺寸比值的范围为0.5~3.5。5.一种包含如权利要求1-4任意一项所述的梳状锯齿结构的风电叶片,其特征在于,所述风电叶片包含叶片根部、叶片中部和叶片尖部,所述梳状锯齿结构通过底板与所述风电叶片连接;所述梳状锯齿结构的中心线与叶片变桨轴线之间形成有夹角;所述梳状锯齿结构包含叶片尖部区域梳状锯齿结构、叶片中部区域梳状锯齿结构和叶片根部区域梳状锯齿结构,从所述叶片尖部至所述叶片根部,梳状锯齿结构中心线与叶片变桨轴线的夹角逐渐增大或者逐渐减小,该夹角为连续变化或间断变化。6.如权利要求5所述的风电叶片,其特征在于,叶片中部梳状锯齿结构中心线与变桨轴线的第一夹角的范围在30°~80°和/或叶片中部梳状锯齿结构中心线与叶片变桨轴线的第二夹角的范围在40°~100°。7.如权利要求5所述的风电叶片,其特征在于,所述风电叶片各横截面为翼型结构,所述翼型结构包括前缘、尾缘、吸力面、压力面、吸力面尾缘和压力面尾缘;其中,叶片的翼型弦长是指所述前缘和所述尾缘水平方向的距离,叶片的翼型相对厚度是指所述吸力面和所述压力面垂直方向上的距离与所述翼型弦长的比值;翼型结构的翼型弦长方向与水平方向之间的夹角的角度范围为-10°~10°;梳状锯齿结构的锯齿结构长度尺寸与翼型弦长之间的比值在0.05%...

【专利技术属性】
技术研发人员:王德超艾国远李海涛于菲
申请(专利权)人:上海电气风电集团有限公司
类型:发明
国别省市:上海,31

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