叶片设计方法以及用于风力发电机组的叶片技术

本发明专利技术提供了一种叶片设计方法以及用于风力发电机组的叶片，根据所述叶片设计方法，沿叶片展向方向，将叶片的整体或者某一段作为设计段，通过减小设计升力系数来增大叶片弦长、减小叶片扭角、或降低叶片相对厚度，从而降低叶片失速的可能性。根据本发明专利技术的设计方法，降低了叶片失速的可能性，提高了叶片气动性能的同时降低了叶片气动噪声。的同时降低了叶片气动噪声。的同时降低了叶片气动噪声。

【技术实现步骤摘要】
叶片设计方法以及用于风力发电机组的叶片


[0001]本专利技术属于风力发电
，尤其涉及一种叶片设计方法以及用于风力发电机组的叶片。

技术介绍

[0002]风力发电机是一种依靠叶片翼型升力来工作的空气动力学设备。当空气流过叶片翼型时，会在翼型的上表面(吸力面)形成负压，下表面(压力面)形成正压，上下表面的压力差产生叶片升力，从而推动叶轮旋转，将风能转换电能。
[0003]叶片翼型的升力随着攻角增加而线性增加，但是在达到某个临界值后，升力出现突然下降，阻力大幅增大，即发生了失速。风力机叶片应尽量避免工作在失速或流动分离状态下，因为失速不仅会带来机组发电性能的损失，还会造成相关零部件甚至整个机组的损坏，从而引发机组安全性问题。引起失速的原因有很多，例如空气密度降低、叶片表面状况差、风速风向湍流度突变、机组控制不当，以及叶片本身的外形设计等。
[0004]现有的叶片外形设计的出发点往往是成本和重量，对翼型气动性能、叶片出力性能、失速本身了解和关注不够，再加上述失速因素，出现叶片吊装即失速，或者运行几个月后失速；还有的机组功率曲线表面良好，但噪声测试发现叶片存在局部失速。
[0005]当发现叶片失速严重时，需要对叶片进行重新设计，以获得符合机组运行性能要求的叶片。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要专利技术目的之一在于提供叶片设计方法以及用于风力发电机组的叶片，以降低叶片失速的可能性。
[0007]根据本专利技术的一方面，提供了一种叶片设计方法，沿叶片展向方向，将叶片的整体或者某一段作为设计段，通过减小设计升力系数来增大叶片弦长、减小叶片扭角、或降低叶片相对厚度，从而降低叶片失速的可能性。
[0008]根据本专利技术的一方面，所述叶片设计方法包括如下步骤：确定叶片的每个设计段的叶片翼型；沿着叶片展向，确定所述设计段的多个设计点位；设定所述多个设计点位的设计升力系数，使得所述多个设计点的设计升力系数比参考设计升力系数低预定值；对所述多个设计点位的设计升力系数进行曲线拟合，获得所述叶片的设计升力系数曲线。
[0009]根据本专利技术的一方面，基于参考叶片确定所述叶片的每个设计段的叶片翼型，所述参考叶片是指在展向上预定位置在标准设计空气密度
±
0.15kg/m3条件下发生失速的叶片，所述预定位置为标准翼型位置。
[0010]根据本专利技术的一方面，所述参考升力系数是指在所述多个设计点位所述参考叶片对应的设计升力系数，所述多个设计点位的设计升力系数比所述参考升力系数低0～0.5。
[0011]根据本专利技术的一方面，所述叶片包括与所述参考叶片共模的共模区段和新设计区段，在所述共模区段，将所述多个设计点的设计升力系数设定为与所述参考升力系数相同，
在所述新设计区段，将所述多个设计点的设计升力系数设定为比所述参考升力系数低0.001～0.5。
[0012]根据本专利技术的一方面，在所述新设计区段，将所述多个设计点的设计升力系数设定为比所述参考升力系数低0.01～0.05。
[0013]根据本专利技术的一方面，所述参考设计升力系数包括相应的叶片翼型对应的最大升力系数。
[0014]根据本专利技术的一方面，在将所述叶片沿着展向方向划分为多个设计段的情况下，采用如下方式中的一种进行曲线拟合：(a)每2m～10m作为一个设计段，每段以不超过4次幂的函数进行曲线拟合，拟合优度不低于0.98；(b)每10m～20m作为一个设计段，每段以不超过6次幂的函数进行曲线拟合，拟合优度不低于0.97；(c)每20m～50m作为一个设计段，每段以不超过10次幂的函数进行曲线拟合，拟合优度不低于0.95。
[0015]根据本专利技术的一方面，所述叶片翼型为层流翼型或高升力翼型。
[0016]根据本专利技术的一方面，所述多个设计点位包括相对厚度30％、25％、24％、21％和18％对应的位置中的至少一个。
[0017]根据本专利技术的一方面，所述叶片比所述参考叶片长，包括加长区段，基于所述加长区段对应的翼型的最大升力系数CLmax来确定所述加上区段上的多个设计点位的设计升力系数。
[0018]根据本专利技术的一方面，在所述共模区段的靠近叶尖侧的2-8m区域内选择至少2个设计点位。
[0019]根据本专利技术的一方面，所述叶片的叶尖10％区段的设计升力系数比当地的最大升力系数CLmax低0～2，在叶尖位置，设计升力系数为0。
[0020]根据本专利技术的另一方面，提供了一种用于风力发电机组的叶片，所述叶片为采用上述的叶片设计方法设计，所述叶片的翼型为DU系列翼型。
[0021]根据本专利技术的一方面，在叶片展向长度为40～50m位置，所述叶片的设计升力系数为1.0～1.2。
[0022]根据本专利技术的一方面，所述叶片的叶片弦长为1.3～1.4m。
[0023]根据本专利技术的一方面，所述叶片的扭角为-2～0deg。
[0024]根据本专利技术的一方面，所述叶片的相对厚度为20～30％。
[0025]本专利技术通过对翼型气动性能的充分了解，对参考叶片进行中部截断并延长设计，设计点选择在距离失速较远的攻角，通过增大叶片弦长和减小扭角的设计，大大降低了该延长叶片的失速程度；该叶片外形设计理念，可应用于所有叶片设计中。
附图说明
[0026]通过下面结合附图对实施例进行的描述，本专利技术的上述和/或其它目的和优点将会变得更加清楚，其中：
[0027]图1是根据本专利技术一个实施例的新叶片的设计升力系数曲线与参考叶片的设计升力系数的对比示例图；
[0028]图2是根据本专利技术一个实施例的新叶片的设计升力系数曲线拟合示例；
[0029]图3是根据本专利技术一个实施例的新叶片与参考叶片的弦长对比示例；
[0030]图4是根据本专利技术一个实施例的新叶片与参考叶片的扭角对比示例。
[0031]图5是根据本专利技术一个实施例的新叶片在不同来流风速下的升力系数曲线示例图。
具体实施方式
[0032]现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，不应被理解为本专利技术的实施形态限于在此阐述的实施方式。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
[0033]当叶片的设计升力系数接近最大升力系数CLmax时，存在容易失速的风险。例如，当湍流比较大或基本工况发生变化的情况下，叶片很容易进入失速状态或者局部失速。因此，当叶片的设计升力系数与最大升力系数CLmax越接近时，越容易失速，能够适用的空气密度范围越窄。
[0034]另外，新叶片的表面比较光滑，相应的最大升力系数CLmax相对较高，然而，随着使用时间的增加，叶片表面变脏，相应的最大升力系数CLmax相对较低。因此，在确定叶片的设计升力系数时，不仅要参考叶片表面光滑情况下的相应的最大升力系数CleanCLmax，还有考虑叶片表面粗糙情况下的相应的最大升力系数RoughCLmax，叶片的设计升力系数与这两个最大升力系数之间保持一定间距，尤其是与Ro本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种叶片设计方法，其特征在于，沿叶片展向方向，将叶片的整体或者某一段作为设计段，通过减小设计升力系数来增大叶片弦长、减小叶片扭角、或降低叶片相对厚度，从而降低叶片失速的可能性。2.根据权利要求1所述的叶片设计方法，所述叶片设计方法包括如下步骤：确定叶片的每个设计段的叶片翼型；沿着叶片展向，确定所述设计段的多个设计点位；设定所述多个设计点位的设计升力系数，使得所述多个设计点的设计升力系数比参考设计升力系数低预定值；对所述多个设计点位的设计升力系数进行曲线拟合，获得所述叶片的设计升力系数曲线。3.根据权利要求2所述的叶片设计方法，其特征在于，基于参考叶片确定所述叶片的每个设计段的叶片翼型，所述参考叶片是指在展向上预定位置在标准设计空气密度
±
0.15kg/m3条件下发生失速的叶片，所述预定位置为标准翼型位置。4.根据权利要求3所述的叶片设计方法，其特征在于，所述参考升力系数是指在所述多个设计点位所述参考叶片对应的设计升力系数，所述多个设计点位的设计升力系数比所述参考升力系数低0～0.5。5.根据权利要求4所述的叶片设计方法，其特征在于，所述叶片包括与所述参考叶片共模的共模区段和新设计区段，在所述共模区段，将所述多个设计点的设计升力系数设定为与所述参考升力系数相同，在所述新设计区段，将所述多个设计点的设计升力系数设定为比所述参考升力系数低0.001～0.5。6.根据权利要求5所述的叶片设计方法，其特征在于，在所述新设计区段，将所述多个设计点的设计升力系数设定为比所述参考升力系数低0.01～0.05。7.根据权利要求1所述的叶片设计方法，其特征在于，所述参考设计升力系数包括相应的叶片翼型对应的最大升力系数。8.根据权利要求2所述的叶片设计方法，其特征在于，在将所述叶片沿着展向方向划分为多个设计段的情况下，采用如下方式中的一种进行曲线拟合：(a)每...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾少红，
申请(专利权)人：江苏金风科技有限公司，
类型：发明
国别省市：