【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及风电发电机组，具体提供一种具有柔性叶尖的风电叶片及风轮。
技术介绍
1、风力发电作为一种能将风能转化为电能的清洁能源技术，被广泛应用于全球各地；随着风轮大型化发展趋势，叶片叶尖的气动载荷不断增加，传统的刚性叶尖不再适用于大展弦比的风电叶片。
2、在低风速状态下或者风电机组停机时，由于叶片是非流线型结构，在一定恒定流速气流作用下，会在叶片前后缘位置交替的产生脱离叶片表面的漩涡，而这种旋涡脱落引发的涡激振动会引起叶片的疲劳损伤，影响叶片使用寿命；在中风速状态下，叶片对风能的利用率能够达到最佳状态；在高风速状态下，叶片的空气动力性能不断增强，会造成风力发电机不稳定和强破坏性。
3、柔性叶尖具有良好的变形能力，在不同来流风速下，展现出不同的结构形态；其设计可以改善叶片的气动性能，减小风阻，提升风能利用效率，从而提高发电效率；柔性叶尖的出现是对传统刚性叶尖设计的突破，代表了新一代风电叶片设计理念的创新。
4、中国专利cn2809292公开了一种柔性风机叶片，包括叶片本体，所述叶片本体地叶尖端部设有柔性叶尖，所述柔性叶尖与叶片本体固定连接，所述柔性叶尖的形状与叶片主体翼型的弯曲弧面一致；所述柔性叶尖可用即有足够柔性又有一定刚度和韧性的材料制成，例如可选用橡胶布等材料制成；所述柔性叶尖的厚度范围为2～10mm；所述叶片主体与柔性叶尖之间还设有超薄叶片区；柔性叶尖一方面可以封住风机一侧的高风压，使之不向低压一侧泄漏；另一方面它又不会对风筒造成伤害，即使发生碰撞，对叶片和风筒壁都不会有损坏；但上述
5、本专利技术提供了一种具有柔性叶尖的风电叶片及风轮；从叶片的气动特性出发，针对叶片叶尖结构进行设计调整，以确保设计的柔性叶尖能够在复杂的气流环境下即在不同的风速条件下有效地实现增效降载的效果。
6、本
技术介绍
所公开的上述信息仅仅用于增加对本申请
技术介绍
的理解，因此，其可能包括不构成本领域普通技术人员已知的现有技术。
技术实现思路
1、本专利技术旨在解决上述技术问题，即，解决现有风电叶片结构在复杂气流环境下即在不同风速条件下不能实现增效降载的问题。
2、在第一方面，本专利技术提供一种具有柔性叶尖的风电叶片，包括叶片主体和柔性叶尖；所述柔性叶尖被构造为：随着风速的逐渐增大，所述柔性叶尖的倾斜方向自朝向所述叶片主体的旋转方向逐渐变成背离所述叶片主体的旋转方向。
3、在采用上述技术方案的情况下，本专利技术的风电叶片利用柔性叶尖所具有的良好的变形能力；在低风速时，柔性叶尖朝向旋转方向倾斜，减小叶尖区域的压力差，减缓漩涡的形成，降低叶尖处的气动损失，改善叶片的气动性能，提高风力发电机的发电效率；在中风速时，柔性叶尖在来流风的作用下，逐渐向叶片主体中心轴倾斜，使得扫风半径和扫风面积不断增加，风能利用效率也随之增加；在高风速时，柔性叶尖背离旋转方向倾斜，扫风面积减小，可以有效降低叶片所受的气动力载荷；从而本专利技术的风电叶片能够在复杂的气流环境下根据不同的风速条件有效地实现增效降载的效果。
4、进一步地，所述叶片主体包括叶根端和叶尖端，所述柔性叶尖与所述叶片主体的叶尖端粘接固定。
5、在采用上述技术方案的情况下，本专利技术采用在端面粘接的方式能够保证柔性叶片与叶片主体结合处的整体性过渡连接，具有良好的气动性能。
6、进一步地，所述叶片主体采用玻璃纤维复合材料制造而成；并且/或者所述柔性叶尖采用柔性橡胶材料制造而成。
7、在采用上述技术方案的情况下，本专利技术的柔性叶尖采用橡胶材料制成具有良好的变形能力，能够在不同的风速条件下改变其倾斜方向。
8、进一步地，所述柔性叶尖的长度与所述叶片主体的长度的比值范围为0.15-0.2。
9、在采用上述技术方案的情况下，本专利技术的风电叶片能够兼顾柔性叶尖的增效降载以及整体的风能利用率的效果，也就是说需要合理设定柔性叶尖的长度占比，起到增效降载的效果且不影响整体的发电效率。
10、进一步地，所述柔性叶尖的倾斜状态为直线倾斜或者弯曲倾斜或者扭转倾斜。
11、在采用上述技术方案的情况下，本专利技术的柔性叶尖的倾斜状态设置可以是直线倾斜或者弯曲倾斜或者扭转倾斜中的任一种或者多种。
12、进一步地，所述柔性叶尖靠近所述叶片主体的一端设置有伸缩部，所述伸缩部被构造成能够随着所述柔性叶尖的倾斜而伸缩。
13、进一步地，在所述柔性叶尖朝向旋转方向倾斜的状态下，所述伸缩部朝向旋转方向的部分处于收缩状态且背离旋转方向的部分处于伸展状态；在所述柔性叶尖背离旋转方向倾斜的状态下，所述伸缩部朝向旋转方向的部分处于伸展状态且背离旋转方向的部分处于收缩状态。
14、在采用上述技术方案的情况下，本专利技术通过设置伸缩部能够通过伸缩部的伸缩状态变化实现柔性叶尖的倾斜状态变化，提高柔性叶尖的使用寿命，避免柔性叶尖倾斜方向的变化造成的疲劳损伤。
15、进一步地，所述伸缩部背离旋转方向的部分设置有弹性件；所述弹性件被构造成能够使得所述柔性叶尖朝向旋转方向倾斜；且随着风速的逐渐增大，所述弹性件逐渐被压缩。
16、在采用上述技术方案的情况下，本专利技术通过设置弹性件使得柔性叶尖在低风速下朝向旋转方向倾斜，并随着风速的逐渐增大，弹性件逐渐被压缩使得柔性叶尖逐渐变成背离旋转方向倾斜，通过设置弹性件，能够设定柔性叶尖的倾斜程度以及在不同风速下对应的倾斜方向。
17、进一步地，所述柔性叶尖与所述伸缩部一体成型，且所述伸缩部的横截面尺寸大于等于所述柔性叶尖的横截面尺寸。
18、在第二方面，本专利技术还提供了一种风轮，包括上述的具有柔性叶尖的风电叶片。
19、在采用上述技术方案的情况下，本专利技术的有益效果是：
20、(1)本专利技术的柔性叶尖能够随着风速的逐渐增大实现自朝向旋转方向倾斜逐渐变成背离旋转方向倾斜；具体的，在低风速状态下，柔性叶尖受到的气流作用力较小，柔性叶尖的结构使得其朝向旋转方向倾斜，减缓涡流的形成；在中风速状态下，柔性叶尖受到的气流作用力逐渐加大，柔性叶尖逐渐处于与叶片主体的展向中心轴一致的方向，此时柔性叶尖的扫风面积最大，风能利用率最高；在高风速状态下，柔性叶尖的倾斜方向变成背离旋转方向，达到减低所受到的气动力载荷的效果；
21、(2)本专利技术的伸缩部背离旋转方向的一侧设置有弹性件，在风速较低时，弹性件使得伸缩部背离旋转方向的一侧处于伸展状态，此时柔性叶尖朝向旋转方向倾斜；随着风速的增大，柔性叶尖受到的气流作用力逐渐增加，使得弹性件逐渐被压缩；本专利技术通过设置伸缩部和弹性件能够实现对柔性叶尖的倾斜状态的控制，柔性叶尖在伸缩部弹性件和气流的作用下实现朝向不同方向倾斜；且通过伸缩部能够减缓柔性叶尖倾斜方向变化形成的疲劳损伤，显著提高柔性叶尖的使用寿命。
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1.一种具有柔性叶尖的风电叶片，其特征在于，包括叶片主体(1)和柔性叶尖(2)；
2.根据权利要求1所述的具有柔性叶尖的风电叶片，其特征在于，所述叶片主体(1)包括叶根端和叶尖端，所述柔性叶尖(2)与所述叶片主体(1)的叶尖端粘接固定。
3.根据权利要求1所述的具有柔性叶尖的风电叶片，其特征在于，所述叶片主体(1)采用玻璃纤维复合材料制造而成；并且/或者
4.根据权利要求1所述的具有柔性叶尖的风电叶片，其特征在于，所述柔性叶尖(2)的长度与所述叶片主体(1)的长度的比值范围为0.15-0.2。
5.根据权利要求1所述的具有柔性叶尖的风电叶片，其特征在于，所述柔性叶尖(2)的倾斜状态为直线倾斜或者弯曲倾斜或者扭转倾斜。
6.根据权利要求1所述的具有柔性叶尖的风电叶片，其特征在于，所述柔性叶尖(2)靠近所述叶片主体(1)的一端设置有伸缩部(3)；
7.根据权利要求6所述的具有柔性叶尖的风电叶片，其特征在于，在所述柔性叶尖(2)朝向旋转方向倾斜的状态下，所述伸缩部(3)朝向旋转方向的部分处于收缩状态且背离旋转方向的
8.根据权利要求6所述的具有柔性叶尖的风电叶片，其特征在于，所述伸缩部(3)背离旋转方向的部分设置有弹性件；
9.根据权利要求6所述的具有柔性叶尖的风电叶片，其特征在于，所述柔性叶尖(2)与所述伸缩部(3)一体成型，且所述伸缩部(3)的横截面尺寸大于等于所述柔性叶尖(2)的横截面尺寸。
10.一种风轮，其特征在于，包括上述权利要求1-9中任一项所述的具有柔性叶尖的风电叶片。
...【技术特征摘要】
1.一种具有柔性叶尖的风电叶片，其特征在于，包括叶片主体(1)和柔性叶尖(2)；
2.根据权利要求1所述的具有柔性叶尖的风电叶片，其特征在于，所述叶片主体(1)包括叶根端和叶尖端，所述柔性叶尖(2)与所述叶片主体(1)的叶尖端粘接固定。
3.根据权利要求1所述的具有柔性叶尖的风电叶片，其特征在于，所述叶片主体(1)采用玻璃纤维复合材料制造而成；并且/或者
4.根据权利要求1所述的具有柔性叶尖的风电叶片，其特征在于，所述柔性叶尖(2)的长度与所述叶片主体(1)的长度的比值范围为0.15-0.2。
5.根据权利要求1所述的具有柔性叶尖的风电叶片，其特征在于，所述柔性叶尖(2)的倾斜状态为直线倾斜或者弯曲倾斜或者扭转倾斜。
6.根据权利要求1所述的具有...
【专利技术属性】
技术研发人员：葛铭纬，李新涛，崔永贺，王有超，施俊佼，胡皓，杨磊，秦雪妮，陶羽，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：
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