[发明专利]一种高效的1.5MW风电叶片空气动力外型

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电机组部件，特别是用于对风轮空气动力性能有影响的叶片外型。

背景技术

大型水平轴风力发电机组是目前风能利用的主要形式，风轮叶片空气动力外型是风力发电机组系统对风能吸收效率最关键和最决定性的因素。一般的，确定叶片空气动力外型，首先是选择一组用于叶片空气动力外型设计的翼型，其相对厚度从12％～50％不等，然后确定叶片宽度(弦长)、扭角和相对厚度分布，得到叶片的空气动力外型。

目前主流叶片的空气动力外型设计均与结构设计协调，提供一种综合的设计原则：在保证叶片安全为第一任务的情况下，尽可能提升叶片空气动力性能。对于最优空气动力性能来说，选择阻力系数较小的薄翼型是较好的选择，而出于结构强度安全考虑，则希望采用相对厚度较大的翼型。最后主流叶片通过空气动力性能向结构安全妥协的结果是：叶片根部是圆柱段；在靠近叶片根部附近布置相对厚度30％～40％的大厚度翼型；在叶片中段布置相对厚度18％～27％的中厚度翼型；在叶片尖部，则布置相对厚度12％～15％的薄翼型。

在按照上述原则布置好选择的翼型族后，对于影响风轮性能的叶片空气动力外型的优化则有不同的方法，比如通过经验公式给出叶片弦长和扭角分布；针对翼型最大升阻比进行优化得到叶片空气动力外型等等。

发明内容

本发明的目的，是提供一种1.5MW风电叶片空气动力外型，可大幅度提高风能利用率。

采用的技术方案是：

一种高效的1.5MW风电叶片空气动力外型，叶片长L＝37.5m，叶片对应的风轮半径R＝38.5m，其技术要点是

在风轮相对半径r/R为13.5～97.6％位置处叶片剖面空气动力外型为：

1、使用相对厚度为50～15％的修型翼型；

2、剖面宽度(弦长)为2700～900mm；

3、相对叶尖剖面弦线的扭角为23～0.2°；

4、设计点的升力系数为1.39～0.80；

5、设计雷诺数为1.0×10⁶～6.5×10⁶。

本发明使该1.5MW叶片在叶尖速比6.5～11.0范围内三叶片风轮的风能利用系数均超过0.45，并在叶尖速比8.5时达到最大0.49，额定风速为10.6m/s。从而大幅度提高风能力利用率，提高风电发电机的发电效率。

附图说明

图1是风轮、叶片和叶素示意图。

图2是作用在素叶上的风速角度关系及空气动力力量。

图3是年平均风速8.5m/s时瑞利分布的风速及其单位面积风能分布。

图4是叶片剖面弦长在风轮径向上的分布。

图5给出叶片剖面扭角在风轮径向上的分布。

图6给出叶片剖面相对厚度在风轮径向上的分布。

图7给出桨距角0°时三叶片风轮风能利用系数曲线。

具体实施方式

实施例一

一种高效的1.5MW风电叶片空气动力外型，叶片长L为37.5m，风轮半径为38.5m。

在风轮相对半径r/R＝13.5％位置处叶片剖面空气动力外型如下：

1、使用相对厚度约50％的修型翼型；

2、剖面宽度(弦长)约2700mm；

3、相对叶尖剖面弦线的扭角大约为23°；

4、设计点的升力系数约为1.39；

5、设计雷诺数在1.0×10⁶～5.0×10⁶之间。

实施例二

一种高效的1.5MW风电叶片空气动力外型，叶片长L为37.5m，风轮半径为38.5m。

在风轮相对半径r/R＝22.7％位置处叶片剖面空气动力外型如下：

1、使用相对厚度约34.3％的翼型；

2、剖面宽度(弦长)约3000mm；

3、相对叶尖剖面弦线的扭角大约为11°；

4、设计点的升力系数约为1.37

5、设计雷诺数在1.8×10⁶～6.0×10⁶之间。

实施例三

一种高效的1.5MW风电叶片空气动力外型，叶片长L为37.5m，风轮半径为38.5m。

在风轮相对半径r/R＝32.2％位置处叶片剖面空气动力外型如下：

1、使用相对厚度约30％的修型翼型；

2、剖面宽度(弦长)约2600mm；

3、相对叶尖剖面弦线的扭角大约为7°；

4、设计点的升力系数约为1.19；